時間：2023-08-23 16:34:33
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培養(yǎng)學生能力是現(xiàn)代教育的主要標志和根本任務。科學成為未來世紀的中心學科，更應重視對學生能力的培養(yǎng)。科學實驗是科學教學的主要內(nèi)容，是科學老師常用的教學手段 ，也是學生學好科學的有效方法。所以，以科學實驗為突破口，探索一條培養(yǎng)學生能力的有效途徑是必要的，也是可行的。在我國，現(xiàn)行中學教材中的科學實驗大多是照方抓藥式的驗證性實驗，啟發(fā)性、探索性不強，影響了對學生能力的培養(yǎng)。有些實驗成功率又不高，更抑制了學生學習科學的積極性。
傳統(tǒng)實驗與設計實驗
中學生所做過的絕大多數(shù)科學實驗都是教材中預先設計好的實驗。學生只是通過實際操作，觀察一下實驗現(xiàn)象，得出事先已確定的結論。這各實驗，我們稱之為傳統(tǒng)實驗?，F(xiàn)行科學教材中安排的實驗對學生形成、理解、鞏固所學的科學知識有一定的作用。但由于實驗安排始終處于概念理論的領隊地位，僅僅作為驗證科學知識的手段，而缺乏對知識信息作縱向和橫向的反饋，因此有可能阻礙學生創(chuàng)造思維的發(fā)展，不利于能力的培養(yǎng)。
與傳統(tǒng)實驗相對應的是自己設計實驗，這種實驗只給出實驗目的，由學生自己設計實驗方案、選擇實驗器材、藥品、確定實驗步驟、分析實驗結果。設計性實驗是傳統(tǒng)實驗的延續(xù)和發(fā)展，是克服學生普遍存在的理論高分，實驗低能的有效手段。實驗設計是一個動手動腦、培養(yǎng)學生多方面能力的過程，是尋方治病的過程。在實驗設計過程中常常會有出人意料的實驗現(xiàn)象和心理感覺，學生興趣盎然。同時也會遇到挫折和失敗，這也是對學生進行挫折教育、發(fā)展學生非智力因素的一種有效手段，這也是我們現(xiàn)代教育中所必須的。
實驗設計的定義界定和作用
實驗設計是根據(jù)實驗課題所提出實驗目的，讓學生在已有的科學知識和實驗技能技巧的基礎上，選擇恰當?shù)膶嶒灧桨竵斫鉀Q問題的過程。實驗設計的課題一旦提出，學生作為認識主體必定要經(jīng)歷思考步驟（想法）和操作步驟（做法）兩個科學認識過程。即首先需要分析課題所希望得到的科學事實是什么，再依次選取欲得到這些事實應采取的正確方法，所使用的儀器設備，應控制的外界條件，對實驗結果的分析評估等等，這一系列的思考步驟為認識主體指明和制定了正確的認識方向和道路，是主體順利達到科學認識目的的主觀手段和工具。而作為操作步驟則為主體提供具體的行為方法途徑，是主體順利達到科學目的的現(xiàn)實手段和工具。因此，實驗設計這一方法的實施恰恰就是借助于問題情境下，思考步驟和操作步驟兩方面的強化實踐，使學生在科學知識的學習中有效地提高解決問題的能力，從而有效地落實中學科學教學大綱中所提出的“要重視能力培養(yǎng)和科學方法教育”的要求。
實驗設計能力的培養(yǎng)目標
對實驗原理、方法、裝置的進一步完善，會提出改進意見；
對于給出的各種方案，能分析和優(yōu)選出最佳實驗方案； 綜合運用已學過的科學基礎知識和實驗基本技能，根據(jù)確定的實驗目的，自行設計科學實驗方案，驗證結論，得出規(guī)律，探索新知識，解決新問題。
實驗設計推廣存在的難題
1．由于僅限于現(xiàn)行科學教材實驗進行探討，缺乏對國內(nèi)外各種有關資料的收集、驗證和篩選工作，因此從培養(yǎng)學生素質(zhì)的高度來看，尚缺乏整體研究。
2．升學率的牽制，大面積推廣受阻。
3．課時安排，老師的能力及實驗室的配置也存在矛盾。
盡管如此，鑒于實驗設計這一教學方法對提高學生解決問題能力的實際作用，它應該是科學實驗教學方法的改革方向之一。
實驗設計試驗的幾點說明
1．在平行班中進行試驗，結果是試驗班與對照班相比，學生的自學能力、思維能力、觀察能力、動手能力及意志品質(zhì)等方面均強于對照班。中考中試驗班的同學實驗題失分率明顯降低。
2．實驗設計給學生創(chuàng)造了一個良好的學習氛圍和最佳的學習心境，大大提高了學習效率。尤其是設計“失敗實驗”，經(jīng)過“失敗—成功”的多次反復，對學生的震撼力深刻、持久。在這一過程中，學生獲得了科學知識，培養(yǎng)了能力，促進了身心發(fā)展，培養(yǎng)了良好的意志品質(zhì)和實事求是、勇于探索的精神。同時使學生受到科學研究方法的訓練，對他們以后的工作和學習都打下一定的基礎。
