初中科学课堂教学中实验优化的策略研究

杭小丽

摘 要：初中科学中不少实验由于耗时长，操作繁琐等原因，不少教师将做实验改成学生看实验或者老师讲实验。本文从优化实验方式、优化实验渠道和优化实验器材三方面对初中科学课堂教学中实验的优化进行了阐述，提出了自己的一些见解，为一线科学教学的设计提供参考。

关键词：初中科学;课堂教学;实验优化;策略

科学是一门以实验为基础的综合性课程，它的形成和发展离不开实验。教育部在2019年发布的《关于加强和改进中小学实验教学的意见》中强调要完善实验教学体系，创新教学方式，健全实验教学评价机制。科学实验是归纳科学规律、产生科学假说的实践基础，是验证理论预言和假说的主要依据。它不仅能培养学生动手操作能力，还能让学生经历科学规律的发现历程，加深对科学知识的理解。

一、初中科学课堂教学对实验处理上存在的问题

浙教版《义务教育教科书·科学》（以下统称教材）在编排上安排了大量的实验，其意图是以实验为载体，充分发挥实验的功效，来提高学生分析问题和解决问题的能力。但在实际教学中，很多实验不能正常开出，究其原因，有以下几点。

1.《科学教学参考书》和《初中科学课程标准》（以下统称课程标准）中均没有明确规定哪些实验必须要做，这其实是给予了教师一个自主发挥的空间，可以改变教学千人一面，对教学来说是具有积极意义的。但实践中发现这样缺少刚性规定却会使教师觉得“无法可依”，反而弱化了实验教学的意识。

2.现如今，中考命题专家在出题时也在精心设计实验题目，目的是让教师在平时的教学中对实验有所重视。但纸笔测试不能考查出学生是否会进行具体操作。虽然在初中毕业前会对学生进行统一的实验操作能力考查，由于实验考查对学生的要求极低，教师只需在考查前对学生进行集中训练一遍，考查时基本上所有学生都能通过，实验考查根本体现不出学生的实际实验操作水平。

3.大部分的学校都配齐了理化生实验室，配有专职的实验员，但实验室存在实验仪器或药品不全的情况，使得有些实验不能正常开出。还存在学校班级多，实验器材数量有限，每位学生都动手操作存在困难。在实验的准备过程中，需要花费教师与实验员大量的精力，使教师感到心有余而力不足，实验课时的安排只能相应减少。

4.由于一些教师实验功底不厚，再加上部分实验操作繁琐、耗时、成功率低等原因，教师为了避免课堂上出现“费力不讨好”的现象，便在课堂上直接用视频实验代替演示实验或学生实验。这一设置减少做實验的时间，增加了教师的讲授时间和学生做练习的时间，看起来让课堂变得更“高效”。但与此同时，课堂也失去了精彩的部分，学生的学习兴趣也被慢慢消耗。

基于以上实情，笔者认为应该将课堂教学中的实验进行优化，尽量做到人人参与实验，使学生能在“做中学”、“学中做”的过程中自主建构科学知识。

二、初中科学课堂教学中实验优化应遵循的原则

以七年级科学教材为例，统计发现，课本活动共计75个，其中学生实验44个，演示实验23个，研究性课题8个。这么多实验内容，如果不调整优化，实施过程中会出现时间不够等一系列问题。实验优化是指对实验的模式、器材、操作步骤进行改进，使实验操作更简便，现象更明显，有利于提高学生的科学素养。教师在实验优化过程中应遵循以下原则：

