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一、初中科学演示实验的功能
1.萌发学习动力
据统计，98%的学生对科学演示实验是感兴趣的。因此，教师要创造条件让学生来欣赏科学实验，从中感悟它的神奇与精彩，进而萌发学好科学的强大动力。
案例一：大气压课题引入
【实验器材】一长一短两根试管(在小试管底部外侧贴有一圈红色的标签纸)、烧杯等。
【实验操作】图甲，先在长试管中装满水，然后将内径比长试管略小的试管插入大试管的水中，小试管下沉；在小试管下沉的过程中，迅速将大、小倒转(图乙)。
【实验现象】在倒转试管后，小试管不但没有落下，反而向上运动到大试管顶端。
【案例分析】学生不但欣赏了神奇的实验，还让学生产生了如下疑问：为什么大试管中没有水时，小试管不会向上运动到大试管顶端？难道同样体积的水会比同样体积的空气还要轻？气体压强的产生原因与液体压强产生的原因相同吗？该类演示实验设计时一般要注意以下几点：一是实验原理的思维性；二是实验装置的简单性；三是实验呈现的新颖性。
2.构建理想模型
理想模型是根据研究对象和问题的特点，舍弃次要的、非本质的因素，从而建立一个易于研究的、能反映研究对象主要特征的新形象。在科学新课程教学中，通过演示实验来构建理想模型，可以养成学生分析、综合、抽象和推理的能力。
案例二：理想电表
【实验器材】干电池一节、电流表两只、电压表一只、小灯泡(带灯座、U额=2.5V)一只、导线若干。
【实验操作】按图1连接电路，并记录开关闭合时电流表示数（I1=0.18A）。将另一电流表串入原电路（如图2），闭合开关，记录电流表示数（I2=0.18A）。将开关断开，记录电流表示数（I3=0）。去掉开关，将电压表与原电路串联，记录电流表与电压表示数（I4=0，UV=1.5V）。
■
【数据分析】根据I1=I2=0.18A可得电流表电阻几乎为零，等效于一跟导线；根据I3=I4=0可得电压表电阻很大，等效于一个断开的开关。
【案例分析】师生共同构建了电流表和电压表的理想模型，同时它使学生学会了分析问题的一种非常重要的思想方法，即等效法；学会了分析含电表的电路问题。该类演示实验的设计一般要注意以下几点：一是精心构思实验流程；二是归纳想象实验趋势；三是理性选择实验种类。
3.展示认知冲突
根据现代心理学研究表明，在课堂教学中设置认知冲突，可以为学生提供真实的学习背景，模拟解决实际问题的过程。
案例三：摩擦力方向
【实验器材】试管一支。
【教师启发】如图甲，用手握住一个试管，然后匀速竖直向上提起。
■
师：试管在竖直方向受到哪些力？方向如何？
生：竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力。
师：这两个力的方向如何？
生：重力的方向竖直向下，摩擦力的方向竖直向上。
师：两个力方向间有何关系？
生：相同。
师：试管为什么会向上运动？
生：试管受到了向上的摩擦力。
师：实验中可得出什么结论？
生1：摩擦力的方向可能与物体运动方向相同。
生2：摩擦力不一定是阻碍物体运动的力。
【案例分析】通过设置认知冲突，让学生体会了摩擦力的正确方向。该实验的功能还可以作出以下深入开发：1.手拿试管竖直向下(图甲)匀速运动，此时摩擦力方向与运动方向相反，是阻力。为进一步学习高中物理中“摩擦力可以做负功”做好铺垫。2.手拿试管水平向右(或斜向上)匀速运动，得出“摩擦力与运动方向可以不在一条直线上。3.两次用不同大小的力去握住试管，使试管都竖直向上匀速运动，试管受到的静摩擦力大小相同。
4.体现自主探究
自主探究学习要求学生调动各种感觉器官，通过动手、动眼、动嘴、动脑，主动的去获取知识。在初中科学中有大量的演示实验都能够体现学生的自主探究学习。
案例四：探究金属活动性
【实验器材】电脑、摄像头、金属钠等。
【实验操作】教师按如下图1至图4的顺序演示，并用摄像头将实验过程转移到大屏幕上，以增大实验的可见度。实验结束后，采用学生问答的方式展开自主探究。
■
【生问生答】生：钠是什么颜色的？
生1：黄色。钠拿出来的时候是黄色的。
生2：银白色。小刀切下来的那面是银白色的。
生3：灰色。小刀切下来那面是灰色的。
