湯緒華

摘 要：提高每一位學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是科學(xué)的核心理念?；镜目茖W(xué)素養(yǎng)，要求學(xué)生要親身體驗(yàn)來感知科學(xué)現(xiàn)象，獲取科學(xué)知識(shí)。許多時(shí)候，要從課堂教學(xué)中去學(xué)習(xí)，要從自己動(dòng)手的科學(xué)實(shí)驗(yàn)做起，從課本科學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展實(shí)際困難出發(fā)，尋找這些實(shí)驗(yàn)疑難的原因和針對(duì)性的改進(jìn)方法，突破課本實(shí)驗(yàn)難以開展的情況，讓學(xué)生較直觀地觀察到科學(xué)現(xiàn)象，從而認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，提高對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。

關(guān)鍵詞：疑難實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)；創(chuàng)新

一、疑難緣起

科學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)不僅能幫助學(xué)生積累感性知識(shí)、建立概念、理解自然規(guī)律，而且還能培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。然而，在目前的科學(xué)教學(xué)中，科學(xué)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度與實(shí)驗(yàn)的應(yīng)有地位并不相符，究其原因主要是科學(xué)教學(xué)沒有完全擺脫“講、練、考”的教學(xué)模式，而實(shí)驗(yàn)只是作為形式化的教學(xué)環(huán)節(jié)，經(jīng)常被忽視，要么實(shí)驗(yàn)效果不明顯，要么實(shí)驗(yàn)不容易操作……實(shí)驗(yàn)不成功，會(huì)挫傷教師做實(shí)驗(yàn)的積極性，也會(huì)影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，以致他們逐漸地放棄這一類實(shí)驗(yàn)。

二、疑難實(shí)驗(yàn)的定義

疑難實(shí)驗(yàn)，是指從實(shí)驗(yàn)效果和成功率來講，實(shí)驗(yàn)效果不明顯、成功率低、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與理論不相符，呈現(xiàn)現(xiàn)象所需的時(shí)間太長(zhǎng)的，環(huán)境不適合的實(shí)驗(yàn)。如七年級(jí)上冊(cè)晶體熔化實(shí)驗(yàn)，海波在熔化過程中溫度保持不變基本觀察不到，而且等熔化與凝固完整做下來一般需要30多分鐘，45分鐘的課堂做這個(gè)實(shí)驗(yàn)效果差，因此屬于成功率較低的疑難實(shí)驗(yàn)。從實(shí)驗(yàn)的目的來講，疑難實(shí)驗(yàn)是與學(xué)生認(rèn)知水平不相符，與學(xué)習(xí)內(nèi)容脫節(jié)、方法無法體現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。如“測(cè)量土壤中空氣所占的體積”實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)操作的條件來看不存在疑難問題，但從實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪_(dá)成度來看，這就是一個(gè)疑難實(shí)驗(yàn)了。因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)包含著許多的科學(xué)方法、如轉(zhuǎn)換法、估算法和間接測(cè)量法，這個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生完成后，對(duì)實(shí)驗(yàn)的反饋分析無從下手，與學(xué)生的認(rèn)知水平不相符合，更無法對(duì)眾多的方法進(jìn)行分析。

三、疑難實(shí)驗(yàn)的成因

（一）理念滯緩

傳統(tǒng)的教學(xué)理念是造成科學(xué)疑難實(shí)驗(yàn)的根源。傳統(tǒng)的教學(xué)理念是教師傳授知識(shí)，學(xué)生接受知識(shí)，教師只要準(zhǔn)確無誤地把知識(shí)傳授給學(xué)生，讓學(xué)生從所傳授的知識(shí)中獲得正確的理解，就達(dá)到了教學(xué)的目的。盡管各界都提倡素質(zhì)教育，但受傳統(tǒng)的教學(xué)理念影響，教育現(xiàn)狀其實(shí)改變不大，這使科學(xué)教學(xué)變得機(jī)械化，缺少生機(jī)活力，長(zhǎng)此以往，那些需要花精力、花心思的實(shí)驗(yàn)自然就被忽視了，科學(xué)實(shí)驗(yàn)失去了它的原動(dòng)力。

