在“成本减负”中解决初中科学疑难实验的探索

陆普军

实验是进行科学研究最重要的方法，也是学习科学的重要方式。对一些实验的改进与优化既可以实现课堂实验的创新，又可以激活学生的探究热情和学习兴趣；不仅可弥补常规实验的不足，又可以突破部分疑难实验的困境；既可以改善科学实验的品质，又可以丰实学生的思维品质，进一步提升课堂效益。成本偏高、实验繁琐是学生通过实验进行自主探究的一大难题，教师切换实验角度，从减少成本、精简器材等角度入手，向以学生为中心的探究型转变，以生活应用为中心的实用性转变，以微型实验设计为方向的简约性方向转变，积极帮助解决疑难实验。

初中科学疑难实验改进优化成本减负学生通过科学实验可更好理解科学知识，学习科学技能，体验科学过程与方法，提高其创新意识和自主探究能力，而成本偏高、实验繁琐是学生通过实验进行自主探究的一个难点。要有效解决该问题，教师可以切换实验角度，从减少成本、精简器材等角度入手，向以学生为中心的探究型转变，以生活应用为中心的实用性转变，以微型实验设计为方向的简约性方向转变，积极帮助疑难实验的解决，实现目标的达成。

一、切入微型实验，加强学生参与

著名教育家苏霍姆林斯基说过：“人的心灵深处总有一种把自己当作发现者、研究者、探索者的固有需要”。因此，在科学教学中，重视微型实验的资源价值，尽可能多地让每一个学生利用微型实验、亲历实验的发生过程，从而获取或巩固科学知识，理解和掌握运用观察和实验手段处理问题的基本技能，是实验教学中的一个重要环节。

疑难实验例证：在探究光合作用需要光的实验中，原实验需要仪器有酒精灯、三脚架，烧杯（500mL）、烧杯（100 mL）、表面皿、胶头滴管，药品用量需要酒精50mL，用沸水开始加热到完成实验要15分钟。

问题症结：学生自主进行实验资源不足，器材成本较大，药品用量大，开展学生实验产生酒精味太浓，且实验效果受实验时间较长制约。

实验优化：采纳微型实验。即青霉素瓶（9.5mL）、载玻片、镊子、青霉素瓶自制的小酒精灯、注射器，药品用量只需要酒精1mL，完成实验只需要2～3分钟。

效果分析：实验成本降低、简单易行，时间短，效果明显。

农村中学班级人数较多，学生实验资源明显不足，而微型实验是科学探究性学习的有效资源，也是培养学生探究能力的有效手段。微型实验有着常规实验无法比拟的优势，正如方金祥教授指出微型实验具有十大特点：“体积小，时间省，反应快，效果好，操作易，很安全，动手多，趣味高，用药少，污染低”等优势。同时创新微型实验的设计与推行，能使每一位学生都各自拥有一套实验装置，在实验课程中，每位学生在教师配合多媒体讲解及演示之后，便可亲自动手做实验，以观察科学反应的现象与实验的结果，并加以思考、推理及分析，以便能得到最合理的结论。课后学生亦可在家里再多做几次实验，使其印象更为深刻。这就是微型科学实验的教育功能所在。

二、控制实验污染，开发绿色实验

初中科学实验中的化学实验，有很多有毒有害的化学物质产生，如

P2O5、CO、SO2等等。进行化学实验时往往会产生一些有毒有害物质，经常会产生一定程度的污染。通过改变这些有毒有害物质的制取方法，并进行巧妙的实验设计，就会使实验无污染，且同样能达到预想的实验目的，实现实验的绿色化。

疑难实验例证1：空气中氧气含量的实验，教材中利用红磷燃烧不消耗集气瓶中的氧气，使集气瓶中气压减少，引起烧杯中的水沿着导管进入集气瓶，并约占集气瓶容积的1/5。

问题症结：实际操作中，常常由于装置的气密性、燃烧匙伸入集气瓶的速度、导管内原来没有水而冷却后有残留水等问题导致实验误差太大，并且白烟扩散到空气中还会引起大气污染。