一、傳統(tǒng)實驗與設計實驗
中學生所做過的絕大多數(shù)科學實驗都是教材中預先設計好的實驗。學生只是通過實際操作，觀察一下實驗現(xiàn)象，得出事先已確定的結論。這種實驗，我們稱之為傳統(tǒng)實驗?，F(xiàn)行傳統(tǒng)科學教材中安排的實驗對學生形成、理解、鞏固所學的科學知識有一定的作用，但由于實驗安排始終處于概念理論的領隊地位，實驗僅僅作為驗證科學知識的手段，而缺乏對知識信息作縱向和橫向的反饋，因此會阻礙學生創(chuàng)造思維的發(fā)展，不利于能力的培養(yǎng)。
與傳統(tǒng)實驗相對應的是自己設計實驗，這種實驗只給出實驗目的，要求學生自己設計實驗方案、選擇實驗器材、藥品、確定實驗步驟、分析實驗結果。設計性實驗是傳統(tǒng)實驗的延續(xù)和發(fā)展，是克服學生普遍存在的理論高分、實驗低能的有效手段。實驗設計是一個動手動腦、培養(yǎng)學生多方面能力的過程，是尋方治病的過程。在實驗設計過程中常常會有別有天地的實驗現(xiàn)象和心理感覺，學生興趣盎然。同時學生也會遇到挫折和失敗，這也是對學生進行挫折教育、發(fā)展學生非智力因素的一種有效手段，這也是我們現(xiàn)代教育中所必須的。
二、實驗設計的定義界定和作用
實驗設計是根據(jù)實驗課題所提出的實驗目的，讓學生在學得的科學知識和實驗技能技巧的基礎上，選擇恰當?shù)膶嶒灧桨竵斫鉀Q問題的過程。實驗設計的課題一旦提出，學生作為認識主體必定要經(jīng)歷思考步驟（想法）和操作步驟（做法）兩個科學認識過程。
首先需要分析課題所要得到的科學事實是什么，再依次選取欲得到這些事實應采取的正確方法，所使用的儀器設備，應控制的外界條件，對實驗結果的分析評估等等，這一系列的思考步驟為認識主體指明和制定了正確的認識方向和道路，是主體順利達到科學認識目的的主觀手段和工具。作為操作步驟則是為主體提供具體的行為方法途徑，是主體順利達到科學目的的現(xiàn)實手段和工具。因此，實驗設計這一方法的實施恰恰就是借助于問題情境下，思考步驟和操作步驟兩方面的強化實踐，使學生在科學知識的學習中有效地提高解決問題的能力，從而也就有效地落實中學科學教學大綱中所提出的“要重視能力培養(yǎng)和科學方法教育”的要求。
三、實驗設計能力的培養(yǎng)目標
1. 對實驗原理、方法、裝置的進一步完善，會提出改進意見； 2. 對于給出的各種方案，能分析和優(yōu)選出最佳實驗方案；
3. 綜合運用已學過的科學基礎知識和實驗基本技能，根據(jù)確定的實驗目的，自行設計科學實驗方案，驗證結論，得出規(guī)律，探索新知識，解決新問題。
四、實驗設計實驗的幾點說明
1．在平行班中進行試驗，結果是試驗班與對照班相比，試驗班學生的自學能力、思維能力、觀察能力、動手能力及意志品質(zhì)等方面均強于對照班。中考時試驗班學生實驗題失分率明顯降低。
2．實驗設計給學生創(chuàng)造了一個良好的學習氛圍和最佳的學習心境，大大提高了學習效率 。尤其是設計“失敗實驗”，經(jīng)過“失敗—成功”的多次反復，對學生的震撼力深刻、持久。在這一過程中，學生獲得了科學知識，培養(yǎng)了能力，促進了身心發(fā)展，培養(yǎng)了良好的意志品質(zhì)和實事求是勇于探索的精神。同時使學生受到科學研究方法的訓練，對他們以后的工作和學習都打下一定的基礎。
關鍵詞：科學實驗教學；新穎；學習動機
中圖分類號：G630 文獻標識碼：A 文章編號：1003-2851（2013）-07-0232-02
所謂新穎，本意是指新生的帶芒的谷穗，現(xiàn)引申指新鮮而別致（據(jù)《高級漢語詞典》）。本文所指的科學實驗教學的新穎性取其新鮮之意。
新穎的事物可以引起學生的定向探究反射。明朝的教育家王陽明曾說過：“今教童子，必使其趨向鼓舞，中心喜悅，則其進自不能已?！币T發(fā)學生的學習興趣，就是要激起這種受“鼓舞”而不能自已的求進體驗。教學內(nèi)容與手段的不斷更新變化，可以不斷引起學生的探究意識，產(chǎn)生強烈的求知欲。[1]
科學是一門以實驗為基礎的自然科學，科學實驗教學是科學教學的重要組成部分。成功的實驗教學能激發(fā)學生學習科學的興趣，引導學生最大限度地發(fā)揮積極、創(chuàng)新的主體性，是實施和落實科學教學目的的有效保證。什么樣的實驗教學能成功激趣呢？筆者認為關鍵是兩個字：新穎。