案例1：在“小腸的消化吸收”教學(xué)時(shí)，受傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響，教師在授課時(shí)往往用視頻或幻燈片上的材料講授知識(shí)，這樣既省力又省事，但學(xué)生今天聽完，明天就忘了。若教師在教學(xué)過程中重視實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果就會(huì)不一樣，小腸有“長(zhǎng)、薄、大”的特點(diǎn)，如設(shè)計(jì)有關(guān)小腸長(zhǎng)的特點(diǎn)的有趣實(shí)驗(yàn)，效果會(huì)大不一樣，如有一位老師在上這節(jié)內(nèi)容時(shí)，教師解開大致在小腸位置上的衣服扣子，從中掏出事先準(zhǔn)備好的塑料管替代“小腸”來，一邊掏一邊把“小腸”放到地上，并繞著整個(gè)教室走差不多大半圈，“小腸”掏完了，學(xué)生立刻唏噓聲起，并伴隨著就這么長(zhǎng)?。〗處熃又鴨枺骸按蠹s有多長(zhǎng)？”學(xué)生回答：“六米左右吧。”這樣就是時(shí)隔多年，學(xué)生也不會(huì)忘記。

（二）條件難控

科學(xué)實(shí)驗(yàn)要有科學(xué)性、直觀性和趣味性。但有些實(shí)驗(yàn)本身?xiàng)l件不容易控制是造成疑難實(shí)驗(yàn)的重要原因，課本中的有些演示實(shí)驗(yàn)早已在實(shí)驗(yàn)室中獲得成功，但這些實(shí)驗(yàn)是需要在一定的條件下才容易做成功的，把這些實(shí)驗(yàn)搬到教室里來，由于實(shí)驗(yàn)條件的改變則不一定能成功。

如，有的實(shí)驗(yàn)在比較干燥的條件下才能成功的，可我們教師在進(jìn)教室做的時(shí)候沒有考慮這一點(diǎn)，還是按教材上的步驟依葫蘆畫瓢，常常會(huì)以失敗告終，為什么同一實(shí)驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果呢？這是由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的某些條件難以達(dá)到所致。

案例2：探究牛頓第一定律內(nèi)容實(shí)驗(yàn)時(shí)運(yùn)用了將重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能來研究，這個(gè)實(shí)驗(yàn)斜面與水平面由于交接處不是弧形軌道，常常導(dǎo)致小車的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏離，很難控制小車的初始速度相等，致使出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)偏差影響實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度，屬于條件難控制，若將實(shí)驗(yàn)的條件改變?yōu)闉榱双@得相同的初始動(dòng)能，由彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)變而來，如圖所示，將小車尾部緊貼著皮筋向后拉一段距離，可以保持每次皮筋被拉伸的距離相同，然后放手，小車前進(jìn)，記下前進(jìn)的距離后鋪好毛巾、棉布，多次實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，會(huì)比課本斜面上滑下來好理解一些。

（三）儀器陳舊

實(shí)驗(yàn)儀器本身的缺陷是造成科學(xué)疑難實(shí)驗(yàn)的一項(xiàng)重要因素，儀器陳舊主要是指儀器設(shè)備老化、生銹、有摩擦或摩擦力增大，反饋出來的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與課本描述的不一樣。

案例3：水的組成這一節(jié)實(shí)驗(yàn)，一是這實(shí)驗(yàn)裝置所用的金屬電極很容易生銹，二是由于器材原因負(fù)極產(chǎn)生的氫氣在點(diǎn)燃時(shí)會(huì)因放氣速度太快來不及觀察，就算是點(diǎn)燃了也并不是教材描述的淡藍(lán)色火焰，因在玻璃上燃燒有一點(diǎn)紅色的火焰。在進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)我考慮用兩只注射器代替原來的正負(fù)極的管子，先拔掉針頭兩個(gè)電極直接接上2枚大頭針上，實(shí)驗(yàn)好了后可以將注射器倒置，去掉橡皮管，將注射針頭還原，直接點(diǎn)燃針頭處氣體，這樣能觀察到淡藍(lán)色的火焰。

（四）與認(rèn)識(shí)水平不符

實(shí)驗(yàn)難度與學(xué)生認(rèn)知水平不匹配，與學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容脫節(jié)，實(shí)驗(yàn)方法無法體現(xiàn)有關(guān)的核心知識(shí)，這也是造成科學(xué)疑難實(shí)驗(yàn)的重要原因。

四、疑難實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)策略

實(shí)驗(yàn)有它自身的特點(diǎn)和規(guī)律，只要我們把握了這些特點(diǎn)和規(guī)律，有針對(duì)性地改進(jìn)，難題就迎刃而解了

（一）改變理念

理念往往是教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度不夠，這一疑難問題要想改變可以從開設(shè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力比賽、實(shí)驗(yàn)考試直接記入中考成績(jī)或在各項(xiàng)測(cè)試中增加實(shí)驗(yàn)題的比重來引起教師們的重視。另外也可以給老師準(zhǔn)備專門實(shí)驗(yàn)室上課，施行學(xué)生走班制，學(xué)校要求課本實(shí)驗(yàn)的開出率達(dá)到百分之九十以上。