实验改进：往标记好刻度（容积分为五等分）的试管中放入一团白磷，用套有瘪气球的橡皮塞塞紧，浸入烧杯中的热水里加热，使白磷燃烧。待燃烧停止后，将试管放入水槽中的冷水中冷却。待白煙基本散尽后，将试管倒立于水槽中，在水下取下橡皮塞，试管迅速冷却。由于气压差，试管内的液面上升，约占原空间的1/5。改进后的实验采用易燃的白磷代替红磷，操作较原实验更方便。利用气球形成密闭系统，使整个反应都在密闭系统中进行，有效避免了原实验方法中影响实验成功的诸多因素，具有误差更小、现象更明显、试管冷却快、无污染等优点。

疑难实验例证2：教材中“白磷在热水下面通氧气燃烧”的趣味实验。

问题症结：该设计有三个弊端：①生成物污染大。②易燃物处理不好不安全。③向热水下通氧气时，水下白磷会到处“乱跑”。部分白磷会浮上水面燃烧，也有不安全隐患存在。

改进方法：①红磷、白磷着火点比较：将吸干水的白磷、红磷加入试管内，塞上橡皮塞、再将试管同时浸入热水里，让白磷在试管内安全的燃烧。红磷不会燃烧。取出盛红磷的试管留待下一班的学生做相同实验。②白磷的燃烧需要氧气的支持：在一试管内注入热水，加入一小粒白磷，再把试管放入盛热水的烧杯内。通入空气，既可观察到白磷在热水下燃烧，又可控制白磷不致“乱跑”。

效果分析：减少了实验污染，且实验过程安全可控。

教师和学生都要树立绿色化学理念，教师不仅要了解绿色化学的理论,而且要具备中学化学实验绿色化的研究能力；要选择无污染的化学物质进行化学实验,设计科学合理的实验装置，做好实验过程的控制和实验后的处理工作，将整个化学实验达到零污染或在现有条件下将实验污染控制在最低限度，真正实现中学化学实验的绿色化。

三、简化繁琐实验，提高实验成功率

实验一般情况下要遵循系统性原则。实验教学有其自身的规律，如对仪器的认识、使用是由简到繁，实验基本技能的训练也是教师示范到学生模仿练习而逐步掌握的。学生的观察能力、分析能力的培养也是循序渐进的。因此，实验的设计上必须遵循实验教学自身的规律和系统，要符合学生的认知规律和年龄特征，否则会适得其反。

疑难实验例证：八年级《氧气的性质》探究氧气的化学性质中木炭的燃烧、硫的燃烧，学生一般能顺利完成，但铁丝在氧气中燃烧的实验，实验虽然简单，但学生则较难使现象明显。

诊断分析：一是用酒精灯引燃火柴梗，火柴梗燃烧到什么程度学生很难控制火候，如果绑在细铁丝上的火柴梗引燃后就伸入集气瓶中，此时火柴梗将剧烈燃烧，集气瓶内氧气很快被用完，结果无法引燃细铁丝。二是酒精灯距离集气瓶太远，当绑在细铁丝上的火柴梗引燃将尽，离开酒精灯移至集气瓶过程时间过长。此时火柴梗燃尽，细铁丝温度会明显降低，不足以引燃细铁丝在氧气中的燃烧。（下三是集气瓶体积偏小，细铁丝用火柴梗引燃后刚燃烧，集气瓶中氧气耗尽而致使燃烧现象不清楚不明显。对于八年级学生无法分析清楚原因所在，而且容易出现实验失败。按照课本上的方法学生要做好这个实验的存在一定难度，因此要求老师在实验课堂中做好充足的准备，不能为省时省力而匆忙一做了事，这样往往导致实验失败，同时学生也失去了一次很好的探究机会。