對于科學實驗教學，從某種角度來看，有三個重要的要素，即：實驗教學參與者、實驗內(nèi)容、實驗環(huán)境。這三個要素可以在不同層次，不同角度進行組合，從而產(chǎn)生實驗教學整體的新穎性。
下面將從三要素角度來探討科學實驗教學的新穎性問題。
一、從實驗教學參與者的角度探討實驗教學的新穎性
科學實驗教學的參與者指科學實驗操作者、指導者和所有觀察該實驗的人，一般是指教師和學生，但也有例外（比如：當教師在課堂上播放一段科學實驗錄像時，實驗的參與者除師生外還包括錄像中的操作員）。因此，從參與者的角度看，科學實驗教學的新穎性可以通過改變參與者各成分的主導性地位來體現(xiàn)。
按照實驗操作者的不同，科學實驗可分為演示實驗和學生實驗。演示實驗是由教師進行表演和示范操作，并引導學生進行觀察和思維的實驗。學生實驗是由學生親自動手做的實驗，它是培養(yǎng)學生實驗技能和能力，養(yǎng)成科學態(tài)度和學習科學方法的重要的教學形式。[2]一般情況下，新課引出的性質(zhì)實驗都安排為演示實驗，而學生實驗則安排在章節(jié)結束后，用于復習鞏固所學內(nèi)容。這樣的安排有一定的合理性，但不能一成不變。負責的教師都會課前經(jīng)過認真的準備，在演示時按先前設計好的步驟逐一展示，領著學生觀察現(xiàn)象，然后順利地得出結論。這看起來似乎很有效：實驗現(xiàn)象明顯，學生提起了興趣，而且得到了該得到的結論。但仔細想想：實驗是誰設計的？誰在選擇實驗條件的控制？誰迫切地希望實驗順利？實驗成功后誰最開心？關于實驗展開的一系列問題的答案竟然都是老師，而不是實驗教學最中心的主體——學生，這難道不是最大的問題嗎？如果總是照搬教材并由教師“壟斷”著演示實驗，那么學生的實驗能動性將得不到很好的體現(xiàn)。盡管有的實驗現(xiàn)象也能激起學生興趣，但那是低水平階段的，是短暫的、盲目的，只能成為“有趣”。時間一長，甚至剛下課，這種短暫興趣便會煙消云散。只有在學生自己的實踐中鍛煉發(fā)展起來的有趣才能成為樂趣，或更進一步成為志趣——高水平的興趣。我們的可以做的嘗試是改變某些演示實驗的操作者，讓學生來完成整個實驗操作或其中的一部分。當然教師要充分考慮好以下問題：本實驗讓學生做是否足夠安全，是分成幾組學生實驗還是派代表上去做，代表是隨機點還是輪流或指定，等等。然后，要有一定的提前時間讓學生預習，在學生實驗操作中及時做出積極反饋和指導。另一方面，在學生實驗中，教師也不是觀旁者或監(jiān)督員，而是實驗教學的主導者，應該積極主動地進行觀察和指導學生的實驗工作，巡行于各學生處觀察其操作是否規(guī)范，觀察現(xiàn)象是否認真，是否如實記錄數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)大部分學生都存在困難的操作，教師可以再次充當操作者的身份，對該步驟進行演示。
教師和學生在特定實驗中的角色反串有時會起到意想不到的效果。
二、從實驗內(nèi)容的角度探討實驗教學的新穎性
科學實驗內(nèi)容包括科學實驗對象（即科學實驗過程中被實驗者變革的物質(zhì)對象）和科學實驗手段?！案鶕?jù)科學實驗的目的和實驗認識層次上的不同要求，又可把科學實驗手段劃分為：科學實驗的基本科學手段和科學實驗的現(xiàn)代化科學手段兩大類型?！盵3]前者通常是指科學實驗儀器、工具和設備；后者主要是指質(zhì)普法、熒光法、吸收光度法、放射科學分析法等等一些新的實驗手段和分析技術。
1.從實驗對象上增加新穎性
實驗對象一般都是以已知的面貌出現(xiàn)的，比如要驗證O2的氧化性時，教師會提供碳、硫、鐵；要學習稀硫酸的性質(zhì)時，教師會準備好銅片、鋅、氧化銅等物質(zhì)。
有時不告知某一實驗對象會起到設置懸念的效果。在初三進入實驗復習階段后，我設計了一節(jié)實驗探究課：請同學們幫我鑒定一瓶掉了標簽的白色粉末（只知道是一種純凈物）。當時我提供了PH試紙、蒸餾水、鑒別物質(zhì)常用的酸、堿、鹽以及常用玻璃儀器等物質(zhì)。面對這種一無所知的“白粉”，學生的第一反應是不知從何下手。但幾秒鐘的沉思后，有人打破了僵局：“先測測酸堿性！”仿佛是一語道破了天機，學生的思維一下打開了?！跋扔谜麴s水試試溶解性，取溶液做性質(zhì)實驗。”“分別檢驗陰離子和陽離子?！逼綍r學的科學實驗相關知識一點一點都用起來了，爭先恐后地。我按學生提出的點子，征求了各步先后順序的大致安排，逐一請不同的學生上講臺操作、驗證，并一起得出結論。學生體會到自己的設想與實驗的差異，當最終推出這種物質(zhì)中含有Ba2+和Cl-時，很多學生都興奮地說：“是氯化鋇”。
