浙江省嘉兴市嘉兴一中实验学校（314050）邱模贵
1问题的提出
科学教学的基础是实验，丰富多彩的科学实验既是学生学习科学课程的手段，也是科学课程的学习内容。目前科学实验教学中存在着诸多的问题，如：①现成仪器欠缺或不够完善；②学生的观察与实验能力较差；③教师的实验操作与实验知识水平较低，对实验教学的重视程度不够。
同时，科学教材中介绍的有些方法不够完善、教学效果不够好，现成的实验教具有些可见度不够高、有些太复杂、有些效果不佳，不能很好地满足科学教学的需要。为了很好地解决这些问题，更好地发挥实验在科学教学中的作用，研究科学实验教学的改进与创新具有重要意义。
2科学实验教学的改进与创新的原则
2.1科学性原则
在对实验进行改进与创新的过程中，科学性是首要问题。一个实验的目的、原理、器材、方案、操作方法、数据处理、得出结论等各个环节都应符合科学性、规范化。较常见的科学性错误常发生在对实验原理或对实验现象的解释上。
2.2安全性原则
实验改进与创新的安全性主要指人身安全。尽量不要涉及高温、高压、强电流、易燃、易爆和剧毒等实验，若确有实验的必要，应采取相应的保护与防范措施。这类实验不宜作为课外实验让学生独自操作，必须在教师的规范指导下进行。
2.3可靠性原则
成功的实验是保证教学顺利进行的条件之一，尤其是演示实验，如果实验成功率低，则不仅不能让学生信服，还会浪费许多宝贵的时间。
2.4简易性原则
实验的教育价值与实验装置的复杂程度成反比。一项实验，使用的材料越简单，学生越熟悉，实验所获得的收获就越大。实验宜简不宜繁，过于复杂的实验装置还会分散学生的注意力，不易抓住事物的本质，也不易鼓励学生自己动手做实验。因此在实验设计时，应尽量使实验简单化。
2.5明显性原则
改进与创新的实验现象要明显，尤其是演示实验，更要具有一定的可见度，特别是重点观察部分必须保证全班学生都能看清楚，在课堂演示实验时，有些实验坐在教室后面的学生看不清，但让学生逐个观看则太耗时。故可见度是衡量演示实验质量的重要标志之一。对现象不明显的实验需采用各种方法将现象放大，如指针式放大法、光杠杆放大法、投影放大法等。有些实验被改进为大型实验，往往还能产生令人震撼的效果。
3科学实验教学改进与创新的实践探索
3.1改进现有实验
充分利用实验室现有的实验条件，对某些不太理想的实验加以改进，以期达到更好的实验效果。这是实验改进中最基础的工作。
实验装置的改进是改进现有实验的一个重要策略。实验装置是实验的载体，是影响实验的又一个重要因素。因此，对实验的改进与创新离不开对实验装置的改进与创新。
3.1.1简约化策略
这种策略就是简化某些常规实验装置。在不影响实验效果的前提下，尽量采用仪器设备少、药品花费少、连接简单或微型的实验装置。例如，氢气还原氧化铜的实验可简化为如图1所示的装置。
3.1.2集约化策略
这种策略就是把有联系的若干个实验通过某种形式联系、集合在一起。这种集约化不是简单地将若干实验连接，而是在原有基础上既简化操作，又便于观察，且发送实验效果的有机结合。这种集约化
的结果，不仅可以帮助学生将有关的知识、技能联系在一起，有利于知识、技能的结构化，而且还有利于减少试剂的消耗和对环境的污染。图2所示为NO2、NO的制取与性质实验的集约化装置。
实验装置
3.1.3使用非常规仪器策略
非常规仪器是指非常规通用仪器（如横口管、叉形管、H形管等）和非化学仪器（如医用注射器、医用小药瓶、气球等）。研制和使用非常规仪器于实验的改进与创新，通常可以使装置简约化与微型化，可以因地制宜、就地取材，可以弥补常规仪器化学实验装置中的某些不足的功能，优化实验装置，提高实验效果。
如图3所示，利用三叉管可以进行SO2和H2S的制备与性质实验。如果将其中的FeS用Cu代替，Na2SO4用Na2CO3代替就可以成为制取NO的装置。
3.1.4实验操作过程优化策略
