初中科學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略的研究

章金峰

（杭州市余杭區(qū)良渚第二中學(xué)，浙江 杭州 310000）

前言

作為初中教育體系中不可或缺的一部分，科學(xué)學(xué)科始終秉持以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科定義，可以說，實(shí)驗(yàn)決定了科學(xué)這門學(xué)科的教學(xué)效果。然而，目前仍有一部分教師的科學(xué)實(shí)驗(yàn)存在諸多不足之處，這顯然不利于學(xué)生的發(fā)展。因此，我們必須對(duì)初中科學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，并提出相關(guān)創(chuàng)新設(shè)計(jì)策略。

一、創(chuàng)新原型素材的來源

實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的首要問題是從何處下手?也就是創(chuàng)新思維的起源和素材在哪里。任何創(chuàng)新都不是憑空產(chǎn)生的.肯定有著蹤跡可循，它必定來自先前的感受和認(rèn)知，都有一定的原型。

（一）教材固有實(shí)驗(yàn)的缺陷

很多教材固有實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上存在一些“缺陷”，或是操作過于繁瑣，或是現(xiàn)象不明顯等，影響了教學(xué)效果，我們可以針對(duì)這些缺陷加以創(chuàng)新改進(jìn)。

案例1“滑輪組”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

在九年級(jí)的“滑輪組”的教學(xué)中，教材實(shí)驗(yàn)通過裝置研究了繩子拉力F 和重力G 以及繩子股數(shù)”之間的關(guān)系。教學(xué)中我們還要進(jìn)一步研究物體移動(dòng)距離h 和繩子移動(dòng)距離5 兩者間的關(guān)系，若使用書本裝置，很難將兩個(gè)距離進(jìn)行定量的標(biāo)記測(cè)量。

（二）教材固有實(shí)驗(yàn)的“演化”

解釋書本知識(shí)的方法和例證是多樣性的，教材固有實(shí)驗(yàn)只是其中的一種。如證明力的存在，可以從力能使物體發(fā)生形變舉證，也可以從力能使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變舉證，方法多樣。將教材固有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不同角度的“演化”，可以創(chuàng)新出很多功能“平等”的實(shí)驗(yàn)。

案例2“探究壓力作用效果”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

在七年級(jí)的“探究壓力作用效果的相關(guān)因素”教學(xué)中，教材實(shí)驗(yàn)通過鉤碼改變壓力大小，小凳子改變受力面積，海綿的形變度來說明壓力的作用效果。聯(lián)系教材“力的存在”教學(xué)中是用氣球形變來實(shí)驗(yàn)舉證，以及“胸口碎大石”舉證壓強(qiáng)與作用面積的關(guān)系的相關(guān)運(yùn)用，用改變釘子的數(shù)量來改變接觸面積，用氣球的形變度和破裂表達(dá)壓力的作用效果，從設(shè)計(jì)思路上分析，教材固有實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的功能是“平等”的。

（三）學(xué)生的思維“困惑點(diǎn)”

初中階段，學(xué)生的思維經(jīng)歷從形象思維向抽象的理性思維轉(zhuǎn)變的過程，學(xué)生的抽象思維水平不高，再加上一些錯(cuò)誤前概念的干擾，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，難免會(huì)遇到很多困惑，產(chǎn)生錯(cuò)誤的推論。針對(duì)學(xué)生的這些思維困惑，創(chuàng)新出形象直觀的實(shí)驗(yàn)獲取直接的證據(jù)，解決問題。

案例3“浮力中的G 排”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

在八年級(jí)“浮力”的教學(xué)中，研究得出阿基米德原理F 浮=G 排，實(shí)驗(yàn)中使用溢水杯。學(xué)生能觀察到水溢出的過程，因?yàn)镚 溢=G 排，F(xiàn) 浮=G 溢，所以F 浮=G 排。然而在阿基米德原理運(yùn)用中，并不是所有的情況下都會(huì)有溢出的過程，如下情景：“重100 牛的水可以產(chǎn)生的最大浮力為多少?”在這個(gè)問題中，100 N 的水，能產(chǎn)生多少G 排是一個(gè)難點(diǎn)，由于建立阿基米德原理是通過溢水實(shí)驗(yàn)完成的，G 溢=G 排，F(xiàn) 浮=G 溢，F(xiàn) 浮=G 排是一個(gè)前概念，所以很多同學(xué)認(rèn)為將100 N 水裝在溢水杯里，無論如何溢出的水不會(huì)超過100N，所以浮力一定小于100 N。由此可見，在抽象的理性思維中，理解G 排是一個(gè)難點(diǎn)。針對(duì)這個(gè)難點(diǎn)，大燒杯中裝入A N 的水，小燒杯漂浮其中，改變小燒杯中的重B N，比較A與B的大小關(guān)系，區(qū)分排開和溢出的區(qū)別，理解G 排的本質(zhì)。

（四）習(xí)題拓展類素材的模型再現(xiàn)

