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摘 要：科学是一门以实验为基础的学科，科学实验对于科学课程目标的全面落实具有重要的作用。现行的科学教材中有些实验从可操作性、可观察性、安全性等方面还有待于改进与创新。为此，本人结合几十年的教学实践，对一些实验进行了改进与创新，切实提高了科学教学的效率。
关键词：初中科学；实验改进与创新
新课标指出：初中科学课程是一门以对科学本质的认识为基础，以提高学生科学素养为宗旨的综合课程。在初中开设科学课程，是为了适应时代和学生发展的需要，帮助学生从整体上认识自然和科学，深化对科学的理解，促进科学素养的发展；为学生认识和适应未来不断变化的世界做好准备。科学知识的获取常以实验为基础，科学实验是科学课堂的灵魂，科学实验在激发学生学习兴趣、培养科学态度、观察能力、思维能力、设计能力、实践能力及训练科学方法等方面的作用是课堂讲授等其他手段不可代替的。“百闻不如一见”就是实验在科学教学中作用的真实写照。为了提高学生的动手能力和创新能力，教材中设置了大量可探究、操作性强的实验。
然而，教材中有些实验设计不够完善，实验效果不够明显，实验室缺乏应有的器材，或实验现象与结论相矛盾等，很多教师不得不用传统的说教来代替相关的实验，把做实验变成讲实验。实践证明，这样的结果是，学生缺少必要的实验体验，缺乏感性认识，不利于学生对自然现象的认识、对科学知识的学习、对科学原理的探究以及科学思维的建立。鉴于此，我们就有必要对一些实验进行改进或创新。下面本人结合教学的实际情况，对初中科学中的一些实验进行了改进和创新，取得了良好的效果。本文就实验改进与创新的有关原则，改进与创新的实践作如下阐述。
一、实验方案改进与创新的原则
科学演示实验是科学学科教师必备的基本功，是教师教学的载体。演示实验的成功与否，直接关系到学生对科学知识掌握质量的好与坏，我们切不可等闲视之。科学学科又是一门极为严谨的学科，它的性质决定我们必须以严谨的态度来对待其中的任何一个实验，要以准确、科学、一丝不苟的态度，向学生展示或指导他们实验，培养他们的科学态度、求实精神，激发他们的求知欲与兴趣心。本人认为科学实验的改进与创新必须遵循直观性、科学性、启发性、创新性及安全性五大原则。
1.直观性原则
所谓直观性，它应该是可视、可感、可操作，且让大多数学生参与其中。初中生刚接受最基本的科学知识的学习，他们对科学知识和规律都知之甚少，教师是引领他们接近和走进科学殿堂的向导。而实验的一大作用是将抽象的、不可触摸的科学知识或规律揭示给这些初学者。缺乏直观、形象抑或生动的实验，显然是达不成教学目的的。有的教师就是因为忽略了实验的直观性原则，使学生得不到真切的感受，如坠云雾，其教学效果是可想而知的。
2.科学性原则
科学是人类对自然的认识与探索，是向我们提供改造自然、发展社会生产力等知识的学科，这不仅决定了知识必须是科学而正确的，而且传授科学知识的方式方法也必须是科学而又准确的。科学实验是我们向学生揭示许多科学现象和原理的载体，科学的态度、科学的方法、科学的实验对学生科学素养的培养是不可缺少的。这就要求科学实验的原理和操作要符合客观实际，实验的组织与安排要符合学生的认知规律与年龄特征。
3.启发性原则
教育的目的之一就是启迪被教育者的心智，而科学学科的知识源于自然，学生对许多自然知识并非一无所知，他们的求知欲在适当情景下往往呈现一种跃跃欲试的积极状态。如何把他们引入这种情景，使他们自主探索科学知识，用自己的能力去揭示某些真相，就显得尤为重要。科学实验就具有这种激发功能。可以这样说，几乎所有的科学巨人，他们步入科学殿堂的引路人就是那些极具启发教育的教师。也可能是因为一次或几次生动的实验，使他们看到了人生的目标，进而成就了梦想。毋庸置疑，启发性原则是一切学科都必须遵循的，科学更是如此。
