最新科學(xué)試驗改進與創(chuàng)新

1、精品文檔科學(xué)實驗改進與創(chuàng)新在上初中科學(xué)教材的實驗時，我們往往會遇到實驗失 敗或者不良的現(xiàn)象。比如，實驗現(xiàn)象與教材上的不一致，或 者產(chǎn)生與實驗原理不一致甚至相反的情況；也會看到因為實 驗過程混亂而導(dǎo)致實驗失敗。有些是因為實驗裝置缺失從而 使實驗流于形式，有的是實驗裝置過于繁瑣，教師不愿意實 驗，最后是以教師講授知識讓孩子記住背熟的如何讓實 驗更好地展現(xiàn)在學(xué)生面前，凸顯科學(xué)實驗現(xiàn)象、實驗過程， 幫助學(xué)生建立科學(xué)概念、科學(xué)規(guī)律，使實驗服務(wù)于教學(xué)，激 發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這些都值得我們探討研究。一、改進實驗試劑，呈現(xiàn)實驗現(xiàn)象在科學(xué)實驗中，我們通常根據(jù)“實驗?zāi)康囊粚嶒炘硪?實驗器材與試劑實驗步驟實驗現(xiàn)象

2、實驗結(jié)果實驗 結(jié)論”等順序展開實驗教學(xué)， 一般都能收到較好的教學(xué)效果。 但是，教師往往關(guān)注實驗原理和實驗步驟，忽略了對實驗試 劑的選擇，對實驗試劑的濃度、實驗試劑的種類沒有詳細(xì)考 慮，結(jié)果出現(xiàn)與教材實驗現(xiàn)象“相反”或“不如人意”的現(xiàn) 象。實驗 1 光合作用需要光碘液檢驗淀粉 事件回放 一些年輕教師，在做“綠葉在陽光下制造淀 粉”的實驗時，取經(jīng)過暗處理并光照 4 小時的天竺葵，用水 浴法并經(jīng)酒精脫色，充分漂洗后，向葉片滴加溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 為 3%、5%、 10%的碘液， 發(fā)現(xiàn)葉片變?yōu)樽睾谏?，并沒有教材 上所說的顯示藍(lán)色。教師說，這是由于淀粉太少所致。實驗分析 主要是這些年輕教師經(jīng)驗不足，選擇的試劑

3、 濃度太大，而不是淀粉太少，結(jié)果顯示的是碘液的顏色。若 是淀粉過多，我們用碘液甚至固體碘放在饅頭上，結(jié)果明顯 變藍(lán)色，所以不是淀粉過多的原因。實驗改進 采用 2009 年溫州市科學(xué)中考卷的實驗探究題 第 31 題的做法，取經(jīng)過暗處理并光照 4 小時、脫色、漂洗 后的葉片，分成四組，將溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%的碘液分別滴在各組葉片上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有滴 加 0.04%的碘液的葉片，其顏色變?yōu)榱祟A(yù)期的藍(lán)色。優(yōu)點 實驗現(xiàn)象明顯，實驗材料節(jié)省，效果好，可以有 效激活學(xué)生對實驗的興趣，從而有效提高教學(xué)質(zhì)量。建議浙教版科學(xué)教材在本實驗中給出“碘液的濃度為0.04%以及滴入1

4、2滴的碘液”的說明。反思 作為科學(xué)教師，在做一個復(fù)雜的實驗，哪怕是一 個簡單的實驗，我們自己都要預(yù)先進行實驗。在選擇實驗材 料時，應(yīng)該從不同的角度去選擇，比如從干燥程度、濃度、 氧化程度、含雜質(zhì)的比例、酸堿性等角度去思考。二、改進實驗操作，凸顯實驗過程在實驗設(shè)計中，應(yīng)盡可能選擇操作簡單、方便、安全的 實驗，實驗裝置簡單易學(xué)，實驗條件易于控制，便于初中生 操作，實驗時間也較為合理，利于課堂教學(xué)，涉及的儀器設(shè) 備易于取用等。但教學(xué)中一些教師為了節(jié)省時間，對實驗儀 器、實驗裝置、實驗步驟、實驗操作等沒有深入考慮，只是 按照教材上提供的設(shè)計，沒有深入研究，結(jié)果往往失敗，繼 而自圓其說，還要求學(xué)生記住實

5、驗現(xiàn)象和實驗結(jié)論。實驗 2 熔化與凝固實驗改進事件回放 在晶體熔化的實驗中，教學(xué)實踐中主要出現(xiàn) 兩種現(xiàn)象：一是用海波做熔化實驗，但是實驗過程中“海波 熔化溫度不變”沒有顯示出來，而且耗時也較多，甚至失敗 也很多；二是一些教師采取“冰熔化代替海波熔化”實驗， 觀察發(fā)現(xiàn)冰在熔化過程中比較緩慢，且過程明顯。同時，學(xué) 生用溫度計可以測出冰熔化時的溫度，固液共存的狀態(tài)也很 明顯，而且不用加熱，簡單明了，畫出的曲線圖有一段明顯 的“水平線”即熔化過程。可惜的是水凝固做不成。實驗分析 第一類教師失敗的原因是海波量過少，導(dǎo)致 熔化過程一閃而過不明顯。 同時，這些教師實驗前準(zhǔn)備不夠， 采用冷水加熱，導(dǎo)致時間過長