科學(xué)學(xué)科非常強(qiáng)調(diào)習(xí)題的教學(xué)，習(xí)題通過創(chuàng)設(shè)各種情景，將書本知識(shí)加以運(yùn)用和拓展。對(duì)于一般運(yùn)用類的知識(shí)，學(xué)生只要還原到書本實(shí)驗(yàn)就可以解決問題。而對(duì)于那些深入拓展類的知識(shí)運(yùn)用，或是因知識(shí)儲(chǔ)備不足，或是因原理過于復(fù)雜，或是因創(chuàng)意太新等，阻礙學(xué)生的理性思維。教學(xué)中，有必要將這類素材轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，以有助于?xí)題教學(xué)。

案例4“電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

在九年級(jí)的電功和電功率的學(xué)習(xí)中，浙教版的科學(xué)教材中呈現(xiàn)的都是純電阻電路，基于的推論，，P 電=P 熱。在習(xí)題教學(xué)中，知識(shí)要拓展到非純電阻電路，，P 電>P 熱，知識(shí)的運(yùn)用已超出了學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備。由此，可以通過小電機(jī)“轉(zhuǎn)動(dòng)”和“卡住”分別創(chuàng)設(shè)出非純電阻電路和純電阻電路兩種情景中的不同能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，通過燈泡亮暗變化以及電流表的讀數(shù)認(rèn)識(shí)到J 數(shù)據(jù)的明顯變化，形成思維的沖突。然后拆去小燈泡，增加電壓表，根據(jù)左圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過數(shù)據(jù)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到非純電阻電路的特點(diǎn)。

（五）生活場(chǎng)景類素材的模型再現(xiàn)

科學(xué)源于生活，走向生活。上述所提到的書本實(shí)驗(yàn)和習(xí)題應(yīng)用無不來自于生活，除此之外，生活場(chǎng)景的概念更為寬泛，它包含了我們生活中的所有“科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)”內(nèi)容。選擇一些相關(guān)于教材的內(nèi)容，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮佻F(xiàn)，引入教學(xué)，可以豐富教學(xué)內(nèi)涵。

案例5“電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

在八年級(jí)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的教學(xué)中，華師大版科學(xué)教材中(浙教版沒有)有一個(gè)思考：“自行車上的磨電燈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是電動(dòng)機(jī)還是發(fā)電機(jī)?”通過運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電流，從應(yīng)用上來看無疑是發(fā)電機(jī)，但觀察書本圖示結(jié)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)有著相同的結(jié)構(gòu)，同一個(gè)結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生“電和動(dòng)”的轉(zhuǎn)化。為此，在教學(xué)中可以將磨電燈帶進(jìn)課堂加以研究。同理也可以在不破壞玩具小車構(gòu)造的前提下，實(shí)現(xiàn)由電生動(dòng)和由動(dòng)生電的轉(zhuǎn)化，結(jié)合書本“電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)”的圖示分析，讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)到兩者的內(nèi)在聯(lián)系。

二、創(chuàng)新的方向和評(píng)價(jià)要點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)是為教學(xué)而服務(wù)，或提高趣味、或呈現(xiàn)過程、或?yàn)楂@得結(jié)論、或讓學(xué)生經(jīng)歷切身體驗(yàn)，所以教學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新不是單純的創(chuàng)造發(fā)明，而在于是否更好地服務(wù)于教學(xué)，可以從以下幾個(gè)方面加以評(píng)價(jià)。

（一）選材：個(gè)性明顯、新穎寬泛

從選材的角度看，保證實(shí)驗(yàn)的“增強(qiáng)”效果是首要指標(biāo)。首先注重材料的個(gè)性特點(diǎn)，如需要“輕”的效果，選乒乓球、泡沫、氣球等，越輕越好；需要“形變”的效果，海綿、橡皮泥、彈簧、橡皮膜等，形變?cè)矫黠@越好。其次是材料要突破教材常規(guī)視野，新穎寬泛，如膠體的配置，可以嘗試選用淀粉、牛奶、蜂蜜等。

案例6“光路”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

七年級(jí)光學(xué)教學(xué)，直線傳播和折射都需要有明顯的光路，教材中的圖示采用的都是清水，實(shí)際現(xiàn)象不明顯，為“增強(qiáng)”光路效果，可以將清水換成蜂蜜配置成的膠體，將書本上的紅光激光筆換成綠光激光筆(綠光比紅光亮6倍，光柱比紅光明顯)。在做折射實(shí)驗(yàn)時(shí)。將綠光從空氣射向水中，用噴霧器向空氣中噴灑蜂蜜水，也可以將空氣中的傳播光路明顯地呈現(xiàn)出來。

（二）操作：簡(jiǎn)潔、成功率高

從操作的角度看，保證實(shí)驗(yàn)的“可操作性”是首要指標(biāo)。首先實(shí)驗(yàn)操作過程簡(jiǎn)單，不會(huì)顧此失彼，學(xué)生的觀察重點(diǎn)明確，易于理解，不會(huì)產(chǎn)生科學(xué)上的歧義。其次是成功率高，穩(wěn)定性強(qiáng)，失敗的實(shí)驗(yàn)總會(huì)讓學(xué)生有“假”的感覺，甚至于因?qū)嶒?yàn)失敗而回歸于理論實(shí)驗(yàn)，會(huì)讓學(xué)生覺得“更假”。

