巧妙设计实验，优化科学概念教学

高尔堂

摘 要：科学认识的成果首先是通过概念来概括和总结的。试图通过优化实验教学，以达到解决问题的疑虑，活跃课堂气氛的目的。

关键词：设计；实验；教学概念

科学概念往往具有高度的概括性和抽象性，学生在研究中，如果不能真正把握其含义，并使用知识，往往会产生一些思维障碍及各种各样的错误。因此，教师在教学中巧妙地进行实验设计，将对学生认识、掌握科学概念起到事半功倍的效果。本文试图通过一些例子来解释如何在科学教学中利用实验教学来优化概念。

一、用实验“隐喻”，让抽象概念可视化

有些知识是不容易理解的，但如果我们能找到一个恰当的比喻，往往会收到意想不到的效果。实验可以很好地发挥这个“隐喻”作用，让学生了解新知识，新概念和新规律，充分发挥正迁移作用。

二、利用实验消除之前的错误，使学生理解正确的概念

学生的知识和经验是有限的，往往被事物的表象所迷惑，不能看到它的本质，容易形成一些错误的认识。教学大气压强时，我们总会让学生吸饮料，然后饮料迅速进入口中。这个实验希望学生了解吸管内空气压强减小，饮料是在大气压力下作用下进嘴里的，但许多学生会认为饮料是被吸入口中的。

我们可从学生形成错误概念的原因入手设计一个实验，实验过程如下：图1将一个吸管（质地要软）放入烧杯中，用止水夹在液面处夹紧吸管；图2是人用力吸后吸管变扁了，这说明人在用力吸时能将管内的空气吸走；图3是吸管扁了以后在吸管上方用止水夹夹紧，这时可以让学生猜想，当我把下边的止水夹松开后会出现怎样的现象；图4是松开下面的止水夹后，液面上升，吸管恢复原来形状，液面上升至止水夹。通过实验证明了吸管中的水是由于吸管内的气压小于外界大气压，而在大气压的作用下被压上来的，有力地破除前概念对新概念的负迁移。

三、利用实验突破难点，让学生理解更加深入

难点是教学的“拦路虎”，如果不及时解决，将直接影响学生对新知识的理解和掌握。教学难点时，选择适当的教学方式、方法、技术，有效突破学习障碍，是提高教学质量的重要保证，是教师必须掌握的基本教学技能。

如在“浮力”中的V排就是学生理解中的一个难点。我们用浙江省杭州市的一个中考试题来分析。

例题：重100 N的水可以产生的最大浮力为（ ）

A.一定小于100 N B.一定大于100 N

C.一定等于100 N D.可以大于100 N

分析：考点是F=ρ液gV排，用等于100 N的水来，包裹这个物体时，该物体的体积的大小是可以趋于无限大的，因此，水产生的最大浮力也趋向于无穷大，所以选择B。然而，学生往往会回答C，错误的原因在哪里？

错误分析：我们认为学生是把排开水的体积和排出水的体积混淆了，认为物体排开水的体积就是物体排出水的体积，所以，把物体放在100 N的水中，最多能排出水的重力就是100 N，所以，最大浮力就是100 N。

因此，为使学生了解排开水的体积与排出水的体积之间的本质区别，必须使用一个实验来证明，这样才能让学生透彻理解它是什么。

实验方案如下：

（一）实验器材：烧杯，弹簧秤、细线、量筒、集气瓶

（二）实验设计

1.学生实验探索

实验过程：

①取一定量的水（加红墨水），记为V1.

②用弹簧测力计测量集气瓶，记G

③在烧杯中放入集气瓶，将水沿着间隙倒入烧杯中，直到烧杯中的集气瓶浮起来。

④将量筒中余下的水测得体积V2.

⑤计算倒入水的重力G水=ρ水g（V1-V2）。因为漂浮时，F浮=G，所以当G>G水时，说明水对浸在其中的物体能产生比自身重力更大的浮力。

2、学生讨论

①根据阿基米德原理分析：杯中水的体积（V水）和物体排开水的体积（V排）哪个大？

②指出V排是图中哪一部分（打斜杠）？

③物体放在1 N的水中，最多能排开水的体积是多少？

3.反馈

例：首先，找一个底面为S1 m2，而高度尽量高的圆柱体容器，然后在其内部放入一个底面积为S2 m2（S1 m2>S2 m2），重为G N的圆柱体木块。然后往圆柱体容器中缓缓地注入水，直到木块刚刚浮起来，容器内注入水深度h= m.

答案：h=G/ρ水gS2m

我们通过这个实验，很具体直观地证明了水可以产生无限大的浮力，使学生更好地理解了阿基米德定理的内容。

因此，巧妙地设计一些实验可以帮助学生加深对科学概念的理解深度，在课堂上，提高我们的教学效率，增强学生学习科学的信心。

合理有效地设计实验，利用实验直观具体的特点来对抽象的科学概念进行教学的效果是明显的，将抽象的科学概念形象地呈现给学生，使学生在轻松、愉快、有趣中学习科学，学习成绩的提高自然水到渠成。

（作者单位 浙江省杭州市萧山区南阳初级中学）