2.從科學實驗手段上增加新穎性
基于中學教學條件的限制，對科學實驗手段上增加新穎性的實際操作可以從改變實驗儀器方面著手。一種方法是購置、使用一些新鮮的儀器。另一種方法是把日常生活中常能見到的器具“移植”到科學實驗中來，比如用針筒做二氧化碳和氫氧化鈉反應的容器；用“娃哈哈”瓶做氫氧爆炸容器等。也可以利用常見的科學儀器，進行組裝后以新的形式出現(xiàn)。這些創(chuàng)新不僅能彌補原有儀器的缺陷，同時能帶給學生新鮮感，并成為引導學生創(chuàng)新的最好實例。
初中科學八年級上第二章、第二節(jié)是“大氣壓與人類生活”，教材中安排了一個演示實驗。實驗是用帶橡皮球的玻璃罐吸皮膚，我備課時發(fā)現(xiàn)教學中會存在一定的困難：如何解釋大氣壓與人體內(nèi)部的氣壓不同，并且學生的注意力會分散。我從實驗裝置上進行了如下改進。把人體用一個彩色氣球代替，氣球吸進玻璃罐的程度很深入，并且學生也容易分析球內(nèi)的氣壓與外界的大氣壓之間的差異。同時我還用集氣瓶來代替撥火罐實驗，現(xiàn)象明顯。本實驗的改進引起了學生的很大興趣，讓他們感覺到學以致用的可行性和有效性。實驗如下圖：
三、從實驗環(huán)境的角度探討實驗教學的新穎性
學生的學習環(huán)境有校內(nèi)環(huán)境和校外環(huán)境之分。
1.從校園外部環(huán)境設置科學實驗教學的新穎性
一般的教學都發(fā)生在校內(nèi)，所以發(fā)生在校園外的實驗教學本身就帶上了新穎性。這方面的落實，新教材上一些家庭小實驗的增設提供了有效的材料，比如冰袋的制作等。然而，不可否定的事實是，絕大多數(shù)的中學生家中不會備有科學藥品和儀器，學校在這方面也無力滿足每個學生的需求。
那么，是不是就只能放棄呢？答案當然是否定的，我們可以設計一些學生用家里的日用品就能完成的、安全有趣的實驗。比如結合碳酸鈣的性質(zhì)實驗及學生對雞蛋殼成分的了解，可以布置這樣的家庭小實驗：雞蛋放入醋中，放置一天，用手去感覺外殼的變化。甚至有條件讓家長買來大河蚌，把里面的珍珠取出來可以與醋反應。
2.從校園內(nèi)部環(huán)境設置科學實驗教學的新穎性
發(fā)生在校園內(nèi)部的科學實驗教學環(huán)境可以按時間段分為科學課堂內(nèi)的環(huán)境和課外活動的環(huán)境。
科學課堂內(nèi)可以結合教學實際需要營造不同氛圍：利用多媒體的靈活性、強表現(xiàn)性、高容量等優(yōu)點激發(fā)學生學習科學的興趣；利用精心設計的實驗問題促進學生深入淺出地思考問題；要求學生獨立思考或是通過合作學習等等。在種種不同形式的教學環(huán)境創(chuàng)設中，要注意的一點是：我們不是要營造安靜或活潑熱鬧的表面環(huán)境，我們要的是能激發(fā)學生學習能動性的環(huán)境。
課外活動中，也存在創(chuàng)設科學實驗教學情景的可能。在一次“珍愛生命——遠離艾滋”主題班會上，為了形象地表示艾滋病在其有效的傳播途徑中的傳播速度，我讓學生做了一個實驗：20位學生將20杯水（其中一杯含酚酞，象征艾滋病患者）互相摻和，幾個來回后逐杯滴加NaOH溶液，變紅的象征已染上艾滋病。實驗簡單，結果卻深入人心，學生震撼很大，收到了較好的實驗效果。
科學教學的基本特征是以實驗為基礎，實驗教學在中學科學教學中起著極為重要的作用。實驗不僅僅是一種為學生提供感性認識的直觀手段，還是激發(fā)學生科學學習的興趣，培養(yǎng)學生探究意識和創(chuàng)新精神的有效途徑和方法。實驗教學的新穎性是實驗教學發(fā)揮作用的關鍵。本文僅結合作者的教學實踐，提出了科學實驗教學新穎性的思考角度，同時力求探討判斷實驗新穎性的依據(jù)。事實上要做到實驗教學的新穎性本身就需要創(chuàng)新，這是一個復雜而艱巨的課題，有待于在今后的教學工作中不斷摸索和完善。
參考文獻
[1]萬云英.學校教育心理學（第一版）[M].北京：人民教育出版社，2000.
[2]劉知新，何少華，畢華林.科學課程論（第一版）[M].南寧：廣西教育出版社，1998.
