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作者 | 汪元軍，貴州省岑鞏縣羊橋土家族鄉中心小學
摘要
當今世界，科學技術發展迅猛，科學實驗教學造成廣泛關注。為了探求高中科學實驗教學的有效途徑，提升實驗教學療效，提高中學生動手能力和創新能力，培養中學生的科學素質，作為我們專任科學課程的專職教師，應從改進實驗材料，改進實驗技巧、改進實驗設計熱情大專研教材，適應現代社會發展，謀取高效課堂共同努力。
關鍵詞
小學科學；實驗設計；改進與創新
小學科學是以實驗為主的學科，精心設計實驗，讓中學生通過實驗操作，對實驗現象進行剖析與整理、得出結論，并進行運用和拓展，從而獲取知識和技能，提升中學生的科學素質。因此，可操作的、成功的實驗才是科學課堂教學的基石。但在教學實踐中，我們發覺有些實驗的設計和實驗材料的選用不合理、不科學。這就須要科學班主任用好教材，進行實驗研究和改進，從而推動科學學科的建設。教師對已有的實驗作出有益的改進，并不斷創新科學實驗，從而提高科學實驗教學的實效。通過設計簡易、便于操作、有趣的、符合孩子們年紀特征的實驗來展現不同的科學原理，把復雜的問題簡單化，讓中學生體驗實驗的快樂，不知不覺地邁向科學的殿堂，使中學生的科學素質得到培養和提高。
實驗材料的改進
實驗材料存在著一些先天不足，學生實驗時缺少可操作性，那結果就是浪費班主任中學生的精力和寶貴的時間，更可怕的是骨折中學生的科學探究積極性。因此，對實驗材料的改進是實驗設計改進和創新的主要方式之一，改進實驗材料要容易打算、便于操作、價格低廉、能夠取代教材中材料的功能，并能使實驗的療效更好。
[案例1]教科版科學五年級下冊《熱》單元第6課《熱是如何傳遞的》有一個實驗：熱在金屬條中的傳遞，給鐵絲一端加熱，觀察鐵絲上的火柴哪端先掉下來。通過實驗讓中學生感知熱是如何傳遞的，讓中學生明白熱是從室溫高的一端向低的一端傳遞。
不足之處：雖然日常生活中我們都曉得蠟燭燃燒時流下的蠟在桌上融化。由于蠟要融化成液體，然后滴在鐵絲上，再往上粘火柴。但蠟的凝固時間快（指冬天，夏天剛好相反），且融化后黏性不大，所以很難粘起來，改用奶油或其他的油脂粘貼，但油脂的多與少也會影響實驗療效，遠端的可能先掉下來。因此不易成功。
改進方式：在這個探究活動中，我對實驗裝置進行了大膽改進，在銅帶表面涂上涂料或則變色指甲油，油墨或則變色指甲油遇熱會改變顏色。用酒精燈在銅材的一端加熱，通過顏色的改變過程能夠直觀見到熱的傳遞過程。實驗解決了實驗原型中粘火柴棒很不便捷，并且容易掉，影響實驗療效的問題。改進后的實驗，便于操作、實用，而且降低了實驗偏差，實驗結果很明了。
[案例2]教科版科學四年級科學下冊《聲音》單元第6節《我們是如何看到聲音的》在觀察比較“鼓膜”的震動實驗時，課本上要求用汽球皮或薄橡膠、口杯和橡皮筋做一個“鼓膜模型”，在“鼓膜”上放少量的細沙或碎紙屑。
不足之處：1.原實驗沙、碎紙屑震動不劇烈，學生觀察現象不顯著。2.發聲體遠近距離也沒有精確的真實數據。在操作過程中只憑感覺中學生形成指責。
改進方式：將杯子改為透明圓筒，圓筒的傳音療效比杯子強烈，橫置于有刻度的椅子上，方便生源的遠近，氣球皮與薄橡膠膜改成PPC透明膜紙把圓筒封閉，用塑料球取代砂與碎紙屑貼近內耳。用半邊塑料瓶取代鼓膜，小鼓取代音叉為聲源，此實驗解決了原教材中震動不顯著。