案例7“氣體壓強(qiáng)和流速關(guān)系”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

在八年級(jí)“氣體壓強(qiáng)和流速關(guān)系”的教學(xué)中，教材上有一段有關(guān)飛機(jī)升力的閱讀材料。為了呈現(xiàn)這個(gè)情景，用泡沫制作模擬機(jī)翼，電扇提供氣流。觀察到機(jī)翼模型上升時(shí)，很多同學(xué)認(rèn)為泡沫是被電扇氣流向上吹上去的。老師將機(jī)翼模型調(diào)換一個(gè)面，觀察到機(jī)翼模型下降時(shí)，同學(xué)們又認(rèn)為泡沫有重力，理所當(dāng)然會(huì)掉下來。很明顯，實(shí)驗(yàn)操作繁瑣，理解上又有歧義。對(duì)此，可以用兩塊泡沫模型不同方向?qū)Ρ确胖茫^察到一升一降，將框子倒立重復(fù)實(shí)驗(yàn)，原先下降的泡沫上升了。對(duì)比分析，有效排除了學(xué)生的理解上的歧義。

（三）現(xiàn)象：可見度高、驚奇

從現(xiàn)象的角度看，保證實(shí)驗(yàn)的“沖擊力”是首要指標(biāo)。首先實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見度要高，實(shí)驗(yàn)前后的現(xiàn)象對(duì)比區(qū)分度高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和環(huán)境背景區(qū)分明顯，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)等，充分地沖擊教室內(nèi)每一位同學(xué)的視覺。其次是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具備一定的驚奇性，出乎學(xué)生的心理預(yù)期，背離他們的想當(dāng)然，讓學(xué)生一驚一乍，沖擊他們的心理。這些沖擊最終能在學(xué)生的記憶中留下痕跡。

案例8“電動(dòng)機(jī)”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

在八年級(jí)的“電動(dòng)機(jī)”的教學(xué)中，創(chuàng)新制作一個(gè)簡(jiǎn)易電動(dòng)機(jī)。在學(xué)生的心理預(yù)期中，一是憑實(shí)驗(yàn)室條形磁體的經(jīng)驗(yàn)，釹磁體沒有足夠的磁力吸引住干電池，干電池將會(huì)從回形針上掉落下來；二是他們所接觸到的電動(dòng)機(jī)的線圈都是非常復(fù)雜，這個(gè)裝置是如此簡(jiǎn)單，想當(dāng)然認(rèn)為絕不可能會(huì)運(yùn)動(dòng)，是老師糊弄他們。他們等待著實(shí)驗(yàn)的失敗，然而當(dāng)模型通電后，干電池在搖搖欲墜中發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而且速度愈來愈快，完全出乎意料，十分驚奇。

（四）體驗(yàn)：能量產(chǎn)、可隨堂動(dòng)手

從體驗(yàn)的角度看，保證實(shí)驗(yàn)的“能動(dòng)手褻玩”是首要指標(biāo)。在小組合作學(xué)習(xí)的背景下，隨堂實(shí)驗(yàn)的開展是一個(gè)趨勢(shì)，將實(shí)驗(yàn)引入課堂的每一個(gè)小組，確保每一個(gè)學(xué)生都有更多動(dòng)手的機(jī)會(huì)，從遠(yuǎn)觀到褻玩，做中學(xué)，做中思。這就要求創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)盡量往量產(chǎn)的方向發(fā)展，簡(jiǎn)便、靈活、低成本，在數(shù)量上保證學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)。

案例9“人體是導(dǎo)體”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

在八年級(jí)科學(xué)“導(dǎo)體和絕緣體”的教學(xué)中，人體是導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)難點(diǎn)。將人體接入干電池的電路中，小燈泡根本不會(huì)發(fā)光，如果上課做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)形成錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)。將人體接入教室電路，后果很嚴(yán)重(即使是經(jīng)過處理的電路，也擔(dān)心學(xué)生不加區(qū)分地在課后模仿)。如演示所用驗(yàn)電球，球體內(nèi)已裝有高能微型電池和內(nèi)在電路。人體直接或間接接觸兩個(gè)螺絲構(gòu)成回路，指示燈就會(huì)發(fā)光。這個(gè)裝置已經(jīng)量化生產(chǎn)，網(wǎng)上購(gòu)買方便，非常適宜于小組的體驗(yàn)，一個(gè)人，一群人，人和金屬，人和大地都能形成回路。操作安全、方便，現(xiàn)象明顯

結(jié)語

綜上所述，本文基于實(shí)踐，從理論上提煉出了“實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新原型的素材來源、創(chuàng)新的方向和評(píng)價(jià)要點(diǎn)”等核心操作要素，它符合一般科學(xué)研究中的提出問題和解決問題的基本邏輯，也融合了等效替代等科學(xué)思想，符合科學(xué)學(xué)科具有系統(tǒng)性的科學(xué)方法理論。這些策略的理論總結(jié)，是可以作為一定的范本加以推廣。