6、。第二類選擇冰塊熔化，過程 明顯，但是水凝固就做不成了，因為我們上課一般在夏季， 課堂上很難實現(xiàn)，即使在冬季，在短時間里也是不容易做到 的。實驗改進 放入更多的海波，約為大試管容積的三分之 一；計時間隔稍短一些，教材上采用的是 30 秒，建議每 10 秒至 20 秒，比如 15 秒讀數(shù)一次，并記錄海波熔化的情況， 以及固液變化情況。熔化之后，教師一邊引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié) 海波熔化的特點，一邊讓海波慢慢冷卻，節(jié)省時間。優(yōu)點 改進后，這兩個方法都能提高實驗成功率，實驗 過程很簡單，現(xiàn)象很明顯。反思 改進實驗是因為原實驗熔化過程太快了，熔化過 程不明顯，幾秒鐘就過了，整個實驗的過程需要 15 分鐘以 上

7、，尤其是對平時實驗不夠重視的學(xué)生，需要更長的時間。 但是，海波熔化采用水浴法加熱，作為科學(xué)實驗的一種基本 技能，教材在本節(jié)中選擇海波作為晶體熔化的試劑自有其道 理，因為在八年級科學(xué)的光合作用實驗中，仍然用到水 浴法加熱，而且光合作用實驗更加復(fù)雜，要求更高。 因此， 本節(jié)的水浴法加熱也為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)，建議選擇海波熔 化。當(dāng)然，在海波熔化的基礎(chǔ)上，增加冰的熔化、萘的熔化 等實驗，為拓展學(xué)生思維是有很大幫助的。三、科學(xué)設(shè)計實驗，引發(fā)認(rèn)知沖突 科學(xué)性是科學(xué)實驗教學(xué)的基本原則，它不是變魔術(shù)，也 不是演員表演， 必須實事求是， 遵循自然規(guī)律， 不弄虛作假。 科學(xué)實驗設(shè)計也是如此，必須遵循科學(xué)本質(zhì)，能準(zhǔn)

8、確地驗證 科學(xué)原理，并能得出科學(xué)結(jié)論，同時，實驗設(shè)計也要考慮學(xué) 生的前概念干擾，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生實事求是 的科學(xué)態(tài)度。如果一個實驗設(shè)計違背了科學(xué)規(guī)律，不符合實 驗要求，其就沒有創(chuàng)新的價值。實驗 3 空氣對流實驗的設(shè)計事件回放 浙教版教材八上第 2 章第一節(jié)大氣層中 關(guān)于空氣對流，教材設(shè)計了這樣一個實驗：在燒杯中加入適 量的水， 用酒精燈加熱。 燒杯中的水會流動嗎？空氣受熱時， 是否也會和燒杯中的水一樣流動起來呢？點燃一段線香，橫 插在橡皮泥上，把一只大號燒杯倒扣在桌面上，線香置于中 間。根據(jù)上面兩個活動，你能得出水和空氣的對流運動規(guī)律 嗎？如果能，請在圖 1 中用箭頭表示出空氣對流

9、運動的規(guī)律。 實驗中出現(xiàn)了兩種現(xiàn)象：當(dāng)線香燃燒處靠近燒杯壁時，學(xué)生 能夠看到線香的青煙沿著燒杯內(nèi)壁做循環(huán)對流；當(dāng)線香處于 中心的時候，線香的青煙對流路徑比較亂?？上Ы處煕]有把 這兩個現(xiàn)象提出來進行分析。實驗分析 教師沒有事先考慮實驗的操作順序，應(yīng)該先 做靠近杯壁，形成單向環(huán)流現(xiàn)象，便于學(xué)生分析，再做中心 的，出現(xiàn)雙環(huán)流現(xiàn)象， 再引導(dǎo)學(xué)生分析就比較好理解。 所以， 實驗的操作順序也是影響實驗教學(xué)的一個重要因素。但即便 是這樣做了，仍然難以理解對流的原理。實驗改進 如圖 2 所示，用鐵絲把線香提升到燒杯壁中 部位置，點燃線香，觀察到線香的青煙徐徐向上。此時，點燃酒精燈，將會觀察到青煙徐徐向下。教師