生4：银白色。我看到钠在水上的时候是银白色的。
【师生问答】生：老师，钠到底是什么颜色的呀
师：从煤油中取出的钠呈黄色是因为煤油是黄色的。有同学看到小刀切下来的那面呈灰色，是因为钠极易被氧气氧化成氧化钠。所以钠是银白色的。
生：在反应时钠为什么变成球形了？
师：看来这个问题比较难。这样吧，我们先把这个问题放一放，好吗？
生：为什么反应的时候有火星呢？
生：可能钠与水反应的时候放出热量，使钠烧起来了。还没有等老师肯定这个答案，马上就有学生提出了新的问题。
生：老师，是不是因为钠与水反应放出热量使钠熔化成球形的？
师：是的，钠与水的反应是一个放热反应，而钠的熔点又比较低，所以钠放入水中后一下子就熔化成球形了。如果温度升高到了钠的着火点，就会有火星冒出来了。
【案例分析】不仅让学生在自主探究中学习了钠的性质，还增强了学生的观察能力、提问能力和分析能力。该类演示实验的设计一般要注意以下几点：一是教师语言的启发性；二是教师身份的配角性；三是实验内涵的探究性；四是实验原理的认知性。
5.克服思维定势
消极的思维定势是束缚创造性思维的枷锁。运用演示实验的形象性、直观性和生动性，可以有效地消除思维定势的负面影响。
案例五：额定功率和实际功率
【实验器材】自制串、并联的电路板各一块、“220V、40W”和“220V、100W”灯泡各1个。
【教师启发】
师：100W的灯泡亮还是40W的灯泡亮？
生：100W的。
师：将两只灯泡并联(图甲)接入220V的电源中，结果与学生的判断相同。串联后接入了220V的电路中，100W灯泡反而比40W的灯泡暗得多。(图乙)
【创新设计】
将“220V、40W”和“220V、100W”两只灯泡串联(并联)后接在调压变压器的输出端上，让调压变压器的输出在0～250V之间缓慢逐渐。
【创新评价】
让学生体验了科学探究过程；让学生学会了数据处理中的表格法；让学生感受了相同发光原理的灯泡，亮度只与实际功率有关；让学生消除了又一个思维定势，获得了真知。该类演示实验的设计，一要增强新刺激，更换旧思路；二要剖析错例，深化概念；三要打破常规，另辟新径。
二、初中科学演示实验功能的研究方法
一个演示实验往往包含实验目的、实验原理、实验器材、实验设计等基本环节，可以通过改变其中某个或某几个环节使实验取得新的教学功能。
1.改变实验目的
每个实验都有一定的实验目的，利用一定的实验器材往往可设计出多个不同目的的实验。若在教学中能启发学生利用相同器材自行设计不同目的的实验方案进行实验，可以发展学生的发散性思维能力。
2.改变实验原理
为达到同一实验目的，可依据不同的实验原理进行实验。在教学中常用多个实验从不同角度、不同侧面进行同一教学内容的教学，通过分析和推理建立概念或导出规律。若在教学中能启发学生采用不同的方案进行实验，能很好地提高学生的思维水平。
3.改变实验器材
相同的实验可采用不同的器材进行。我们一般会根据材料特性如何、价廉与否以及取材是否方便来选择。我们首倡利用随手可得的实物进行演示实验。
4.改变实验设计
相同的实验目的与原理，也可以有不同的设计方案，通过改进实验设计方案，使实验取得更好的教学效果。
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1.萌发学习动力
据统计，98%的学生对科学演示实验是感兴趣的。因此，教师要创造条件让学生来欣赏科学实验，从中感悟它的神奇与精彩，进而萌发学好科学的强大动力。
案例一：大气压课题引入
【实验器材】一长一短两根试管(在小试管底部外侧贴有一圈红色的标签纸)、烧杯等。
【实验操作】图甲，先在长试管中装满水，然后将内径比长试管略小的试管插入大试管的水中，小试管下沉；在小试管下沉的过程中，迅速将大、小倒转(图乙)。
【实验现象】在倒转试管后，小试管不但没有落下，反而向上运动到大试管顶端。
【案例分析】学生不但欣赏了神奇的实验，还让学生产生了如下疑问：为什么大试管中没有水时，小试管不会向上运动到大试管顶端？难道同样体积的水会比同样体积的空气还要轻？气体压强的产生原因与液体压强产生的原因相同吗？该类演示实验设计时一般要注意以下几点：一是实验原理的思维性；二是实验装置的简单性；三是实验呈现的新颖性。