楹我豢盼佬塹姆⑸洌引發(fā)了這么大關注？這要從其魔法般的特性說起。
大約一百多年前，我們生活在一個很“經(jīng)典”的宇宙里，一切都合乎常情，沒有什么奇怪表現(xiàn)。隨后，量子理論出現(xiàn)了。
突然間，事物的表現(xiàn)不再總是合乎一個理性的人的料想了。在微觀尺度上，一個粒子可以同時處于兩個地方，甚至可以同時向兩個不同的方向運動。而且粒子之間可以互相糾纏―通過某種方式即時地遠程感知、影響對方。
起源于1900年的普朗克量子力學，描述了這些看似魔法的物理現(xiàn)象。這套理論不斷獲得實驗支持，在一百多年里催生了許多重大發(fā)明――原子彈、激光、晶體管、核磁共振等，改變了世界面貌。
量子信息技術是量子力學的最新發(fā)展。其中，用這一技術有望打造“不可攔截”的密鑰，讓通信高度保密。而未來的量子計算機，可能會比傳統(tǒng)計算機快億萬倍。這些特性看似魔法，未來卻會成為尋常事。
中國此次發(fā)射量子衛(wèi)星的主要任務是，執(zhí)行星地高速量子密鑰分發(fā)、廣域量子通信網(wǎng)絡、星地量子糾纏分發(fā)以及地星量子隱形傳態(tài)等多項科學實驗任務。這都是量子信息技術的最前沿研究，自然舉世矚目。
但是，要讓看似魔法的效果真正實現(xiàn)，還需要長期艱苦卓絕的努力。因為，搞基礎科學研究，需要耐得住寂寞、甘坐冷板凳以及長期的積累。
量子、引力波等許多看似枯燥無味或高深難懂的基礎研究，之所以吸引全球各主要國家持之以恒地研究投入，正在于它們都有著引發(fā)魔法般巨變的前景。量子力學已經(jīng)引發(fā)了社會巨變。例如，電磁波的發(fā)現(xiàn)最終使人類有了無線電通信和手機，在狹義相對論中質(zhì)能關系理論的指導下，科學家最終制造出了原子彈、氫彈和核反應堆，衛(wèi)星定位等技術也借助了狹義相對論的知識?；A科學研究可以帶給人類什么？它帶給人類無窮的可能。前沿基礎研究，探索的是“魔法”的奧秘，必將帶來社會進步。
在今年引力波發(fā)現(xiàn)后，美國麻省理工學院校長拉斐爾?賴夫的公開信中的一段話發(fā)人深?。骸盎A科學研究往往是艱苦的、嚴謹且緩慢的，但不要忘記，它又是震撼性的、革命性的和具有催化作用的。如果沒有基礎科學，最好的設想就無法得到改進，‘創(chuàng)新’也只能是修修補補。只有基礎科學進步，社會才能進步。”
本人任教的學校中，學生普遍對科學及技術有濃厚的興趣和好奇心。為了讓學生在課余時間參與有趣的科學實驗，從而提升他們對學習科學的興趣，本人于數(shù)年前已開始在學校內(nèi)舉辦“科學實驗工作坊”，并由科研特工隊負責協(xié)助示范及帶領活動。經(jīng)過本人與科研特工隊約2個月的商討，我們的探索終于有了成果。我們把4個能施展“魔法”的科學實驗做了創(chuàng)新及改良，并設計了一個活動方案。我們希望能通過此活動，讓全校學生體會科學的奧妙，并于校園內(nèi)凝聚研習科學的氣氛。于是，我向校長提交計劃書，建議沖出傳統(tǒng)的實驗室，走到校園的操場進行實驗活動，并與校長詳述活動的理念和可行性，結果成功取得校長的批準和無限量支持。
活動內(nèi)容與過程
概況
活動對象為全校中一級至中六級學生，所涉及的人數(shù)約為1000人。活動日期為2011年5月26日至5月27日；活動地點是學校風雨操場；形式是在操場內(nèi)設置攤位，展示4個能施展“魔法”的科學實驗，并由科研特工隊帶領全校學生參與活動。4個能施展“魔法”的科學實驗為隱形墨水、牙簽水上漂、反斗沙桶和水柱識轉(zhuǎn)彎。
有關科學原理
隱形墨水。“隱形墨水”其實是酚酞溶液。由于酚酞溶液是無色的，所以我們不能看到用酚酞溶液所寫在紙上的字或符號。但是只要用蘸有氫氧化鈉溶液的毛筆在紙上輕輕一掃，酚酞溶液會由無色轉(zhuǎn)為粉紅色，隱藏的信息就會忽然現(xiàn)形，效果如同魔法一樣。
牙簽水上漂。肥皂或洗潔精的成分含有表面活性劑，可以使水的表面張力減弱。所以牙簽沾了肥皂或洗潔精的那一端，附近水面的表面張力比較弱，另一端水面的表面張力相對比較強，因此牙簽就被張力較強的那方牽引而自動前進了，效果非常震撼。
反斗沙桶。固體的沙子也會產(chǎn)生浮力，但沙子的流動性不像液體那么好，因此需要敲打沙桶的邊緣，幫助固體的沙子流動。由于乒乓球的密度低于沙子，因此在敲打沙桶期間，原本埋藏在沙堆的乒乓球會忽然浮出到沙堆的表面，讓觀眾吃驚。
水柱識轉(zhuǎn)彎。由儀器滴定管流出的水柱本是垂直向下的，但只要利用1根帶電荷的棒靠近水柱，水柱便會被帶電荷的棒所吸引。這是因為水是一種極性溶劑，水分子會按其極性而被吸引，讓水柱出現(xiàn)“識轉(zhuǎn)彎”的嚇人場面。
以上4個“科學魔法”均有一個共同點，就是在進行期間會出現(xiàn)讓觀眾感到有震撼性的場面，從而刺激其好奇心，在不知不覺間很想探索相關的科學原理。另外，就是這4個“魔法”的背后均同時涵蓋初中與高中的課程知識。
活動預期效果
