打开文本图片集
摘 要：把转化思想和方法运用到科学实验设计中，平常的科学教学中，我们老师应该做到在普通的实验中运用转换法，培养学生实验思维的深刻性；利用以小见大的实验中运用转换法，彰显实验思维的拓展性；可以在同类实验中熟练运用转换法，提高学生实验思维的综合性；把实验中难测的量运用转换法变为可测，启发学生实验思维的开创性。
关键词：实验设计 转化思想 实验思维品质
实验作为科学教学的基础和重要组成部分，它的教学价值不应该仅仅体现在使学生学会使用一些仪器，掌握一些实验仪器的操作技能，或者是用来验证已经学过知识，重要的是应该让学生学会和掌握实验的方法和思想，并使学生学会从实验感性材料中经过分析和抽象得出合理的结论等，即应该把实验作为对学生进行科学认识和科学方法教育的一个重要手段和途径，因此，在实验中能否培养学生的科学思想和方法，以及提高学生的实验思维品质也应该是我们科学教师特别要关注的功课。
科学里的“转换法”就是当我们研究的现象难以观察或不易观察到的时候，我们往往会另辟蹊径将这种难以观察或不易观察到的现象转化成可观察到或易于观察到的现象，这种方法就是转换法，它是科学上最常用的科学实验方法，也是一种重要的科学思想。在初中科学实验教学中，实验现象的观察往往是学生形成学习兴趣的动力所在，也是实验能力的一种基本能力，实验现象的观察是初中科学学习的重要环节，转换法能够将难以观察、感觉的科学现象以另外一种方式呈现出来，或者是放大后更加有利于观察，可以使学生感受到化繁为简，化难为易的快乐，特别是把转换法运用在学生的实验设计环节中，充分体现了思想与方法的有机统一，他们亲身体验科学规律的揭示过程，会极大提高学生学习科学的兴趣，进而激发他们勇于创新，尝试各种科学探索方法，优化学生的科学实验思维能力。本人常在实验教学中渗透各种科学思想和方法，并取得了一些个人的认识和经验，本文将以转换法运用于实验设计这样的一个视角，来阐述本人在提升学生实验思维品质方面的一些点滴探索。
一、在看似普通的实验中运用“转换法”，培养学生实验思维的深刻性
有很多的实验看似平常，如果我们不能够从众多的科学规律和事实中，抽象出本质特征，往往会丢失了实验原有的意义，丢失了它们应该有的深刻性，因此，我们不妨运用转换法把这样的意义更好地体现出来。
比如，我们的教学“声音是由物体的振动而产生的”这一内容时，很多老师可能会按照教材的编排，让学生去敲击音叉、拍打桌面、敲击鼓面等来体验声音的特征，进而试图得出物体震动发出声音的结论，学生们能听到各种物体发出的各类声音，但让学生主动得出声音是由于发声体振动的认识，显然是教师个人的良好愿望，因为学生们的确很难观察到发声体的振动，或者观察不清楚这些微小的震动，此时如果就马上给出结论显然不是学生自己得出的，而是老师牵强地授予的。在教学这个内容时，我们通常会从学生的视觉和触觉两个方面启发他们的认识，基于学生们原有认识：“会震动的物体都是可以用手感受得到的”这样一个朴素认知基础，我让每一个学生用手轻按自己的喉咙并且发出声音，在他们明显感受到震动之后请学生揭示震动的来源；然后，我出示了一个在播放着音乐的大尺寸喇叭，让学生们触摸时关闭和开通电源，使他们确信声音和震动是有关联的，然后我提出了一个问题：如何使我们看不到的震动能够显示出来，很清楚地被看到呢？有学生想到了在喇叭面上放上一些小纸片……。
这说明了他们已经不自觉地运用了转换法，而且还进行了“既然是震动的物体，它们应该具有推动其它物体运动的能量”这样的一个基本思维过程，不但理解了本节课的知识内容，更可贵的是提高了思维的深刻性。
二、以小见大运用“转换法”，彰显实验思维的拓展性
科学史是一部人类的实证史，人们总是想办法让自己的思想内容最终得以呈现，使自己和其他人很轻易看到，这在一定程度上对人类的思维拓展性提出更高的要求。比如，中国历史上的“曹冲称象”就是一个很好的例子，他利用了可以实际测得的一个个石头重量的累加，获得了当时计量仪器无法测得的大象的重量。这样的例子，在我们的平时科学教学中也屡见不鲜：温度计的原理、运用几个平面镜的几次反射测得物体表面的微小变形、桥梁建筑上的收缩缝等等。比如，在学习“固体受压会产生形状的改变”的内容时，固体形状的变化是细微的，学生们根本无法直接用肉眼看到改变，我们就要想办法设计实验使这个变化被放大。于是，我们运用学生分组实验的方式探索出如图的实验构思，这对于我们科学教师来说算不上新奇，但是对于学生来说，是他们实验思维上的一次里程碑式的拓展。这个实验说明玻璃瓶受挤压时体积的变化，可以从细玻璃管中液面上升高度的变化来体现。通过学生对玻璃瓶的挤压，并观察液面，确实液面上升了，此时，教师就引导学生说，即使是玻璃瓶等“硬物体”，受挤压后的形变也是非常明显的。大家在探索过程中深刻领会了“把所有液体的微小变化集中可以从玻璃细管的高度差显著变化观察到”的转换策略，也拓展了学生们实验思想和方法，使他们在探究类似课题时能够自然地实现方法迁移。