[案例3]教科版科學四年級科學下冊《聲音》單元第4節《探索直尺的音域變化》實驗：探索音量與物體振動大小之間的關系。
不足之處：1.原實驗尺子后端較尖銳，學生在操作過程中容易刮傷手。2.學生下壓尺子費力，不容易壓穩，3一把尺子進行實驗，學生不易對比。
改進方式：將卷尺后端盡量磨圓，以防導致中學生刮傷，2.運用車鉤自己組裝制按壓器，3.采用三把小尺子同時做實驗，方便中學生對直尺的振動快慢和音域變化進行反復對比。
[案例4]教科版科學五年級上冊《時間的測量》單3元第6課《擺的研究》課本實驗：探究擺的快慢與繩長及擺錘的重量關系。
不足之處：1.由于擺繩細，學生年紀小，增加擺長為原先兩倍要多次檢測，測量結果有長有短，費時較多。2.是用螺栓來降低重量，螺帽有大有小，重量不均勻。捆在一起時初中物理實驗改進大全，也吃力，在捆的過程中無形的把擺長減短，這樣得到數據就有偏差。3.很多中學生不會使用秒表。秒表的暫停與開始，口令不統一，得到的數據就不一樣。4.原實驗沒有要求，有的中學生擺幅很大，大于5度，也會影響結果。
改進方式：1在系繩上標出刻度線，可以快速拉到原先擺長的的兩倍，節約探究時間。2化擺錘為等圓的環型吸鐵石，增加一倍、兩倍重量時就直接將第二、三塊環型吸鐵石吸在一起。3.自己設計講義PPT秒表，在多媒體上播放便如全班朋友操作4.增加一個自制量角器，學生可以清楚看見擺弧度數。
[案例5]教科版五年級下冊《光》單元第6課《怎樣得到更多的光和熱》的教學中，把不同顏色的紙對折弄成袋狀，分別插上溫度計放在陽光下，驗證物體的顏色與放熱的能力有關，深色物體比藍色物體放熱快。
不足之處：受天氣的影響，實驗所須要的時間較長，學生在實驗操作時難掌握，不同顏色的紙對放熱的療效不顯著，不利于中學生理解。結合實際情況和實驗須要，實驗可以進行以下改進。
1.光源的改進。實驗中使用煙臺光代替太陽光，用身邊簡易材料取代難找材料，化難為易，化不可控制的變量為可以控制。
2.紙袋的改進。用試管來取代膠袋，在涂上不同的顏色代表不同顏色的袋子，試管口用橡膠塞密封，橡膠塞插一根溫度計，同學們可以通過觀察溫度計的高低來判定不同種顏色的紙放熱溫差。
[案例6]教科版科學六年級科學上冊《物質的變化》單元第4節《小蘇打與米醋的變化》實驗中。觀察形成哪些二氧化碳，氣體有哪些性質，用手觸摸玻璃杯外壁，說有哪些覺得。
不足之處：1.原實驗形成二氧化碳不顯著，氣體是難以見到的，只能看到二氧化碳發出呲呲的聲音。2.產生的二氧化碳并不能證明一定是甲烷。雖然二氧化成可以滅火但其他二氧化碳也可以滅火，例如氫氣、仙氣等，對概念混淆。3.手摸玻璃杯根本沒哪些覺得，原因是瓶子本身涼。
改進方式：1.將教材中的玻璃杯加裝成流風袋或帶溫度計的注射器，若有二氧化碳形成盒子自然鼓上去，比原教材現象顯著。2.產生的二氧化碳要通過澄清的石灰水，石灰水變混濁能夠證明是甲烷，氬氣、仙氣等不具有這些性質。3.溫度計比手的敏感性強。
[案例7]教科版科學六年級下冊《能量》單元第5課《神奇的小電動機》有一個實驗：自制一個小電動機。
不足之處：1.原教材是用塑料杯做材料，塑料杯質量輕初中物理實驗改進大全，穩定性不強，2.鐵絲做支架摩擦力大。