实验操作过程优化就是在改进与创新实验时，对传统实验操作过程进行简化与优化。实验操作过程的合理化、科学化是实验顺利完成的保证。传统的科学实验一般都有较为合理的操作过程，是一定历史时期教学经验和教学科研的产物。但随着对科学实验教学要求的提高和人们对实验认识的发展，有必要对某些实验操作过程进行优化。优化实验操作过程一般可以从简化实验操作、强化实验现象和提高实验效果入手。例如传统的焰色反应实验，一般用铂丝蘸取被检测盐类的溶液或粉末，置于酒精灯火焰上灼烧，观察火焰的颜色。但由于铂丝昂贵且不易找，另一方面由于蘸取的药品少，火焰持续的时间短，实验效果欠佳。可以将此实验操作改进为：将少量金属粉末撒入在蒸发皿中燃烧着的乙醇的火焰上（或在点燃之前撒入金属粉末）。这样既简化了焰色反应的实验操作，又增强了实验效果。
对于实验现象变化不太明显的实验，可以采用对照实验或设法将现象放大的实验操作，来强化实验现象。例如，采用投影仪放大实验现象；用盛水烧杯起凸透镜作用，放入试管放大实验现象；对于观察有颜色而现象又不太明显的实验，可以通过采用白色或黑色衬板的操作，来突出实验现象等。
3.2突破重难点实验
现成的实验装置往往不能满足教学的需要，科学教科书上还有许多内容没有现成的仪器设备。因此教师要注重开发短缺实验，尤其是注重对重点与难点实验教学内容的开发。例如《水分在植物茎中的运动》实验，可设计成下列步骤：
（1）将白色康乃馨的茎分成3支；
（2）取3个玻璃杯，分别倒入2/3体积的水；
（3）在3个杯里加入不同颜色的墨水或色素；
（4）将康乃馨的3支茎分别放在3个玻璃杯中，如图4所示。过一段时间，观察花的颜色。
水分在植物茎中的运动是无法用肉眼观察到的，但通过观察该实验现象，便能很容易地得出“水分在植物茎中是向上运动的”的结论。
3.3开发新的实验形式
充分利用身边的各种实验资源，开发新的实验形式。
在研究设计与改进实验时，注重因陋就简、就地取材、废物利用，以最低的成本，取得最好的实验效果，这些低成本实验不仅仅可以节约开支，更重要的是可以用来激发学生的学习兴趣和创造性思维。例如“魔瓶实验”，将一只装满水的饮料瓶递给学生，当学生接过瓶后，就开始漏水，而教师接过瓶后就不漏了；当瓶再次到学生手中时，又漏水了。原来瓶子除下部有一个小孔外，上部也有一个小孔，如图5所示。当瓶在教师手中时，教师将上部的孔捏住，由于大气压的作用，瓶子就不会漏水了。当瓶在学生手中时，学生没有按住上部的孔，瓶内水受上部大气压力的作用，便会漏水。
3.4开展创造性思维活动
科学实验的改进和创新都离不开创造性思维活动。创造性思维活动是发散思维和集中思维、形象思维和抽象思维、直觉思维和逻辑思维、显意识思维和潜意识思维等多种思维协调活动的综合体。在科学实验的改进与创新中，下列策略和方法对创造性思维活动的开展，对实验的改进与创新具有积极作用。
3.4.1多向思考和逆向思考
在现有实验方案的基础上进行发散思维。例如，能否更换某些仪器、试剂或操作，使其更简便且效果好？能否进一步优化条件、强化观察、减少干扰，使其效果更好？能否找到更好的测量和信息输出方式，使现象更加直观、鲜明、有趣和便于观察？能否在现有方案的基础上变动仪器连接或者操作顺序？要达到实验目的或解决某一问题，应有什么样的实验方案或措施等。
3.4.2类推思考和联想思考
通过相似联想、相关联想、相反联想等，对实验进行改进与创新。例如，现有实验方案能否扩大用途，改进其他实验？现有实验装置或操作是否可以用于类似的实验，可以一装（置）多用，或一用（途）多装？现有实验方案能解决哪些类似的实验问题等。
3.4.3信息资料的收集与整理
创造性思维活动必须在大量相应问题的知识储备下才能进行。因此，首先应围绕要解决的问题，提取已有的知识，多渠道地广泛收集相关信息资料，然后对这些知识信息进一步围绕有关技术问题进行分析、筛选、综合，从中寻找启示、产生灵感。
3.4.4独立研究与集体讨论相结合
科学实验改进与创新活动的展开，首先应是学生个体围绕课题自由地收集资料进行创造性思维的活动。在此基础上集体相互讨论、交流，毫无保留地交换各自的看法，相互启发、帮助、激励，各自从不同侧面建构事物的意义，升华或强化各自的最初想法，然后再通过集体讨论，完善实验方案。
收稿日期：2014-03-28