基于以上提及的設計及選材理念，可預期的效果是，無論就讀初中或高中的學生在看見“魔法”后，都會不期然感到共鳴，聯(lián)想起相關的科學知識，達到不同層次的反思及探索。再者，通過不同班級的學生一同欣賞“魔法”表演，可以預期這種形式能促進同班同學問、甚至是跨越級別的朋輩間的討論。經(jīng)驗告訴我，這種朋輩之間互相討論和學習往往勝過傳統(tǒng)的老師單向式教學。
活動所需的資源
“隱形墨水”需要酚酞溶液、氫氧化鈉溶液、過濾紙、燒杯、毛筆。演示“隱形墨水”不受場地條件限制。
“牙簽水上漂”需要牙簽、肥皂（或洗潔精）、盛水的器皿、自來水。盛水器皿須具一定的大小，否則牙簽在水上漂移的空間會有所限制。由于在每次表演后，自來水必須更換才能成功重新施展“魔法”，所以表演場地附近最好有充足的水源，例如靠近水龍頭或是洗手間。
“反斗沙桶”需要裝沙子的桶、沙子、乒乓球。沙子分量不能太少，否則乒乓球基于敲打時的震蕩也會冒出來，違反了“魔法”背后的精神。演示“反斗沙桶”不受任何場地限制。
“水柱識轉(zhuǎn)彎”需要滴定管、自來水、發(fā)泡膠杯（或塑料尺子）、燒杯（用于補充自來水）。使用滴定管的好處是可隨時控制水柱的流動，這樣可節(jié)省用水量。演示“水柱識轉(zhuǎn)彎”不受場地限制，雖然涉及用水，但只要表演前用燒杯裝夠自來水，便可不斷補充，連番施展“魔法”。
4個“科學魔法”所需的大部分物資均是生活中容易找到并且廉價的，而所能施展的“魔法”卻有出人意外的震撼力。因此，“科學魔法擂臺”活動可謂“要求低、效果大”。
場地安排方面，由于“牙簽水上漂”涉及使用較多的自來水以及必須頻繁更換自來水，所以表演場地附近最好有充足的水源。其余的3個“科學魔法”則不受任何場地限制，對表演者實在非常便利。
活動方案的創(chuàng)新點及重點
“科學魔法擂臺”活動方案有以下的創(chuàng)新點及重點。
科學知識的包裝?；顒又械摹澳Хā彼婕暗目茖W知識并非復雜及難以理解的，有些更是傳統(tǒng)課程建議在實驗室內(nèi)進行的課堂活動。然而，只要加上適當?shù)陌b，這些實驗活動的吸引力便會大增，感覺上會更加生活化。
走出實驗室。構思活動方案時，我銳意突破常規(guī)，走出傳統(tǒng)的實驗室，在校園公開場所進行帶有“魔法”的科學實驗。一方面，不用學生專門去實驗室；另一方面，這種活動形式能一次惠及更多學生。沖破實驗室在空間上的限制，也有助于灌輸“科學無所不在”的理念。
朋輩互相學習?；顒佑煽蒲刑毓り犗蛉W生演示“科學魔法”，而老師則刻意退居幕后。通過這種“朋輩間互相學習”的模式，學生會產(chǎn)生“他能做到，我也能做到”的想法，有助于提升學生的學習動力及自信心。
老少成宜。舉辦一般科學活動時往往因為相關的科學知識要求或其難度，導致活動對象有所限制。然而，“科學魔法擂臺”活動的設計理念涵蓋初中與高中的課程知識，能達到老少成宜、甚至老少一同討論科學的效果。再者，透過不同班級的學生一同欣賞“魔法”表現(xiàn)，可以預期這種形式能促進同班同學間、甚至是跨越年級的朋輩討論。這種朋輩之間互相討論和學習往往勝過傳統(tǒng)的老師單向式教學。
活動的效果
“科學魔法擂臺”活動一共舉辦2天，活動期間師生反應均非常熱烈，活動氣氛及效果良好?；顒悠陂g更有學生向科研特工隊查問為何只有這4個“科學魔法”實驗和為何只舉辦2天，可見這類型的活動的確頗受歡迎。我在現(xiàn)場也觀察到，學生在欣賞“魔法”之余，也不斷與身旁的同學互相討論有關原理，達到朋輩間互相學習及研習科學的目標。
活動可能出現(xiàn)的問題及解決方案
“科學魔法擂臺”活動可能出現(xiàn)的問題及解決方案如下。
隱形墨水。假如表演者一時緊張混淆了酚酞溶液和氫氧化鈉溶液（兩者均為無色），“魔法”的效果便會頓時失色。由于表演“魔法”所使用的物品不宜用標簽標示，所以應該使用兩種不同大小的燒杯分別裝兩種溶液，并且分開左右放好，以免造成混亂。經(jīng)過多次隱形墨水“魔法”表演之后，原本無色的溶液可能因為多次使用毛筆的“交叉感染”，而自動變成了粉紅色，如果繼續(xù)使用變了色的“隱形墨水”，根本就沒有“魔法”可言了。建議使用兩種不同款式的毛筆，以資識別。同一種款式的毛筆只用于某種指定的溶液，這樣可減慢“交叉感染”情況。一旦發(fā)現(xiàn)任何一種溶液已變成了粉紅色，應該及時更換。
牙簽水上漂。表演者必須清楚牙簽的哪一端沾了肥皂，否則當牙簽放在水面時，因為反轉(zhuǎn)了方向，牙簽便會很快撞向器皿。表演者應把牙簽沾了肥皂的那一端處于下方，這樣也可方便表演者利用手來遮掩肥皂。放牙簽時，切記要把沾了肥皂的那一端貼近器皿的邊緣，這樣便能成功發(fā)揮“牙簽水上漂”的威力了。假如表演者在完成演示后忘了換水，由于器皿中水的表面張力已被影響，表演者將不能繼續(xù)施展“魔法”。因此表演者應至少預備2個盛水的器皿交替使用。當觀眾注意其中一個器皿時，在旁的工作人員可悄悄地更換另一器皿中的自來水。