改進方式：1.塑料杯改成礦泉射手降低重量。2.鐵絲改成小胸針降低摩擦力。3.還可以在電動機另一端安裝一個小吊扇，激發中學生興趣。
實驗方式的改進
實驗的方式多種多樣，但是方式不同實驗的療效就不一樣。在實驗設計時，我們采用方式簡單、便于操作、效果顯著的方式。隨著時代不斷發展，教材更新速率通常要平緩一些，教材中一些實驗的方式和步驟不能滿足教學的須要，不適宜中學生的發展，這就須要班主任進行實驗方式研究，也可以引導中學生進行實驗闡述，找到更合適的實驗方式，提高實驗的成功率，找出解決問題的最佳途徑。
[案例8]教科版高中科學三年級下冊《水和空氣》單元第6課《空氣占據空間嗎》一課中，要求把一團手紙置于一個瓶子的杯底，然后將瓶子豎直倒扣入水底。預測一下，紙巾會被弄濕嗎？
存在的問題：紙巾容易弄濕，影響實驗療效；后續實驗即水進來把空氣打敗的現象不夠直觀，學生理解上去有難度；一堂課出來桌上布滿了廁紙，浪費嚴重。
改進方式：用去底啤酒瓶和乒乓球取代紙團和瓶子做實驗。實驗時，瓶口套一個汽球，先用手按住瓶口，再用啤酒瓶把乒乓球垂直扣入水底，乒乓球就逗留在水中，表明空氣搶占了啤酒瓶的空間，水就進不去了。然后放開按住的瓶口，空氣從瓶口逃離，進入汽球，氣球鼓了上去，并且乒乓球也浮上來，表明水就進來搶占了原來空氣搶占的空間。
[案例9]教科版科學五年級下冊《運動與力》單元第5課《運動與摩擦力》一課中，感受摩擦力
存在的問題：舉例不充分，實驗材料難找。在拉縮彈簧檢測力的大小時控制變量沒有指出。
改進方式：用筆袋盒取代鉤碼與鉤碼盒，用筆記本的毯子當輪滑。運動中的變量一點要控制勻速。這樣實驗材料清遠冗長變為簡單，只要一個測力計才能完成次課實驗。
[案例10]教科版中學科學四年級上冊《天氣》單元第4課《風向與風速》一課中，理解方向與風速。
存在不足：學生制做風向標簡單但風來的方向與風速等級不能再一個實驗中完成。
改進方式：在風向標的基座構建一個東南西北標坐系。箭頭指向就風吹拂方向。吹風機可以快速檢測風級。不像課本上風速儀器那樣冗長。
這樣實驗材料可以循環使用，空氣搶占空間與空間被水替換的實驗現象容易觀察。通過觀察乒乓球的位置變化和汽球的鼓足，由靜變動，感知空氣的流動，理解空氣搶占空間更為直觀、形象，更適宜中學生進行探究。
[案例11]教科版科學五年級下冊《運動與力》單元第5課《運動與摩擦力》一課中，感受摩擦力
存在的問題：舉例不充分，實驗材料難找。在拉縮彈簧檢測力的大小時控制變量沒有指出。
改進方式：用筆袋盒取代鉤碼與鉤碼盒，用筆記本的毯子當輪滑。運動中的變量一點要控制勻速。這樣實驗材料清遠冗長變為簡單，只要一個測力計才能完成次課實驗。
[案例12]教科版中學科學四年級上冊《天氣》單元第4課《風向與風速》一課中，理解方向與風速。
存在不足：學生制做風向標簡單但風來的方向與風速等級不能再一個實驗中完成。
改進方式：在風向標的基座構建一個東南西北標坐系。箭頭指向就風吹拂方向。吹風機可以快速檢測風級。不像課本上風速儀器那樣冗長。
鑒于這些情況，近兩年在討論本實驗時，我們除了對種子在沒有光的情況下也能出芽這一實驗現象導致了注重，而且把“空氣”和“陽光”誰僅僅是動物生長的必要條件，誰是種子出芽和動物生長共同的必要條件專門提下來進行比較，同學們就不易把“空氣”這個種子出芽的必要條件忽視了。
實驗設計的創新