（二）突破條件

解決因?qū)嶒?yàn)條件限制而不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的策略重在條件的突破，對(duì)某些不易控制的對(duì)策是利用新工藝創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件或增加器材達(dá)到預(yù)期條件后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)演示實(shí)驗(yàn)可視性不佳的具體對(duì)策是：變演示實(shí)驗(yàn)為小組合作實(shí)驗(yàn)等。

案例4：在學(xué)習(xí)金屬活動(dòng)性順序時(shí)，比較鋁與鋅時(shí)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鋁在常溫下幾乎不與硫酸反應(yīng)，將鋁片打磨后放入稀硫中反應(yīng)速度比鋅片與稀硫酸反應(yīng)的速度還要慢，原因是我們的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)條件不一樣，鋁在空氣中很快就又氧化了，改進(jìn)后將鋁片和鋅片剪成絲狀在硫酸銅溶液里浸泡幾分鐘（如圖），部分發(fā)生置換反應(yīng)然后再放入稀鹽酸中，與鋅放入稀鹽中進(jìn)行比較，現(xiàn)象是鋁與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡的速度更快，可以得出金屬鋁比鋅與酸反應(yīng)速度要快而且第三幅圖實(shí)驗(yàn)中明顯感覺會(huì)發(fā)熱。

案例5：課本在證實(shí)植物呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳時(shí)，是將較多豆芽吸干水分放置于密封的塑料袋中，然后把塑料袋在暗處放置一晚上，將產(chǎn)生的氣體通到澄清石灰水中。實(shí)際操作時(shí)發(fā)現(xiàn)：豆芽不易保存，易折斷，實(shí)驗(yàn)所需要的時(shí)間較長(zhǎng)，裝豆芽的塑料裝易破損，裝置不易密封，用澄清石灰水溶液驗(yàn)證呼吸產(chǎn)物二氧化碳，現(xiàn)象不明顯，所以我們改用黃豆（事先用水浸泡2天左右），溫度大約為25℃左右，將大約10顆正處于發(fā)芽期的黃豆置于大號(hào)注射器中，并將活塞拉到最大范圍，將注射器的注射端用橡皮帽堵?。ㄈ鐖D），在適宜的環(huán)境中12小時(shí)，而后用導(dǎo)管連接將氣體導(dǎo)入飽和的氫氧化鋇溶液中，發(fā)現(xiàn)溶液出現(xiàn)沉淀而且現(xiàn)象很明顯。

（三）改進(jìn)儀器

對(duì)于儀器本身的缺陷或儀器不合適這一具體因素，對(duì)策是利用新材料改變實(shí)驗(yàn)儀器或者用其他材料更換實(shí)驗(yàn)儀器，總之，要選用合適的儀器，對(duì)于制作不易的具體對(duì)策是選用身邊的材料制作實(shí)驗(yàn)儀器，讓實(shí)驗(yàn)變得簡(jiǎn)單，容易操作，同時(shí)也能揭示實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。

案例6：在研究改變內(nèi)能的方式熱傳導(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)，課本上用凡士林將火柴依次粘在金屬棒上，用酒精燈加熱金屬棒的一端，觀察火柴掉下來的快慢，這個(gè)實(shí)驗(yàn)難成功，每根火柴的凡士林量很難做到相同，還有實(shí)驗(yàn)火柴很可能會(huì)因?yàn)樽陨淼闹亓Χ粝聛?，于是想到是不是可以用新材料“變溫油墨”涂到鐵片上（如下圖），加熱鐵片的中央，導(dǎo)熱的快慢通過油墨的顏色變化能很直觀地反映出來，從鐵片圓盤的中央向周圍擴(kuò)散，使熱傳導(dǎo)現(xiàn)象更直觀。

案例7：八年級(jí)上浮力實(shí)驗(yàn)時(shí)演示潛水艇時(shí)的實(shí)驗(yàn)裝如下圖，這一裝置雖能直觀地讓學(xué)生明白原理，但跟潛水艇的實(shí)際構(gòu)造還有很大的區(qū)別，畢竟?jié)撍窃谄鋬?nèi)部實(shí)現(xiàn)水量控制的，沒有那根“尾巴”的，我想自制一個(gè)無尾巴的潛水艇，由一個(gè)礦泉水瓶和一個(gè)葡萄糖酸鈣口服液水瓶組合浮沉子來完成，事先將口服液瓶子里裝一大半水，放入礦泉水瓶時(shí)通常是浮到水面上的，但用手輕輕一按，玻璃瓶又來沉下去，蓋緊蓋子在外面稍用力一按壓小瓶?jī)?nèi)進(jìn)一點(diǎn)兒水小瓶就會(huì)進(jìn)入大瓶?jī)?nèi)下沉，若用力合適就可以做到小瓶在大瓶?jī)?nèi)懸浮的情景，實(shí)驗(yàn)時(shí)注意把握注入水的量。

