初中科学课堂实验创新设计策略的研究

章金峰

（杭州市余杭区良渚第二中学，浙江 杭州 310000）

前言

作为初中教育体系中不可或缺的一部分，科学学科始终秉持以实验为基础的学科定义，可以说，实验决定了科学这门学科的教学效果。然而，目前仍有一部分教师的科学实验存在诸多不足之处，这显然不利于学生的发展。因此，我们必须对初中科学课堂实验进行研究，并提出相关创新设计策略。

一、创新原型素材的来源

实现创新的首要问题是从何处下手?也就是创新思维的起源和素材在哪里。任何创新都不是凭空产生的.肯定有着踪迹可循，它必定来自先前的感受和认知，都有一定的原型。

（一）教材固有实验的缺陷

很多教材固有实验在设计上存在一些“缺陷”，或是操作过于繁琐，或是现象不明显等，影响了教学效果，我们可以针对这些缺陷加以创新改进。

案例1“滑轮组”实验的改进

在九年级的“滑轮组”的教学中，教材实验通过装置研究了绳子拉力F 和重力G 以及绳子股数”之间的关系。教学中我们还要进一步研究物体移动距离h 和绳子移动距离5 两者间的关系，若使用书本装置，很难将两个距离进行定量的标记测量。

（二）教材固有实验的“演化”

解释书本知识的方法和例证是多样性的，教材固有实验只是其中的一种。如证明力的存在，可以从力能使物体发生形变举证，也可以从力能使物体的运动状态发生改变举证，方法多样。将教材固有实验进行不同角度的“演化”，可以创新出很多功能“平等”的实验。

案例2“探究压力作用效果”的实验创新

在七年级的“探究压力作用效果的相关因素”教学中，教材实验通过钩码改变压力大小，小凳子改变受力面积，海绵的形变度来说明压力的作用效果。联系教材“力的存在”教学中是用气球形变来实验举证，以及“胸口碎大石”举证压强与作用面积的关系的相关运用，用改变钉子的数量来改变接触面积，用气球的形变度和破裂表达压力的作用效果，从设计思路上分析，教材固有实验和创新实验的功能是“平等”的。

（三）学生的思维“困惑点”

初中阶段，学生的思维经历从形象思维向抽象的理性思维转变的过程，学生的抽象思维水平不高，再加上一些错误前概念的干扰，学生在学习过程中，难免会遇到很多困惑，产生错误的推论。针对学生的这些思维困惑，创新出形象直观的实验获取直接的证据，解决问题。

案例3“浮力中的G 排”的创新实验

在八年级“浮力”的教学中，研究得出阿基米德原理F 浮=G 排，实验中使用溢水杯。学生能观察到水溢出的过程，因为G 溢=G 排，F 浮=G 溢，所以F 浮=G 排。然而在阿基米德原理运用中，并不是所有的情况下都会有溢出的过程，如下情景：“重100 牛的水可以产生的最大浮力为多少?”在这个问题中，100 N 的水，能产生多少G 排是一个难点，由于建立阿基米德原理是通过溢水实验完成的，G 溢=G 排，F 浮=G 溢，F 浮=G 排是一个前概念，所以很多同学认为将100 N 水装在溢水杯里，无论如何溢出的水不会超过100N，所以浮力一定小于100 N。由此可见，在抽象的理性思维中，理解G 排是一个难点。针对这个难点，大烧杯中装入A N 的水，小烧杯漂浮其中，改变小烧杯中的重B N，比较A与B的大小关系，区分排开和溢出的区别，理解G 排的本质。

（四）习题拓展类素材的模型再现

科学学科非常强调习题的教学，习题通过创设各种情景，将书本知识加以运用和拓展。对于一般运用类的知识，学生只要还原到书本实验就可以解决问题。而对于那些深入拓展类的知识运用，或是因知识储备不足，或是因原理过于复杂，或是因创意太新等，阻碍学生的理性思维。教学中，有必要将这类素材转化为实验模型，以有助于习题教学。

案例4“电动机内阻”的创新实验

在九年级的电功和电功率的学习中，浙教版的科学教材中呈现的都是纯电阻电路，基于的推论，，P 电=P 热。在习题教学中，知识要拓展到非纯电阻电路，，P 电>P 热，知识的运用已超出了学生的知识储备。由此，可以通过小电机“转动”和“卡住”分别创设出非纯电阻电路和纯电阻电路两种情景中的不同能量转化关系，通过灯泡亮暗变化以及电流表的读数认识到J 数据的明显变化，形成思维的冲突。然后拆去小灯泡，增加电压表，根据左图进行实验，通过数据让学生认识到非纯电阻电路的特点。

（五）生活场景类素材的模型再现

科学源于生活，走向生活。上述所提到的书本实验和习题应用无不来自于生活，除此之外，生活场景的概念更为宽泛，它包含了我们生活中的所有“科学、技术、社会”内容。选择一些相关于教材的内容，通过实验模型再现，引入教学，可以丰富教学内涵。