1.科学性原则：实验的改进应具有针对性和目的性，改进后的实验能正确地表现或说明原理或概念，能使学生获得正确的感性材料，形成正确的认识。

2.简易性原则：实验原材料应来源于实验室或生活用具，实验操作简便，能在有限的课堂教学时间内完成，有利于教学目标的达成。

3.直观性原则：实验现象直观、鲜明，能突出实验目的，使学生易于观察，获得直观的感性材料。

4.安全性原则：实验过程安全，实验处于可控制状态，药品用量少，将对环境的污染降到最低。

5.可行性原则：实验的设计应符合教学实际情况，难易程度应符合学生的认知情况，易于教师掌控，能对教学目标的顺利完成起促进作用。

三、初中科学课堂教学中实验优化实施的策略

皮亚杰强调：“儿童要高度活动，在活动中让儿童动脑、动手，进行探索，通过活动逐步丰富儿童的认知结构，在教学过程中要通过儿童自身积极的活动，让儿童探究、发现知识。”（引自《初中科学教学关键问题指导》第142页，共80字）科学教学过程的实质是学生在老师的指导下认识科学知识，经历从生动的直观到抽象思维，从抽象思维到实践的认识步骤。实验作为科学知识获得的一种重要途径，如何才能让它调动学生对知识的主动建构，培养学生的创新精神和实践能力，笔者认为可以从以下几方面进行。

（一）优化实验方式，提高学生的实验参与度

课程标准要求学生掌握观察、实验、收集处理信息的基本技能。要落实这个要求，教师应深入研究教材，在进行教学设计时面向全体学生，根据学生当前的认知水平，确定探究难易程度，优化实验方案，变不易为简易，增强实验的可操作性，提高课堂效率。

1.优化演示实验，让实验效果更明显。

演示实验是教师在教学过程中亲自进行表演示范操作，并指导学生进行观察、思考的实验，一般成功率较高，还可以节省课堂上宝贵时间。其缺点是实验现象的可视性较差，实验过程中师生间缺少互动，实验中蕴含的内涵不能被发掘。将部分学生能够安全操作的演示实验改为学生实验，有助于将学生被动的“等待式”学习转化为主动的“探索式”学习，不仅能提高学生观察、实验、动手能力，还能使学生初步养成善于与人交流、分享和协助的习惯。

2.对教材中原有实验进行改进。

笔者在教学过程中发现，教材中有些实验在实际操作中难度大、效果差。因此在教学实践中教师要充分发挥主观能动性，开动创造性思维，根据学校实验室的实际情况对实验方案作出相应的改进。改进的目的不仅要使实验操作更简便，效果更明显，还要使学生能通过实验突破教学难点，培养他们的创新思维。

【案例1】：甲烷气体燃烧实验

教材原实验：点燃甲烷气体，在火焰上方罩一个内壁蘸有澄清石灰水的烧杯，观察实验现象。该实验的目的是让学生了解甲烷燃烧的产物。

原实验中存在的问题：甲烷燃烧在生产生活中应用虽然非常广泛，但是要用甲烷在课堂上做这个实验，甲烷如何去获取？获取后应该装在哪里？应该选用什么装置？如何让装置内甲烷气体喷出来方便实验者点燃？教师面对这一系列的问题无所适从。所以基本上教师在进行这一活动时，都是让学生通过观看甲烷燃烧的视频，得出结论。如此设计，会使学生感觉这节课枯燥无味，只是纯粹的记忆性接受了一些知识。

改进：改用丁烷代替甲烷进行实验。

通过组织学生活动：观察和把玩打火机，让学生说说丁烷的性质以及丁烷燃烧的产物，让学生设计实验来证明丁烷的燃烧产物。提供给学生的实验器材有：表面皿、打火机、澄清石灰水。让他们以6人小组共同完成一份实验设计图并配必要的文字说明，要求设计方案时要考虑实验的安全性和简便性，完成后进行展示，说明设计的理由。学生在设计时大部分都想到将干燥的表面皿放在打火机上和将蘸有澄清石灰水的表面皿放在打火机上方，观察现象。教师提问学生有什么地方需要注意和改进的？只有一块表面皿，在实验操作顺序的先后上是否需要注意？学生会考虑到表面皿要干冷;只有一块表面皿应该先做检验水的实验，再做检验二氧化碳的实验。等学生清楚实验步骤和原理后再让他们开始进行实验，记录现象、结论和实验中的困惑。对于实验中的困惑，則由其他组的同学帮忙解答。