4.创新性原则
创新是人类社会发展的动力，科学实验教学的创新必须在“依标务本”的前提下进行。创新是它们进一步的完善。在几十年的教学生涯中，本人对教材中的许多实验进行了改进，这种改进并不意味着教材知识的老化与不正确，而是基于条件、环境、对象等方面的原因。本人认为，一切教学行为正确与否，取决于教学是否有效，是否有利于学生对知识的掌握，是否有利于学生能力的提高。我们要借助对科学实验的创新这个平台，来培养学生的创新思维、创新精神和创新能力。这样的教学才有成效。这样培养出来的学生才有希望。
5.安全性原则
就是要求在实验中必须确保安全，实验的设计和操作要科学规范，避免一切对身体有害或危险的实验，以免造成人员伤害事故；器件或装置的选择，实验形式要恰当，避免使仪器发生损坏等不良后果，这一原则是实验成功的前提。
实验，从某种意义上说，在科学学科教学中几乎占了半壁江山。新课标中强调科学的核心是探究，而探究离不开实验。许多有经验的教师都非常重视实验，精心设计每一堂实验课，给学生提供优质的演示，这样做往往能收到事半功倍的教学效果，在这方面本人也是深有感触，体会颇多。
二、实验方案改进与创新的策略
1.研制实验教具，提高现象的可见性
《科学》七下的光学内容的教学，大部分教师都是感到很头痛。由于大部分知识的掌握是建立在学生可看到光线的基础上的，但是利用教材上的操作方法与实验室可以提供的器材，这一愿望是很难实现的。即使是在暗室中进行教学，其相关的现象也不是很明显，而且教学环境一会儿亮一会儿暗，课堂教学很难达到预期的目标。大部分教师常用在黑板上画图或用媒体呈现来帮助学生的学习。由于缺乏真实情景的展现，学生对教师给出的结论往往持怀疑态度，把教师所讲的知识机械记背，谈不上通过对相关现象的分析，进而达到对知识的理解。本人根据多年的教学实践，结合学生的认知水平，研制了一个光学系列实验演示仪，利用它能够在普通的教室里让学生看到真实的光线，可以完成有关的光学实验。（2003年在杭州市第二届实验调演比赛中获一等奖） 现将它介绍给各位同仁。
（1）制作方法：用普通玻璃和平面镜制一个长40厘米，宽10厘米，高20厘米的玻璃箱（如右图）。其中底面用平面镜，上表面中间的三分之一留空，用于更换不同的光学元件，在底面和上表面各画一条中线，这两条中线所在的平面要与底面相垂直。两块长40厘米，宽20厘米的黑纸板，其中一块用以平行于底边的一条线的中点为顶点画表示法线、入射角与反射角的白线，用它们可以比较入射角和反射角的大小关系；另一块纸板上画一条作透镜主光轴的白线。
（2）使用原理：丁达尔效应。
（3）使用方法：以凸透镜对光的作用为例，在演示仪内充入一定量的烟，在背面贴上画有表示主光轴的硬纸板。在演示仪内挂好凸透镜并调整好高度，让硬纸板上的直线刚好成为它的主光轴。利用激光笔，让一红一蓝的两条平行于主光轴的光线从演示仪的侧面入射到凸透镜上，这时学生就能看到两条平行光线经凸透镜折射后会经过一个点而向前传播。接着让激光笔产生的两条光线经过凸透镜的焦点斜射到凸透镜上，这时在凸透镜的另一侧可以看到两条于主光轴相平行的光线。这样学生就非常容易知道凸透镜对光线的会聚作用，其学习效果要比教师的讲述要好上几十倍，因为此时学生的心中不存疑惑。用同样的原理，更换光学元件可以完成光的反射、镜面反射与漫反射的区别、球面镜对光的作用、光的折射、凹透镜对光的作用等实验。
2.改良实验方法，提高实验的可行性
