浅谈科学实验改进

伍灵保

【摘要】实验是科学的基石，科学教学离不开实验，要提高科学课堂的效率，必须提高科学实验的有效性。但教材存中在一定数量的疑难实验，困扰着教师，影响了学生的学习兴趣，降低了学生对实验的可信度。因此，我们必须通过对某些科学实验进行改进和创新：1.用学生微型实验，改进传统的演示实验，2.用学生微型实验，改进传统的学生分组实验，3.改进污染实验，开发绿色实验，4.改进实验方法，提高实验成功率。经过改进后，将实验更好地应用于教学之中，充分发挥其教学作用，使我们的科学教学更加生动有趣，从而大大提高科学课堂教学效率，减轻学生课外学业负担。

【关键词】科学实验 改进

【中图分类号】G632 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）05-0153-02

实验是科学的基石，科学教学离不开实验，要提高科学课堂的效率，必须提高科学实验的有效性。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，初步理解科学本质，形成科学态度、情感与价值观，提高其创新意识和实践能力。但教材存在着一定数量的疑难实验，困扰着教师，其原因可能，一是实验本身的难度较高；二是实验器材不足，实验仪器的灵敏度不够；三是环境气候的影响以及操作者的实验技能等因素所致，使实验效果不佳或实验不成功。影响了学生的学习兴趣，降低了学生对实验的可信度。因此，我们必须通过对某些科学实验进行改进和创新，将实验更好地应用于教学之中，充分发挥其教学作用，使我们的科学教学更加生动有趣，从而大大提高科学课堂教学效率，减轻学生课外学业负担，把素质教育落到实处。 “注重提高学生的科学素养，突出科学探究，立足学生发展”是初中科学新课程的基本理念，也为我们指明了实验改进与创新的方向，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。

一、用学生微型实验，改进传统的演示实验

金祥教授指出微型化学实验具有十大特点：“小而省，快而好，易而安，多而高，少而低，也就是体积小，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”，并认为“微型化学实验是将传统玻璃材质之实验装置，如：量筒、试管、烧杯，改良成不易破损的塑胶材质，具有体积小，轻便容易携带的微型改良实验装置。对于我们农村中学来说班级人数较多，学生实验资源明显不足，而微型化学实验是化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。因此我在实验教学时大多采用学生微型实验改进传统的演示实验。

案例一：对探究光合作用需要光的实验改进

原实验需要仪器有酒精灯、三脚架，烧杯（500 毫升）、烧杯（100毫升）、表面皿、胶头滴管，药品用量需要酒精50毫升，用沸水开始加热完成实验要15分钟，而改进后微型实验只需要青霉素瓶（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1 毫升，完成实验只需要2分钟。

案例二：电解水实验微型装置设计

取两支5ml的注射器，在接近底部1/4处各打一个小孔，用胶液把两个注射器孔对孔粘住，分别注满10%的Na0H溶液；针嘴用胶帽封住，用注射器推柄上的黑橡胶盖塞紧注射器底部，在两支注射器底部的橡胶盖上分别插入一根钢针，用导线接通一节干电池，通电后两极立即有气泡产生，且与负极相连的一端产生气泡的速率要比与正极相连的一端快。该微型探究实验的优点：①操作步骤简单、可行。改进后可让每位学生都能动手操作，可以开发学生的智力，扩展学生的视野，提高学生的兴趣，培养学生的能力，使学生的学习范围得到延伸，获取更多的知识。②取材容易，塑料注射器学生随处可见，教给方法后学生自己可以制作。我在教学“水的电解实验”时，就采用这种“电解水实验微型装置”。在课前三天把制作这种微型实验装置的任务交给班级各组学生，并把制作方法和需要的器材告诉学生，要求各组学生在课前三天内把微型实验装置制作好，结果各组学生都在课前完成了制作任务。这样上课时每组学生都有一套微型电解水实验装置，我就顺利地把电解水演示实验改进为随堂分组微型实验，取得了较好的教学效果。

二、用学生微型实验，改进传统的学生实验

九年级学生化学分组实验，液体反应装置一般用15毫米×150毫米试管，这样学生做化学实验时，完成每次实验液体药品用量较大，每次反应物液体药品用量约为3毫升；若把试管型号改为7毫米×70毫米，每次化学反应药品用量只需要0.5—1毫升，这样大大减少了化学实验时液体药品的用量.采用微型试管进行学生分组化学实验，节省了化学药品，减少了化学药品对环境的污染，培养了学生节约和保护环境的意识，何若而不为。

三、改进污染实验，开发绿色实验

中学化学实验中，有很多有毒有害的化学物质产生，如用高锰酸钾加热制取氧气的同时，会产生锰酸钾和二氧化锰；磷燃烧产生五氧化二磷、硫燃烧产生二氧化硫等等，在用这些有毒有害物质进行性质实验时，经常会产生严重的污染，但通过改变实验方法，并进行巧妙的实验设计，就会使 实验无污染，并同样达到预想的实验目的，实现实验的绿色化。