实验改进后的课堂给予学生充分的时间进行讨论交流设计实验方案，在比较中发现不同方案的优点和不足，能在讨论中对方案进行修改和完善，这样学生对方案合理与否会有更深刻的理解。不仅提高了学生的参与度，同时也提高了学生实验方案的设计能力。由于学生是分组进行实验来验证猜想，不仅培养了学生合理利用器材进行实验的能力，还进一步培养学生科学探究能力。能对实验中出现的一些预料之外的现象进行分析与解释，培养了学生的分析能力，交流与合作的探究意识也得到了强化。

3.设计新的实验来弥补教材中的空白。

教材资源是“死”的，不具有生成性的特点，这就要求科学教师能够灵活拓展教材。教师应该认识到教材并不是唯一的教学资源，教师要由教材的执行者转变为科学课程的创造者，建构个性化课堂，培养学生各方面的能力。按照心理学的相关理论，人类获取的信息80%是依靠视觉。科学知识如果是通过教师纯粹讲授的形式呈现在学生面前，学生不仅会觉得枯燥，由于缺乏“眼见为实”，也会对其产生怀疑。如果能在这些课程中设计新的实验，可以给学生形成强烈的视觉冲击，留下深刻的印象。

【案例2】：浓硫酸的吸水性与脱水性的区别是什么？教材中仅安排了脱水性实验，对于吸水性教材中的介绍是浓硫酸能直接吸收空气中的水分。教师可以补充设计浓硫酸吸水性的实验：在玻璃培养皿（生物用）中，倒入一些浓硫酸，放在投影仪上，在一平面玻璃上滴上一滴水，然后倒扣在浓硫酸上。一会儿，水滴消失。此实验能让学生清楚理解两者的区别。

【案例3】：在《简单的有机物》一课中增设教师演示实验：化妆品燃烧。

点燃打火机，将喷雾型防晒霜喷向火焰处，喷出的雾状液体立即剧烈燃烧。教师在进行实验时要做好防护措施。实验中雾状液体火焰很大，学生对出现的这个场面很是震惊，对有机物的燃烧有了更深刻的认识。通过该实验学生了解到化妆品中含有多种有机物，容易燃烧，所以化妆品、香水等不要放在车内，也不要靠近火源，不然容易引起火灾，这对学生来说也是进行了一次很好的安全教育。

（二）优化实验渠道，使实验向纵深方向发展

1.开展家庭实验，将课堂实验延伸到课外

科学在社会生活中的重要作用和广泛渗透，要求科学教育社会化、大众化。初中科学教育正是向未来社会公民普及科学知识的重要环节。让科学实验走出课堂，走进家庭，走进社会生活，既是培养学生运用科学知识解决问题能力的需要，也是现今实验改革的方向。一些操作方便、装置简单、材料易得、安全性高的实验可以让学生在课外进行，不仅能激发学生的兴趣，让探究更加充分，还可以使学生认识和理解科学对个人和社会的贡献和价值，对学生进行“科学的生活”和“生活中的科学”教育。例如探究种子萌发需要的条件，测量土壤的酸碱性等实验均可在家完成。

2.合理利用视频实验，使实验过程更清晰。

视频实验由于是已经制作好的，实验的设计与结果也符合设计者的意图，往往都是成功的实验，不会产生意想不到的“意外”，不利于产生课堂生成创造教学契机，也不能触发学生的好奇心。但视频实验在教学中并不是一无是处，合理选用可以让课堂更完美。

有些实验耗时较长，不能在课堂上完成。例如将鸡蛋放到稀盐酸中观察蛋壳的变化。教师可以事先用手机把它录制成视频在课堂上以三倍快速播放给学生观看，鸡蛋在盐酸溶液中不断地上浮和下沉，这样就解决了课堂上时间的限制。

有些实验由于速度太快，人眼来不及反应。例如在讲能量的转化中篮球撞击地面而发生反弹的过程，由于时间太短，学生不能观察到篮球的形变过程。如果改用视频播放慢镜头，篮球的形变过程会变得很清晰，学生能轻松地了解能量的转化情况。

有些实验教师在讲解操作步骤时学生不易理解。例如制作并观察血涂片。教师可以在课前去医院拍摄医生制作血涂片的过程，将视频在学生动手进行实验之前播放，并将医生的动作放慢，让学生仔细观看，再让学生自己动手操作，学生操作起来会比较得心应手。