反斗沙桶。演示時，桶內(nèi)的沙子分量不能太少，否則乒乓球由于敲打時的震蕩也會冒出來，露出馬腳之余，也違反了“魔法”背后的精神。沙子分量也不宜太多，因為太多沙會導致敲打時間增長，導致表演變得沉悶。表演者應在正式表演前進行足夠的測試，記錄敲打時的力度、頻率和完成“魔法”所需的時間，看看表演時間是否合適和判斷是否需要改變沙的分量。表演者一旦找出最適當?shù)纳匙臃至亢?，便應在沙桶上劃上記號。為了精益求精，表演者在每次演示前都應檢查沙的分量是否合適。
水柱識轉(zhuǎn)彎。當?shù)味ü苤兴枯^少時，水柱會變得不穩(wěn)定和不流暢，影響演示效果。因此表演者應注意及時補充水，或者至少預備2個滴定管交替使用。發(fā)泡膠杯經(jīng)過多次使用后，即使強烈的摩擦，其帶電荷的能力也會逐漸減弱，所以應適時更換膠杯，以延續(xù)其施展“魔法”的能力。
除了以上的注意事項外，由于以上4個“科學魔法”的其中3個均涉及使用水或溶液，故此每個“魔法”的現(xiàn)場應備有足夠數(shù)量的毛巾，以便隨時清理表演區(qū)域。此外，“魔法”表演場地附近（建議在洗手間內(nèi)）應備有拖把，以備不時之需。
活動的改善方向及延續(xù)性
我認為如果再次籌辦“科學魔法擂臺”活動，可從以下的方向作出改善和探索其延續(xù)性。
問卷調(diào)查量度活動成效。這次活動完成后，我并未向全校學生發(fā)出問卷調(diào)查活動的成效。如果再次籌辦“科學魔法擂臺”活動，我會設計一份問卷，務求以量化的形式量度活動成效，從而加強活動成效的客觀性。
這次活動完成后，我并未運用明確的工具跟進學生通過活動所學到的科學知識。如果再次籌辦這個活動，我會針對不同級別的學生設計一系列的工作表，從而評價學生能否通過活動增進對相關科學知識的理解，這也可以作為具體反映活動成效的一項工具。
經(jīng)過這次活動后，相信學生更能掌握如何設計出具吸引力的“科學魔法”。故此，我計劃日后定期向科研特工隊、甚至向全校學生征求有趣實驗，讓有興趣的學生自行研發(fā)出自己的“科學魔法”。再進一步說，甚至可將這個模式設計成個人或班際比賽，變成人人有機會表演，以真正達到“擂臺”的效果，以此推進朋輩互相學習及學生主導學習。
該項目獲得第27屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導員創(chuàng)新成果科技教育方案類一等獎。
作為國內(nèi)唯一以聲、光為主題的公益科技館，“索尼探夢”科技館是索尼最具特色的公益項目之一，科技館創(chuàng)立的根本目的，就是讓前來參觀的孩子們對科技產(chǎn)生更大興趣。“索尼探夢”科技館負責人認為，其實科技館面臨的最重要挑戰(zhàn)，是將科學知識和創(chuàng)新結果介紹給孩子們時所用的表現(xiàn)手法。2000年開館至今，索尼公司在“索尼探夢”項目上累計投入人民幣超過4.5億元，至今已接待超過154萬名參觀者。同時，面向偏遠地區(qū)和更多城市的“愛心助學”活動，更是惠及全國各地11萬名中小學生。
創(chuàng)新之心
隨著科技不斷進步，“索尼探夢”科技館不斷創(chuàng)新館內(nèi)展品的同時，獨特、創(chuàng)新的趣味實驗也一直是它最吸引孩子們的特色之一。開館至今“索尼探夢”已開發(fā)出200余個趣味實驗，通過寓教于樂的方式激發(fā)青少年對科學的興趣。
自2000年以來，“索尼探夢”定期推出“特別主題展”：如以科技為主題的“機器人大展”、“觀看日食活動”、“模式識別展”；以環(huán)保為主題的“清涼地球展”、“多彩生命――保護生物多樣性”、“綠能風潮2012”；以科學實驗為主題的“創(chuàng)意水火箭”、“科學實驗廣場――狂歡集市”……“索尼探夢”創(chuàng)意出一個又一個流行科普話題和活動，用生動有趣的形式，帶領孩子們走進了科學天地。
“索尼探夢”還推出了精彩紛呈的現(xiàn)場表演活動，其獨創(chuàng)的“科普童話劇”，以光、聲音、環(huán)保為主題，巧妙地融合了知識和趣味，將新穎的科學實驗與離奇生動的劇情相結合，配以變幻多樣的音樂、夸張幽默的風格，成為科普界的亮點。此外，“探夢實驗室”、“閃電百科二選一”、“親實驗夢工房”、“PICO冒險奇兵”等，也都成為青少年關注的熱點。
科普之夢
“索尼探夢”融匯了索尼創(chuàng)新科技和美國舊金山Exploratorium展館經(jīng)典科普展示經(jīng)驗，館內(nèi)的展品、展示以“光和聲音”為主題，通過展示未來科技與數(shù)碼技術發(fā)展前景，為青少年打造出了一個能親身體驗科學的神奇、了解科學的意義、培養(yǎng)對科學濃厚興趣的場所。