有些实验按照书本上的操作方法，有的现象不太明显或学生根本看不到真实的现象，这样会导致实验的失败，从而增加学生对知识理解的难度，同时对教师的信任程度也降低。
（1）证明空气中存在二氧化碳的实验。教材上的方法是用注射器向澄清石灰水中注入空气。原先笔者利用这种方法经过许多次操作，每次都花了很长的时间却无法明显地看到澄清石灰水变浑浊。后来改用汽车上的小型充气泵来鼓入空气还是无法在短时间内看到澄清石灰水变浑浊的现象。在教学中如何才能让学生真切感受到空气中存在二氧化碳呢？为此本人进行了多次尝试，终于找到了一个简单易行的方法：将5毫升左右的澄清石灰水装入一个大的果汁瓶中，盖好盖子，然后用力摇晃，大约摇动六七十次左右澄清石灰水就变浑浊了。这个改进也可以变演示实验为学生实验。（2015年建德市实验调演中获二等奖）
（2）在铜与硝酸银发生置换反应的实验中，很多教师都有同感，那就是利用实验无法得到铜的表面有银白色的银吸附，大多数得到的是黑色或灰黑色物质吸附在铜的表面，从而只好违心地让学生死记铜与硝酸银反应的相关现象。这种“指鹿为马”的教学方式在学生心中造成的影响是十分可怕的。本人经过多次摸索与思考，把它进行了改进：先在一个不透光的纸盒中放入一只装有热水的小锥形瓶，把铜块放入盛有硝酸银的试管后立即把试管放入盒子中的锥形瓶内，同时盖好盖子等待三分钟左右。打开盒子取出试管，这时就可以在铜块表面看到银白色的银。这种操作方法让学生对铜与硝酸银发生置换反应所产生的现象有了清晰的感知与理解。（2015年建德市实验调演中获二等奖）
3.改进实验装置，提高实验的可视性
在实验器材中加入U形管，会使实验操作更方便，微小的变化进行放大，效果会更明显，说服力会更强。
（1）《科学》八下第三章证明动物也需要呼吸的实验，教材上是用两支相同的试管，里面都放有铁丝网和碱石灰，管口都用带玻璃管的橡皮塞塞住，玻璃管中都有一股红色水柱，唯一不同之处就是一个试管中放有几个蚱蜢，另一个试管中没有放入动物。这样的操作班里只有接近讲台的部分学生能看到两支试管上水柱变化的差异，而多数学生感受不到这种差异，从而造成实验效果低下。本人将它进行了改进：用两只一样的锥形瓶其中一只放入数只蚱蜢和一小试管氢氧化钠溶液，另一锥形瓶不放入任何物体，然后都用带导管的橡皮塞塞住锥形瓶口，导管分别连到内装有液面相平的红色液体的U形管上。结果很快就发现与放有蚱蜢的这个锥形瓶相连的U形管中的液面出现了变化，且与锥形瓶相通的这端液面升高了。而另一个装置中的U形管液面没有发生改变。学生通过对现象的分析，更快就能理解动物也要呼吸。（在2011年杭州市实验调演中获二等奖）
（2）《科学》九上第三章验证外力对物体做功的实验，常有教师在一个铁壁筒内滴几滴乙醚，用橡皮塞塞紧筒口，把铁筒固定在桌子上，然后用绳子绕在铁筒外面用力来回拉动，让橡皮塞跳出来。这个实验操作时成功率较低，特别是一些女教师操作起来更加困难。本人将它进行了改进：用带导管的橡皮塞来塞筒口，把导管连到液面调好的U形管上，然后把绳子绕在筒壁上，只要轻轻地来回拉动几次，U形管中的液面就会发生变化。这样一改动既使操作变得简单，实验现象也非常明显，同时也省去了乙醚的使用，使实验更环保。
4.优化实验过程，提高实验的科学性
对于实验用的药品及药品的用量进行改进，可以使实验的效果更加明显，操作更加简单，实验的可视度更高。