案例5“电动机还是发电机”的实验创新

在八年级电动机和发电机的教学中，华师大版科学教材中(浙教版没有)有一个思考：“自行车上的磨电灯的内部结构是电动机还是发电机?”通过运动产生电流，从应用上来看无疑是发电机，但观察书本图示结构，电动机和发电机有着相同的结构，同一个结构可以产生“电和动”的转化。为此，在教学中可以将磨电灯带进课堂加以研究。同理也可以在不破坏玩具小车构造的前提下，实现由电生动和由动生电的转化，结合书本“电动机、发电机”的图示分析，让学生直观认识到两者的内在联系。

二、创新的方向和评价要点

实验是为教学而服务，或提高趣味、或呈现过程、或为获得结论、或让学生经历切身体验，所以教学实验的创新不是单纯的创造发明，而在于是否更好地服务于教学，可以从以下几个方面加以评价。

（一）选材：个性明显、新颖宽泛

从选材的角度看，保证实验的“增强”效果是首要指标。首先注重材料的个性特点，如需要“轻”的效果，选乒乓球、泡沫、气球等，越轻越好；需要“形变”的效果，海绵、橡皮泥、弹簧、橡皮膜等，形变越明显越好。其次是材料要突破教材常规视野，新颖宽泛，如胶体的配置，可以尝试选用淀粉、牛奶、蜂蜜等。

案例6“光路”的创新实验

七年级光学教学，直线传播和折射都需要有明显的光路，教材中的图示采用的都是清水，实际现象不明显，为“增强”光路效果，可以将清水换成蜂蜜配置成的胶体，将书本上的红光激光笔换成绿光激光笔(绿光比红光亮6倍，光柱比红光明显)。在做折射实验时。将绿光从空气射向水中，用喷雾器向空气中喷洒蜂蜜水，也可以将空气中的传播光路明显地呈现出来。

（二）操作：简洁、成功率高

从操作的角度看，保证实验的“可操作性”是首要指标。首先实验操作过程简单，不会顾此失彼，学生的观察重点明确，易于理解，不会产生科学上的歧义。其次是成功率高，稳定性强，失败的实验总会让学生有“假”的感觉，甚至于因实验失败而回归于理论实验，会让学生觉得“更假”。

案例7“气体压强和流速关系”的创新实验

在八年级“气体压强和流速关系”的教学中，教材上有一段有关飞机升力的阅读材料。为了呈现这个情景，用泡沫制作模拟机翼，电扇提供气流。观察到机翼模型上升时，很多同学认为泡沫是被电扇气流向上吹上去的。老师将机翼模型调换一个面，观察到机翼模型下降时，同学们又认为泡沫有重力，理所当然会掉下来。很明显，实验操作繁琐，理解上又有歧义。对此，可以用两块泡沫模型不同方向对比放置，观察到一升一降，将框子倒立重复实验，原先下降的泡沫上升了。对比分析，有效排除了学生的理解上的歧义。

（三）现象：可见度高、惊奇

从现象的角度看，保证实验的“冲击力”是首要指标。首先实验现象的可见度要高，实验前后的现象对比区分度高，实验现象和环境背景区分明显，实验现象持续时间长等，充分地冲击教室内每一位同学的视觉。其次是实验现象具备一定的惊奇性，出乎学生的心理预期，背离他们的想当然，让学生一惊一乍，冲击他们的心理。这些冲击最终能在学生的记忆中留下痕迹。

案例8“电动机”的创新实验

在八年级的“电动机”的教学中，创新制作一个简易电动机。在学生的心理预期中，一是凭实验室条形磁体的经验，钕磁体没有足够的磁力吸引住干电池，干电池将会从回形针上掉落下来；二是他们所接触到的电动机的线圈都是非常复杂，这个装置是如此简单，想当然认为绝不可能会运动，是老师糊弄他们。他们等待着实验的失败，然而当模型通电后，干电池在摇摇欲坠中发生旋转，而且速度愈来愈快，完全出乎意料，十分惊奇。

（四）体验：能量产、可随堂动手

从体验的角度看，保证实验的“能动手亵玩”是首要指标。在小组合作学习的背景下，随堂实验的开展是一个趋势，将实验引入课堂的每一个小组，确保每一个学生都有更多动手的机会，从远观到亵玩，做中学，做中思。这就要求创新实验尽量往量产的方向发展，简便、灵活、低成本，在数量上保证学生动手的机会。

案例9“人体是导体”的创新实验

在八年级科学“导体和绝缘体”的教学中，人体是导体的实验是一个难点。将人体接入干电池的电路中，小灯泡根本不会发光，如果上课做这个实验，学生会形成错误的认识。将人体接入教室电路，后果很严重(即使是经过处理的电路，也担心学生不加区分地在课后模仿)。如演示所用验电球，球体内已装有高能微型电池和内在电路。人体直接或间接接触两个螺丝构成回路，指示灯就会发光。这个装置已经量化生产，网上购买方便，非常适宜于小组的体验，一个人，一群人，人和金属，人和大地都能形成回路。操作安全、方便，现象明显

结语

综上所述，本文基于实践，从理论上提炼出了“实验创新原型的素材来源、创新的方向和评价要点”等核心操作要素，它符合一般科学研究中的提出问题和解决问题的基本逻辑，也融合了等效替代等科学思想，符合科学学科具有系统性的科学方法理论。这些策略的理论总结，是可以作为一定的范本加以推广。