（四）創(chuàng)新方法

對(duì)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈現(xiàn)所需的時(shí)間較長(zhǎng)的問題，具體對(duì)策是外加實(shí)驗(yàn)條件或用小型儀器等方法，對(duì)于實(shí)驗(yàn)環(huán)境不適合的問題，則采用換新環(huán)境或重新設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)等方法來實(shí)現(xiàn)。

案例8：在八年級(jí)上冊(cè)學(xué)習(xí)浮力的應(yīng)用后制作密度計(jì)，教師常常會(huì)組織一些相關(guān)的活動(dòng)來讓學(xué)生認(rèn)識(shí)密度計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理，但是，直接觀察和使用現(xiàn)有的密度計(jì)，只會(huì)讓學(xué)生對(duì)陌生的測(cè)量工具的認(rèn)識(shí)停留在膚淺的表象上，而對(duì)其現(xiàn)象背后的本質(zhì)難以理解，如密度計(jì)的原理和刻度的上小下大，所以想到就用同學(xué)們寫過的空水筆芯和圖釘結(jié)合起來制作簡(jiǎn)易的密度計(jì)，效果很好，自己動(dòng)手親自實(shí)驗(yàn)比教師講解更容易接受，如出現(xiàn)下圖時(shí)有同學(xué)問：“老師你這不是測(cè)不了鹽水的密度了。”我說：“為什么呢？”隨后讓他去測(cè)了一下鹽水的密度，才發(fā)現(xiàn)有可能是測(cè)不了比水密度小的液體的密度，所以只有做過實(shí)驗(yàn)才能使學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，把所學(xué)的東西回歸到實(shí)踐中去，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

（五）鋪設(shè)與學(xué)生認(rèn)識(shí)水平相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

有些實(shí)驗(yàn)是要求學(xué)生有一定的知識(shí)的基礎(chǔ)上才能對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、原理、結(jié)論加以理解的，如：檢驗(yàn)綠色植物光合作用，其中這個(gè)課本實(shí)驗(yàn)包括許多科學(xué)方

法，如水浴加熱、酒精脫色處理、用碘酒檢驗(yàn)淀粉存在、實(shí)驗(yàn)的難度與學(xué)生認(rèn)知水平不相符合，解決這個(gè)疑難可增加兩個(gè)鋪墊實(shí)驗(yàn)：一是水浴加熱與不水浴加熱對(duì)照，不用水浴加熱時(shí)酒精會(huì)燃燒起來；二是用酒精脫色與不用酒精脫色對(duì)照，用酒精能溶解葉綠素才能變成已知知識(shí)。通過這兩個(gè)鋪墊實(shí)驗(yàn)就能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析了，這里所用的鋪設(shè)實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到與學(xué)生認(rèn)知水平相適應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)和理解能力。

案例9：九年級(jí)上冊(cè)教材電流熱效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，選取的是兩只平底燒瓶?jī)?nèi)裝煤油，瓶?jī)?nèi)各插1根玻璃管，并各裝1根阻值不同的電阻絲，開關(guān)閉合一段時(shí)間，比較2根玻璃管內(nèi)液面上升的高度，就可以比較2根電阻絲放出熱量的多少，學(xué)生問：為什么不用水直接測(cè)出溫度的變化呢？其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)就該按照學(xué)生的想法，用溫度計(jì)來測(cè)量溫度，從學(xué)生的認(rèn)知水平出發(fā)，由實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象慢，散熱明顯，難做定量分析等原因，再想到換用煤油或其液體，又如何比較熱量的多少呢？再想到轉(zhuǎn)換法去觀察玻璃管中液面上升的高度。

提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，需要一線教育工作者從學(xué)生的現(xiàn)有認(rèn)知水平出發(fā)，一步一步去摸索，想方設(shè)法解決課本疑難實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生更多親身體現(xiàn)的機(jī)會(huì)。它需要我們?cè)谄綍r(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)多思考并去完善、實(shí)踐，科學(xué)實(shí)驗(yàn)疑難解決創(chuàng)新不僅能揭示客觀事物的本質(zhì)及內(nèi)在聯(lián)系，而且能指引人們?nèi)カ@取新知識(shí)，鼓勵(lì)我們更努力去實(shí)踐。

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