實驗設計常常是教學中的難點，無論是班主任悉心進行的實驗設計，還是小組合作進行的實驗設計，無不彰顯智慧的力量。實驗設計是經過深思熟慮比較成熟的看法，后續的工作都是以這個為綱，實驗設計好了也就等于成功一半了。如果是對已有實驗進行重新設計，就是一種創新，把往年實驗的不足進行剖析，找出緣由，然后再找到新的方式去解決問題，就促使了實驗設計最優化。這樣，就能提高實驗教學的實效，培養中學生的動手能力和創新思維。
[案例13]教科版五年級下冊《熱》單元第5課《金屬的熱脹冷縮》，探究鐵管的受熱后寬度的降低。教材中用鐵管受熱后膨脹變長推進大頭針傾斜來理解鐵管的變化，但冷卻后現象不顯著。針對這些情況，我引用電路開關的知識，在電路中接入一根鐵管和一塊銅片，固定鐵管和銅片，鋼條和銅片之間留一個小的空隙，使電路斷掉，然后用酒精燈給鐵管加熱，鋼條受熱膨脹后接觸銅片，使電路閉合，小燈泡發光。停止加熱，鋼條收縮，離開銅片，電路又斷掉，小燈泡熄滅。通過小燈泡照亮和熄滅實驗，能夠清楚地觀察到鐵管的寬度變化，理解鐵管的熱脹冷縮，現象直觀顯著，操作簡單。
[案例14]教科版五年級下冊《熱》單元第3課《液體的熱脹冷縮》，探究液體的受熱后寬度的降低。教材中用液體受熱后膨脹變長推進導管水位上升的高度與冷卻后增長的距離來檢測液體膨脹系數，學生只能用耳朵觀看憑感覺，無法得到一個確切數據。溫水與熱水相差多少度也比較模糊。針對這些情況，我改進導管上貼一個刻度尺，在到燒瓶另一旁放一支溫度計，通過觀察刻度尺與氣溫高低誰時間變化得到的真實的數據中學生愈發形象直觀。
[案例15]教科版科學五年級上冊《沉與浮》第一單元第5課《浮力》是探究壓強和排沸水的量之間的關系為主要內容的實驗。
按照教材中的規定的實驗材料難找，操作療效較差，特別是橡皮泥與容器頂部粘貼不緊，棉線濕水后與滑輪之間的摩擦力減小，傾角的大小也會形成偏差。
結合本章節教材內容和自身對教材的理解，我重新設計了一個實驗來取代這個實驗，用一個塑料瓶取代泡沫塑料塊，一個500毫升的燒瓶取代水槽，通過改變給塑料瓶施加的壓力的方式來探究它排開的水量和遭到的壓強大小的關系，并順利完成該部份教學任務，也達到了預定的目的和療效。
實驗步驟：第一步，用測力計測出小塑膠空瓶和每位螺絲的重量。第二，在燒瓶中放入一定量的水，記錄水位。第三步，將一個螺絲放人塑料瓶并放在燒瓶中，記錄杯中的水位和塑料瓶與螺母的總重量。第四步，計算塑料杯前后兩次水位的刻度差，即為塑料瓶排沸水的量，也是塑料瓶溶入水底的容積。這樣依次在塑料瓶中加入第二個、第三個螺絲進行實驗。每次記錄總重量和水位的高度，進行剖析總結后就不難發覺塑料瓶遭到的壓強大小與溶入水底的容積之間的關系，即物體排沸水的容積越大，受到的壓強也越大的規律。
[案例16]教科版四年級科學四年級下冊《溶解》第二單元7節《分離精鹽的方式》在介紹酒精燈的使用方式和注意事項時，書上給出了這樣一段重要文字內容：“酒精燈的火焰分為外焰、內焰和焰心三個部份，外焰的氣溫最高，內焰次之，焰心的氣溫最低?！比缓髸辖o出了酒精燈的構造圖。在這兒，老師通常會點上酒精燈讓朋友們看一看火焰的層次情況。至于火焰的哪一部分最熱，好多老師就由于沒時間或沒有好的辦法去實驗，說說退兵了。學生對那層火焰氣溫最高幾乎是死記硬背。