实验改进：改进后铁丝在氧气中燃烧现象明显和清楚。主要表现在：①在实验桌上其余器材和药品相同的情况下，将50毫升的集气瓶改为100毫升的集气瓶，收集气体时保留一层浅浅的水，并用盖玻片盖上；将1～2根细铁丝绑在1根长大约15厘米的直径约为2毫米的铁丝上备用；②在教师讲解实验步骤时，提醒学生：酒精灯可以在右侧，集气瓶在左，两者之间距离尽量小，这样可以在更短的时间更方便地操作；③演示实验时，让细铁丝的另一端螺旋状绑在火柴梗上，点燃火柴后让火柴燃烧掉3/4左右即可离开酒精灯迅速插入集气瓶中，即可看到细铁丝在氧气中连续剧烈燃烧，火星四射，现象就会明显得多。

效果分析：改进之后的实验与原实验方案相比其优点有：①器材更简单，可以省去学生将细铁丝绑在坩埚钳上的过程，缩短了实验准备时间，当然这里需要教师课前花更多的时间准备。②学生操作简单，去掉了一些次要的且容易造成实验现象不清楚乃至失败的环节。③缩短实验时间，较大地提高课堂教学效率。④本实验改进的最成功之处就是提高了实验成功率，实验成功的关键在于提高铁丝的温度和保证充足的氧气。

实验的失败也许在某些特殊的情况下，能给教师启发学生思考，以寻找失败根源的机会。但是，教学时间毕竟有限，所以教师不会常做可能失败的实验，因为这会影响到教学的效率，甚至影响学生形成正确的科学概念、规律。因此，如何研究改进实验以提高某些重要实验的成功率，是非常必要的，不仅有利于教学目标的达成，提高教学效率，更重要的是，成功的实验有利于学生获得深刻的体验，启发学生思考现象背后的科学原理，培养学生的探究能力。

四、感悟与反思

在初中科学实验中，我们有时缺乏“实验现象和书本结论不一致”时的应对策略，更有甚者会随意糊弄应付完成，而不认真研究为什么会这样。实验要培养学生科学探究能力，体验并养成科学思维方式，初步形成科学精神，从而帮助学生理解科学和社会的互动关系。面对疑难实验，师生都应该不言放弃，在合理的限度内不断去尝试、探索，无论失败还是成功，都应该重点关注学生科学探索精神的培育和塑造。

在初中科学“疑难实验”中，教师必须更新教育教学理念，以前瞻的学科理论矫正认知误区或思想偏差。认真解析“实验瓶颈”，让更多的疑难实验在师生合作中突破，在分享中触摸真知，培植学生思维品质和实践能力。

疑难实验问题解决离不开实验手段的多样性和实验过程的多元化。教师应积极开发各种实驗资源，不断丰富实验手段，提升实验过程的丰实性、贴切性、体验性，引领学生叩击实验大门，触摸实验的乐章，有效提升“疑难实验”的效率和深度，以达到从“教教材”到“用教材教”的转变。

初中科学教学中对疑难实验改进是教学的一种创新和突破。发挥实验的优势，多从学生的实际出发，利用一些简单的实验器材，设计出更具吸引力的实验，让实验为学生创造更多的参与机会，增强他们的参与意识，使学生更主动地学习。“实验疑难”活动的开展，给教师们提供一次交流实验教学的平台，在各种思维火花的碰撞下，使疑难实验不再变得疑难。当然，疑难实验的改进需要教师注意以下一些要求：一是“直观”，让学生能从演示实验中直接观察到实验过程，认识实验现象本质，避免拐弯抹角；二是“明显”，实验现象、实验过程要显著；三是“简单”，演示器材尽量的少，结构尽量简单，操作尽量简便，不必过分追求仪器的精密、先进和结构的复杂；四是“可靠”，确保演示实验一次成功。只要在科学教学中通过对实验的不断探究、改进和实践，就能充分发挥实验教学在科学教学中的重要作用，并能达到良好的教学效果。

参考文献：

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