館內(nèi)的展品以互動、體驗為特色，追求創(chuàng)意新鮮、科技頂尖、質(zhì)量上乘。為了讓孩子們感興趣，館內(nèi)展品運用了索尼在數(shù)碼、IT、音視頻等領域的先進技術，其策劃、設計和制作大都來自日本和美國，注重科普教育的趣味性和互動性，孩子們可在這里盡情體驗獨特新穎的科技展品帶來的樂趣。館內(nèi)最新呈現(xiàn)的“CG夢工場”、“CG魔法鏡”等展品，融合了動畫制作技術和數(shù)碼網(wǎng)絡技術，能讓孩子們體驗高科技帶來的震撼和趣味，培養(yǎng)對科學的濃厚興趣，幫助孩子們開啟科學夢想。
公益之路
“生活中如何測量質(zhì)量？”王亞平以提問的方式開始講課。地面課堂的同學們有的說用天平，有的說用電子秤，還有人提到用“曹沖稱象”的辦法。但是，這些方法在太空失重的環(huán)境下都將“失靈”，那么航天員如何測體重？
王亞平用天宮一號上的質(zhì)量測量儀現(xiàn)身說法。他們從艙壁上打開一個支架形狀的裝置，聶海勝把自己固定在支架一端。王亞平拉開支架，一放手，支架便在彈簧的作用下回復原位。裝置上的LED屏上顯示出數(shù)字：74.0，這表示聶海勝的實測質(zhì)量是74千克。
王亞平向同學們解釋，天宮一號中的質(zhì)量測量儀，應用的物理學原理是牛頓第二運動定律：F（力）=m（質(zhì)量）×a（加速度）。質(zhì)量測量儀上的彈簧能夠產(chǎn)生一個恒定的力F，同時用光柵測速裝置測量出支架復位的速度v和時間t，計算出加速度（a=v/t），就能夠計算出物體的質(zhì)量（m=F/a）。
演示完質(zhì)量測量，王亞平又取出一個物理課上常見的實驗裝置——單擺。王亞平沿切線方向輕推小球，奇妙的現(xiàn)象出現(xiàn)了，小球開始繞著懸掛點做圓周運動——而在地面對比試驗中，需要施加足夠的力，給小球一個較大的初速度，才能使它繞懸掛點旋轉(zhuǎn)。
原來，這也是因為在太空中重力消失，小球在獲得初速度后，單擺不會做往復運動而只做圓周運動。
接下來的陀螺試驗顯示，高速旋轉(zhuǎn)的陀螺具有很好的定軸特性，在太空失重環(huán)境下，這一特性更加直觀地呈現(xiàn)出來。
王亞平介紹說，高速旋轉(zhuǎn)陀螺的定軸特性在航天領域用途廣泛。在天宮一號目標飛行器上，就裝有各式各樣的陀螺定向儀，以精準地測量航天器的飛行姿態(tài)。
本次太空授課最令學生感到震撼的是失重環(huán)境下液體表面張力的演示。王亞平也吊足了學生們的胃口，用“見證奇跡的時刻”來引發(fā)更大期待。
她把一個金屬圈插入裝滿飲用水的自封袋中，慢慢抽出金屬圈，便形成了水膜。輕輕晃動金屬圈，水膜也不會破裂。然后王亞平利用水膜造了一個大水球，并向水球內(nèi)注入空氣，在水球內(nèi)形成兩個球形氣泡。隨后，奇特的現(xiàn)象發(fā)生了，兩個氣泡各自游移，并未融合。
“王亞平在太空授課中所做的5項科學實驗，‘瞄準’的是微重力環(huán)境下物體運動的兩種特性——測質(zhì)量、單擺運動以及陀螺的動態(tài)與靜態(tài)實驗，展示的是失重環(huán)境中的剛體動力學特性；水膜及水球?qū)嶒?，展示的是失重環(huán)境中液體表面張力作為‘主導因素’的奇異特征?！?/p>
在太空授課前夕，參與在軌科學實驗演示論證的兩位力學專家——中國科學院力學研究所國家微重力實驗室副主任、研究員康琦和研究員趙建福，向《中國科學報》記者詳細闡述了微重力科研的獨特價值及其對人類未來的意義。
微重力科學涉及一個龐大的學科體系，這難免會讓公眾產(chǎn)生理解上的困惑。然而，提起“微重力”的另一個稱謂——“失重”，大家則不會感到陌生了。對公眾而言，此次太空科學實驗授課無疑是一次新奇的體驗和難得的科普經(jīng)歷，然而其背后蘊藏的對于我國載人航天工程的特殊意義，人們則知之甚少。
比如，航天器在飛行過程中，設備和燃料都涉及液體管理和熱管理，特別是航天員生存所必需的氧氣和水的供應，都離不開對液體形貌的控制。
“航天員出艙活動時需要對航天服內(nèi)部的濕度進行控制，如果出汗產(chǎn)生的水蒸氣導致航天服內(nèi)部濕度過大，就會影響到宇航員的體能與動作。因此，這就須將水蒸氣冷凝變成液體排掉，而氣與液之間的界面在常重力與微重力情況下會有很大差異，需要我們認真研究?！笨电f。
事實上，在國外載人航天的發(fā)展歷程中，嘗試在微重力狀態(tài)下進行科學研究一直貫穿始終，并且是重要內(nèi)容之一。20世紀60年代，美蘇展開太空競賽，微重力實驗成為兩國角力的焦點，但這些研究成果大多處于保密狀態(tài)。
此次太空授課活動，由中國載人航天工程辦公室聯(lián)合教育部、中國科協(xié)共同主辦。其中，中國科協(xié)在參與總體方案制定與實施的同時，主要負責組織授課專家組、提出授課內(nèi)容、編寫教案腳本、準備課件等，同時負責協(xié)助天地演練。
在經(jīng)過反復討論并綜合了各方面專家的意見后，授課專家組約定：太空授課要同中小學生常識與知識結構接軌，凡演示科學實驗涉及物理學概念時，必須使用通俗語言表述，比如用“失重”而不用“微重力”講解，使用“測體重”而不用“測質(zhì)量”的說法……