10、可以追問，為什么青煙本來是向上的，酒精燈點燃后看到青煙向下？學(xué)生思考后發(fā)現(xiàn)，這是由于加熱部分的空氣受熱膨脹密度變小而上 升，右側(cè)的空氣溫度變化不大密度相對大一些而下沉。就這 樣，周而復(fù)始，不斷對流。或者把裝置改為如圖 3 所示，點燃線香，看到線香的青 煙徐徐上升，此時，點燃酒精燈，將會看到青煙徐徐向下并 向 U 形管右測上升，直到青煙離開右側(cè)管口。改進后的實驗現(xiàn)象使學(xué)生非常興奮，也很容易找到產(chǎn)生 對流的原因。優(yōu)點 本實驗突破了教材中原實驗設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的認(rèn) 知沖突，解開了學(xué)生由于前概念（生活中青煙就是上升的） 所帶來的困惑。因此，本實驗?zāi)軠?zhǔn)確地驗證科學(xué)原理，即空 氣對流引起青煙流動變化，促使學(xué)

11、生得出科學(xué)結(jié)論。建議教 材對此實驗作一些修改。反思 線香燃燒放出青煙，徐徐上升，這是什么原因？ 是青煙密度較小上升，還是空氣受熱密度變小上升而促使青 煙上升？學(xué)生對此產(chǎn)生的困惑：是受日常生活中的現(xiàn)象煙總 是上升的，遇到燒杯底部受阻自然改道向下，可能是青煙自 身原因。 如果這樣理解， 學(xué)生就沒有真正搞清楚對流的原因。四、加強原理分析，突出科學(xué)本質(zhì) 科學(xué)原理對初學(xué)者來說是比較抽象的，尤其是概念建構(gòu) 的時候，學(xué)生對于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)概念往往理解不夠。這就需要 教師通過不同的教學(xué)策略來解決學(xué)生的前概念，建立新的科 學(xué)概念，而實驗是科學(xué)概念建構(gòu)的一個重要方法。所以，需 要教師充分挖掘科學(xué)原理的內(nèi)涵， 通過實驗

12、展示出來。 但是， 一些教師為了節(jié)省時間，不做這些實驗，而是采取照本宣科 的方式， 要求學(xué)生把結(jié)論、 現(xiàn)象等記住， 學(xué)生看起來是懂的， 實際上還沒有深入理解概念，結(jié)果還是影響了教學(xué)效果。實驗 4 浮力方向的實驗事件回放 關(guān)于浮力方向的教學(xué)，大多數(shù)教師一直是采 用二力平衡的原理，與重力方向相反。經(jīng)常不做實驗，而是 通過受力分析圖， 組織學(xué)生討論、 師生互動來解決這個問題。實驗分析 “浮力”相對于“力”來說，是一個下位概 念，浮力概念要從屬于力的概念。我們可以采取力的三要素 來引導(dǎo)學(xué)生組織浮力概念的學(xué)習(xí)，通過實驗教學(xué)的方法，幫 助學(xué)生建構(gòu)浮力的概念。實驗改進 能否利用實驗把浮力的方向直觀地展示出來

13、 呢？我們可以引導(dǎo)學(xué)生回顧重力方向的實驗，利用重錘線把 重力的方向演示出來。 受此啟發(fā)， 我們可以利用一個塑料球， 系上一根細(xì)線，另一端固定在燒杯底部，使燒杯不斷傾斜， 會發(fā)現(xiàn)細(xì)線一直是豎直向上的，如圖 4。優(yōu)點 浮力方向能夠顯性地表示出來，學(xué)生比較容易理 解。反思 充分挖掘概念中的基本要素來設(shè)計實驗，突破難 點。五、開放實驗思路，啟迪學(xué)生思維實驗 6 地球形狀模擬實驗事件回放 既然有“天涯海角” ，我們在地面上為什么總 是走不到邊？為什么遠(yuǎn)去帆船的船身比桅桿先消失？教材 設(shè)計了這樣一個活動：把籃球和木板置于同一水平視線上， 如圖5,把鉛筆頭豎直朝下，分別由A向B和由C向D移動， 觀察鉛筆的長

14、度和鉛筆頭隨位置的變化而發(fā)生的變化。通過 此活動，我們知道海面上遠(yuǎn)去的船只船身比桅桿先消失的原 因是什么。實驗分析 試想，“海面上遠(yuǎn)去的船只船身比桅桿先消失 的原因是什么？”難道這就能說明地球是一個球體？這個現(xiàn)象說明地球是“不平的”，是“弧形的”，是“波形的”，也 可能是“球形的”基于此，教材上的實驗設(shè)計顯得比較 單一，不免讓學(xué)生感覺到地球要么是球形的，要么是方形的，二元選擇顯然欠妥。實驗改進 教師為學(xué)生提供了更多的材料，比如平直的 木板、籃球、橄欖球、波形體、長方體等不同形狀的物體， 讓學(xué)生體驗“海面上遠(yuǎn)去的船只船身比桅桿先消失”的現(xiàn)象學(xué)生可以排除“是方的”還是“波形的”等形狀。優(yōu)點 這樣設(shè)計的實驗比較開放，學(xué)生在選擇不同的物 體來進行實驗的時候，是在不斷地建構(gòu)自己的概念一一地球 不是方的，也不是波形的，可能是圓弧形的、球形的。建議教材在設(shè)計該實驗時