在教學中事先打算一塊5～7cm寬、10cm長的軟木板、木棍。隨著對酒精燈火焰三部份的講解，使木板、木棍中間平面在火焰上方，在火焰上的固定位置燒幾秒鐘。直到有煙生成時迅速離開火焰讓朋友們觀看。同學們會聽到木板上有一個中間空內圈深的、燒糊了的黑環。課堂上降低這樣一簡單的環節，學生們卻看見了很奇妙的實驗現象，印象十分深刻，再也不會覺得焰心氣溫最高了。
[案例17]教科版三年級科學下冊《我們周圍的材料》第三單元6節《磚瓦和瓷器、瓷器》有一個研究題目叫“黏土的變化”。這個題目主要是研究磚、瓦等是如何用粘土烤制而成的。同學們對“磚坯”是如何燒成磚的，為什么會有“紅磚”和“藍色的磚”等問題很感興趣。但是，我們附近沒有磚窯。于是，我就呼吁朋友們先用果盒等各類磨具制做坯料蒸熟備用，等到烤火期的時侯老師率領同事們烤制。這樣，同學們有了制做各類形狀的坯料的時間，親身體驗到了坯料在火爐內的變化過程，看到了燒到各類火紅的磚在加鹽和不加鹽的情況下出現的不同顏色。在教學中摸索創新除了增強了教學效率，更有利于中學生創新意識和實踐能力的培養。創新是更好的成長，是新一代挑戰未來的必備能力。
[案例18]教科版六年級科學下冊《工具和機械》第三單元6節《斜面的作用》“斜面”
實驗，研究不同斜度的斜面。 把一塊木板分別搭在高低不同的鐵塊上，做成幾個斜度不同的斜面，分別順著這種斜面將一個重物提起來，用測力計檢測用了多大的力，進行比較。
不足之處:在研究不同斜度的斜面時，改變斜度不是很方便，不能產生比較直觀的比較。
改進方式：1.增加一個《斜面的作用》演示器，用固定的彈簧測力計取代手提彈簧測力計，使得讀數愈發便捷、準確。2.可以任意改變斜面的斜度，使得實驗操作愈發簡便，實驗現象愈發直觀、清楚。小學科學所有的涉及到斜面方面的知識都可以用這個裝置演示下來。所用材料簡單易取，既環保又安全。
[案例19]教科版五年級科學上冊《沉與浮》第二單元6節《下沉的物體會遭到水的壓強嗎》，1.下沉的物體是否遭到水的壓強 2.下沉的物體在水底遭到的壓強大小會變化嗎？
不足之處：公示：F浮=G重力+拉力（測量拉力要在水底完成很吃力）
改進方式：公示：F浮=G空- G水 （在空中檢測重量比較簡單）
實驗療效：對比分明，操作簡便， 直觀形象，效果顯著。
自我評價
該實驗設計符合中學生年紀特點和心理特征，便于中學生操作，便于中學生觀察，從而培養中學生的觀察能力，實驗能力和思維能力。
要求中學生進行實驗設計做到自己發覺、合理設計、反復操作，保證了實驗的科學性、獨創性。因此，在設計實驗中，暴露缺陷各不相同，為同伴提供了指責的外部條件。在探究活動中，要求中學生給同伴的學具進行評價，找缺點、創新設計是其中重要的活動內容，通過活動幫助中學生產生指責習慣；實際上自己的學具也是經過多次更改，經歷了不斷地否定自己，不斷地建立，不斷地創新的過程。我們要求實驗老師了解國內外實驗的研究現況，提升實驗設計的質量，激發了師生指責的動力。在師生的共同努力下，實驗班勇于大膽指責，勇于大膽指責，樂于大膽指責的校風漸趨產生。
總之，科學實驗教學改進與創新的途徑是多樣的，只要實驗設計符合中學生的發展，能夠解決教學中的問題，材料以便打算、操作便捷，教師就要多研究、多思索、多創新。同時實驗的設計要能迸發中學生的學習興趣，培養中學生的創新思維，能加深理解事物的基本原理和運行規律，讓中學生在快樂中學習，在實驗中成。