（三）优化实验器材，培养学生的科学意识

1.利用生活用具作为实验器材。

科学本源于生活，将生活用具作为实验器材使用到课堂中，不仅可以增加学生的亲切感，让学生感觉到科学就在我们身边，又丰富了科学实验教学资源。由于这些物品本来的用途不是用于实验的，所以这种做法属于创新，符合课程标准中科学课程目标之一，有利于增强学生的创新意识，培养他们的实践能力。

【案例4】：生活中的矿泉水瓶可以做不少实验。将一底部刺有一个小孔的矿泉水瓶装满水，发现底部会漏水;拧紧瓶盖，水却不会再漏出来，这是为什么呢？以此作为《大气的压强》中的引入实验，可以引起学生好奇心。在矿泉水瓶的侧壁上方和下方分别刺上两个小孔，灌满水，两条水柱喷出来，下方的水柱明显比上方的水柱喷的远。此实验可以验证液体压强与液体深度的关系。在探究压强与受力面积关系时，将一瓶装满水的矿泉水瓶分别正方和倒放在海绵上，观察海绵的凹陷程度。将瓶中的水倒掉部分放在海绵上，又可以研究压强与压力的关系。

【案例5】：七年级的学生在学习温度计时，对于温度计的工作原理是由于液体的热胀冷缩引起的，有些学生不能理解。教师可以在藿香正气水或者儿童葡萄糖酸锌口服液小药瓶中装入红墨水，盖紧瓶盖，瓶盖中插入吸管，將其放到装有热水的烧杯中，吸管内液面迅速上升。

【案例6】：在探究力的作用效果之力能使物体发生形变时，用矿泉水瓶效果明显，但学生会有一个疑问：是不是由于矿泉水瓶材料质地软才能形变？如果是质地坚硬的物体也能形变吗？为什么在日常生活中我们在挤压玻璃瓶的时候却观察不到瓶子发生形变呢？为了解除学生这一疑惑，可以做如下实验：在劲酒瓶中注入一定量的水，拧上插有较细吸管的瓶盖，用力挤压酒瓶，吸管中的水会上升。

以上这些实验由于瓶子廉价易得，携带方便的特点，为实验设备缺乏的学校开展实验提供了可能。

2.利用现代科技，使实验更精确。

课程标准对学生的要求是通过设计方案，进行实验，分析处理数据来得出实验结论，对客观数据要尊重，培养学生实事求是的科学态度。但教材中的一些实验由于仪器的问题，在操作上很难做到精准，会让学生有虚假的感觉。现代科技发展迅速，新产品不断涌现，如果能将这些新的科技产品应用到课堂实验教学中，成为新的实验教具，不仅能使数据更精确，还可以突破实验的难点，使实验现象更直观，操作更简便。

例如数码温度计相对于传统的液体温度计，它的优点是可固定某一瞬间数值，便于查阅且精确度高，大屏数显读数方便。使用时也无需固定和轻拿轻放，操作方便，可以提高课堂效率。

例如传感器具有实时测量、连续记录数据;又可定位实验任意时刻;还能形象展示动态变化;精确度高、灵敏度高等优点。将其应用在晶体熔化实验中，依托其实时测量、连续数据记录的特点，可以突破证据获取难点;将其应用在牛顿第一定律的推理过程中，依托其精确测量，实现推理可视化，可以突破结论得出难点。

四、结束语

综上所述，实验的优化可以提高学生参与度，训练学生动手能力，激发学生学习主动性，提升学生创新能力，培养学生的思维能力，让课程更丰富，让课堂更精彩。所以教师要尽可能在课堂上为学生创造学习和探索科学的条件，让学生能够动起来，使他们在学习过程中不仅体验到科学的魅力，科学素养也得到进一步的提升。

【参考文献】：

[1]中华人民共和国教育部制定.义务教育初中科学课程标准（2011年版）[M]北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]范杰.化学实验论.山西科学技术出版社.2001

[3]王耀村.初中科学教学关键问题指导.高等教育出版社.2016