三、同类实验中熟练运用转换法，提高学生实验思维的综合性
任何的实验思想方法一旦运用自如后，就会无处不在，随时可以给我们的实验研究带来无穷魅力，可以给我们的实验增添全新的视野。转换法的运用也不例外，我们经常可以在一组类似的实验中多次使用转换法，在相同实验思想方法的指导下进行有差异的综合运用，达到实验的最佳效果。
比如，滑动摩擦力是无法直接测量的，这部分内容的安排在学生学习了二力平衡之后，因此利用实验研究摩擦力是一个运用和提升。我们在教学不直接告知学生测量方法，而是进行如下的实验引导启发：如图甲所示，A是木块，B是长木板，C是弹簧测力计，若匀速拉动弹簧测力计，可在弹簧秤上得到拉力的大小，木块水平方向受到了怎样的力？学生们分析后得出：F拉=F摩，弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的摩擦力是一对平衡力，因此摩擦力的大小就可以从弹簧秤上测得。在分析了甲图实验存在的缺陷的基础上，通过学生的充分思考，引导学生们设计出如图乙中的实验，它没有去拉动弹簧秤，而是拉动下面的木块，并且这次可以不要均匀拉动木块就可以更加合理地测得摩擦力的大小。因为要用手去匀速拉动弹簧秤是不现实的，那会带来很大的实验误差，改成图乙的实验，避免了因为实验条件限制带来的困惑，又从另一角度对决定摩擦力大小的本质理解做了很好的詮释，是一次思维上的新的转换，是转换法在同一实验中的再次综合运用，是崭新的实验思维飞跃。
四、把实验中难测的量变为可测之机运用转换法，启发学生实验思维的开创性
科学研究中有很多的量无法直接测得，实验中通过转换法来进行测量就会变得轻而易举了，这个过程是一个全新的思维创造过程，往往具有独特性，体现科学的独创之美。
比如，中和反应的实验设计：怎样判断中和反应已经刚好完成呢？现在做用硫酸去中和氢氧化纳实验，教师可以引导学生尝试各类实验设计方法，有的学生提出用试纸不断浸入反应溶液里的办法，显然不是一种科学合理的测试的办法；有的学生提出用几张PH试纸并列摆放，然后没倒入一定的量的硫酸后，再用玻璃棒蘸取混合溶液到PH试纸上，观察是否靠近以及达到了PH为7；还有的学生提出用一杯碳酸钠溶液来作为指示剂，每反应一段时间后，少量的混合溶液倒入碳酸钠溶液中，看看是不是有二氧化碳气体产生，---这些都反映了学生们的探究思路，都是一些很有价值的实验思维，教师肯定和归纳了大家的思考方向：都借助了另外一种物质来作为判断依据---这是一种很有价值的转化思维。但是这些方法都存在一个明显的缺陷，那就是实验过程繁琐，并且实验准确性不高，有很大的误差。如何避免重复地利用指示剂来显示呢？是否可以把指示剂融合到化学反应的整个过程呢？由此有学生想到了把酚酞试剂提前加入到氢氧化纳溶液中使溶液呈现红色，然后，不断滴入硫酸溶液，直至到某一滴硫酸溶液进入混合溶液里时红色退去，即为反应中和完全了。教师运用逐步引导启发的方式，在转换思维的基础上寻求更加合理的突破，使实验设计更富有开创性，这样的实验思维激荡远不是传授式教学所能企及的。
科学思想和方法是科学的灵魂，是人类认识自然中长期积累的智慧的结晶。在科学实验设计中运用转化法，可以有效地提升学生的实验思维水平，我们在实际的实验教学中，同样要充分重视其它科学思想和方法，使学生较熟练地掌握和运用学会它们，全面提升学生的科学素养。
参考文献
[1]杨文斌.走出化学实验教学的误区 化學教学 2009.3
[2]王耀村.初中科学教学案例专题研究 浙江大学出版社，2005
[3]陈天豪. 浅谈科学探究在物理概念教学中的作用 初中物理 2010.3
[4]肖蕙蕙，陈渝光，李山.探索实验教学途径 2001（10）：12-13
[5]陈志伟.中学科学教学论.浙江教育出版社 2012.12