（1）在《科学》七上第四章比热的教学中，教材上用两只100毫升的烧杯，分别装入质量为50克的水和砂石，用两个同样的酒精灯进行加热，然后分别用温度计测出它们在不同时间段的温度。这个实验中无法真正做到让两种物质在相同内吸收到相同的热量。由于砂石不能对流，会造成在开始的几分钟内反而是水中的温度计示数变化大，而且作为演示实验，温度计上示数变化的大小学生可视度小。这些原因都会给学生得出正确的结论造成一定的影响。本人对它进行了改进：取两只相同的烧瓶，一个瓶中装100克水，另一个瓶中装100克煤油，分别用带玻璃管的橡皮塞塞住瓶口，玻璃管都要插入液体中，且玻璃管内都装有一段红色液柱，然后把两个烧瓶同时浸入盛有热水的水槽中。这样一改，既可以保证两种物质在相同时间内吸收到相同的热量，又能通过玻璃管内液柱升高的大小来比较烧瓶中的物体的温度高低，且在演示时能让所有学生都可以看到。
（2）在《科学》九上第一章检验氢氧化钙性质的实验中，教材给的一个操作是：在试管中加入3毫升氢氧化钙溶液，然后向氢氧化钙溶液中滴入数滴氯化铁溶液。这个实验本人按书上的操作不易得到明显的实验现象。本人将它改成：在试管中加入约三分之二左右的氢氧化钙溶液，然后向氢氧化钙溶液中滴几滴氯化铁溶液。这里仅仅改了一下氢氧化钙溶液的用量，结果就能看到从上自下而形成的红褐色沉淀物生成，在激起学生兴趣的同时也让学生掌握了相关的知识。 5.改变实验形式，提高实验的安全性
新课标理念要求平时教学中注重学生实验设计能力与动手操作能力的培养，从而教科书中把以前的一些演示实验改成了学生实验。可有些实验学生在好奇心驱使下，会冒险猎奇，或粗心大意，使实验不但不能达到应有的教学效果，还会造成一些器材的损坏，并带来一些安全隐患。
在《科学》八上第四章电路的教学中，教材上用一根导线直接将电池正负极相连，让学生用手触摸电池外部与导线来体验电源短路的危害。这样的操作无法让学生真正领会电源短路所造成的危害，对电源短路有可能造成火灾也持怀疑态度。而且有一部分好奇心重的学生会在教师讲课的过程中经常把电源短路，一堂课下来，电池被损坏了好几支。本人在教学时把它改成了演示实验：把几根细铜丝拧成一股，在细铜丝外包上硝化棉，与一个开关串联接到电池的正负极上。闭合开关，几秒钟后硝化棉就燃烧起来了。这个实验所产生的现象在学生的心中引起了极大的震撼，对电源短路所造成的危害留下了深刻的印象，在后来的学习中几乎没有学生在连接电路时出现电源短路的情况。（在2005年杭州市实验调演中获三等奖）
三、对实验方案改进与创新的反思
实验教学可以激发学生的学习兴趣，帮助学生获得科学知识和实验技能，培养观察能力与实验能力，有助于培养学生实事求是、严肃认真的科学态度。本人在教学中，始终在为提高实验教学的有效性而努力，在几十年的教学实验中，改进了一些实验，切实提高了教学效果，同时也遇到了一些问题，产生了一些困惑。教材中有些实验由于受实验所需的时间、季节、天气、材料及学生家庭条件等因素的影响，在教学中仍旧无法用简单有效的实验来呈现真实的现象，无法有效地帮助学生领会科学原理。如探究植物的向性、植物光合作用的条件与产物、铁生锈的条件等活动中，由于实验所需时间长，在课堂上无法把实验的过程完整地呈现给学生，若作为学生家庭实验，农村的学生家长又不能很好地进行指导。又如，干冰在常温下是升华为气体，可学生易把它混淆成会熔化，由于在农村无法获得干冰，学生不可能有亲身体验的机会。
总之，实验的改进与创新有助于学生观察能力、思维能力、创新能力和综合分析能力的培养。我们在平时的教学中可根据学生的认知水平，实验室已有的条件以及教学的需要，对现行教科书上的部分实验进行大胆地改进和创新，展现实验教学的魅力。切实提高实验教学的实用性和有效性，使我们的教学更加精彩，更加有效。
参考文献：
1.义务教育初中科学课程标准，2011.
2.朱时清主编.科学.
3.实验教学与装备，2014.
（作者单位：浙江省建德市李家初级中学）