案例三 氧气的制取分组实验 浙教版科学教材中用高锰酸钾加热制取氧气，但高锰酸钾加热产生氧气的同时，还会产生锰酸钾和二氧化锰，锰酸钾和二氧化锰处理不当会对环境造成污染。为了解决此实验对环境污染的问题，我对此实验进行了改进。把实验药品高锰酸钾改为过氧化氢和二氧化锰，反应装置由式管改为烧瓶。改进后的优点：（1）过氧化氢在催化剂二氧化锰的作用下分解成水和氧气，产生的水无污染。（2）催化剂二氧化锰可回收再利用（3）不需加热，节约能源。（3）操作简便。

案例四：对科学九上“碘化钾溶液与硝酸铅溶液反应的实验”的改进 教材安排此实验的目的是：通过碘化钾溶液与销酸铅溶液两种无色溶液混和产生的现象（黄色沉淀），说明碘化钾与硝酸铅发生了化学反应，从而得出通过现象（是否有沉淀生成）判断两种物质是否发生了化学反应的科学方法。而此实验中的药品硝酸铅中的铅离子有毒，在现有实验条件下，含铅离子的实验废液难于处理，直接倒掉会污染环境，因此我在教学时，为了避免含铅废液对环境的污染，把此实验改进为氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应，现象是产生了红褐色絮状沉淀。通过现象红褐色絮状沉淀，说明氯化铁与氢氧化钠发生了化学反应，达到了同样的教学目的，而没有产生有毒废液污染环境，何若而不为？

四、改进实验方法，提高实验成功率

多年的实验经验告诉我们：实验方法是否得当，直接影响实验的成功率。作为一名科学教师，在实验教学中要尽最大努力改进实验方法，提高实验成功率。

案例五：一次我们选定《熔化与凝固》为课题上区级公开课，在本校三次试课中我们发现：对于探究松香的熔化与凝固特点，学生一般能顺利完成，但海波的熔化实验，学生则很难做好，出现的问题是： 1.用酒精灯加热学生很难控制火候，如果加热太快，温度上升太快，保持在48℃时间太短，难以体现晶体熔化时温度保持不变的特点，难以形成正确的概念。 2.整个升温熔化过程花费的时间较长，影响课堂教学进程。 3.装置比较复杂，有酒精灯加热，铁架台的固定，温度计的读数，对于刚上七年级学生的操作技能要求太高，而且容易出现安全问题。 按照课本上的方法要做好这个实验的难度较大，而且实验时间长需要25分钟左右，因此有些老师在课堂中干脆不做这个实验，而改用动画模拟实验来进行教学，虽然这样做现象明显又省时、省力，但学生却失去了一次很好的探究机会。 小孩子夏天很喜欢吃碎碎冰（一种把各种配料制成溶液后放入棒状的密封塑料管内，放入冰箱冻成冰后再食用），手握住碎碎冰时，塑料管内的冰会慢慢地熔化。在它的启发下，我们想到能不能用液态的水和另一种非晶体液态物质冷冻成固态后，来代替原实验中的海波和松香，这样握在手中就可以观察它们熔化的过程，如果冷冻前先放入温度计，熔化时还可观察温度变化了。 经过大量实验并不断进行改进，最后在教学中我们利用冰盐水作为速冻剂对这个实验作了多方面的改进，收到了较好的教学效果。课前实验准备步骤如下： 1.制冰盐水作速冻剂： 盐水一定要浓，1千克水，加食盐300克左右，放入电冰箱的冷冻室里进行冷冻，一夜过后，在水面就会结有一层松软的碎冰，其温度可达到-22℃。如果浓度不够，盐水的温度还是可以达到零下十几度，但冷冻的效果不好。 2.在试管中注入3ml左右的水或植物油，塞上带有温度计的橡皮塞，调整温度计的液泡在液体中的深度，使玻璃泡稍稍低于液面且不能碰到试管的底部和侧壁。水量一定要适宜，量太多，实验时间太长，水量太少，时间太短，温度上升太快，保持0℃的时间太短，不能很好的体现冰在熔化时温度保持不变的特点，从而容易让学生造成晶体与非晶体一样熔化时温度都是不断上升的错觉。 3.把装有水和植物油的试管插入到冰盐水中，5分钟左右水和植物油都会迅速冻结成固体状态，以备上课使用。 本实验经过我们改进之后，与原实验方案相比其优点有： ①器材简单，可以省去酒精灯、铁架台等一套繁杂的实验装，器材还可反复使用，提高实验准备的效率，教师课前准备方便。 ②学生操作简单，只需握住试管就可，而且容易清楚地观察实验现象。 ③时间短，熔化过程只需5分钟左右，而原实验需25分钟左右，极大地提高了课堂教学效率。 ④本实验改进的最成功之处就是提高了实验成功率，实验成功的关键就是温度计的玻璃泡稍低于液面且不能碰到试管的底部和侧壁，而且要注意实验时要振荡试管， 保证冰块受热均匀，就可获得比较准确的数据。

总之，在初中科学教学中对实验改进的原则是：一是“直观”，让学生能从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 ；二是现象“明显”；三是操作方便，一学就会。

参考文献：

[1]潘建中，黄鹏飞（执笔）《优化初中科学实验教学法的实践研究》 温州教育通讯2010年6月.

[2]刘贵兴，方鸿辉，倪闽景. 《创新物理实验》 上海教育出版社2007年1月 3、蔡铁权，姜旭英，胡玫著 《概念转变的科学教学》 教育科学出版社，2009年3月.

[3]朱清时主编.《浙教版科学教材》.

[4]《教学仪器与实验》2015年06期.