2.构建理想模型
理想模型是根据研究对象和问题的特点，舍弃次要的、非本质的因素，从而建立一个易于研究的、能反映研究对象主要特征的新形象。在科学新课程教学中，通过演示实验来构建理想模型，可以养成学生分析、综合、抽象和推理的能力。
案例二：理想电表
【实验器材】干电池一节、电流表两只、电压表一只、小灯泡(带灯座、U额=2.5V)一只、导线若干。
【实验操作】按图1连接电路，并记录开关闭合时电流表示数（I1=0.18A）。将另一电流表串入原电路（如图2），闭合开关，记录电流表示数（I2=0.18A）。将开关断开，记录电流表示数（I3=0）。去掉开关，将电压表与原电路串联，记录电流表与电压表示数（I4=0，UV=1.5V）。
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【数据分析】根据I1=I2=0.18A可得电流表电阻几乎为零，等效于一跟导线；根据I3=I4=0可得电压表电阻很大，等效于一个断开的开关。
【案例分析】师生共同构建了电流表和电压表的理想模型，同时它使学生学会了分析问题的一种非常重要的思想方法，即等效法；学会了分析含电表的电路问题。该类演示实验的设计一般要注意以下几点：一是精心构思实验流程；二是归纳想象实验趋势；三是理性选择实验种类。
3.展示认知冲突
根据现代心理学研究表明，在课堂教学中设置认知冲突，可以为学生提供真实的学习背景，模拟解决实际问题的过程。
案例三：摩擦力方向
【实验器材】试管一支。
【教师启发】如图甲，用手握住一个试管，然后匀速竖直向上提起。
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师：试管在竖直方向受到哪些力？方向如何？
生：竖直向下的重力和竖直向上的摩擦力。
师：这两个力的方向如何？
生：重力的方向竖直向下，摩擦力的方向竖直向上。
师：两个力方向间有何关系？
生：相同。
师：试管为什么会向上运动？
生：试管受到了向上的摩擦力。
师：实验中可得出什么结论？
生1：摩擦力的方向可能与物体运动方向相同。
生2：摩擦力不一定是阻碍物体运动的力。
【案例分析】通过设置认知冲突，让学生体会了摩擦力的正确方向。该实验的功能还可以作出以下深入开发：1.手拿试管竖直向下(图甲)匀速运动，此时摩擦力方向与运动方向相反，是阻力。为进一步学习高中物理中“摩擦力可以做负功”做好铺垫。2.手拿试管水平向右(或斜向上)匀速运动，得出“摩擦力与运动方向可以不在一条直线上。3.两次用不同大小的力去握住试管，使试管都竖直向上匀速运动，试管受到的静摩擦力大小相同。
4.体现自主探究
自主探究学习要求学生调动各种感觉器官，通过动手、动眼、动嘴、动脑，主动的去获取知识。在初中科学中有大量的演示实验都能够体现学生的自主探究学习。
案例四：探究金属活动性
【实验器材】电脑、摄像头、金属钠等。
【实验操作】教师按如下图1至图4的顺序演示，并用摄像头将实验过程转移到大屏幕上，以增大实验的可见度。实验结束后，采用学生问答的方式展开自主探究。
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【生问生答】生：钠是什么颜色的？
生1：黄色。钠拿出来的时候是黄色的。
生2：银白色。小刀切下来的那面是银白色的。
生3：灰色。小刀切下来那面是灰色的。
生4：银白色。我看到钠在水上的时候是银白色的。
【师生问答】生：老师，钠到底是什么颜色的呀
师：从煤油中取出的钠呈黄色是因为煤油是黄色的。有同学看到小刀切下来的那面呈灰色，是因为钠极易被氧气氧化成氧化钠。所以钠是银白色的。
生：在反应时钠为什么变成球形了？
师：看来这个问题比较难。这样吧，我们先把这个问题放一放，好吗？
生：为什么反应的时候有火星呢？
生：可能钠与水反应的时候放出热量，使钠烧起来了。还没有等老师肯定这个答案，马上就有学生提出了新的问题。
生：老师，是不是因为钠与水反应放出热量使钠熔化成球形的？
师：是的，钠与水的反应是一个放热反应，而钠的熔点又比较低，所以钠放入水中后一下子就熔化成球形了。如果温度升高到了钠的着火点，就会有火星冒出来了。
【案例分析】不仅让学生在自主探究中学习了钠的性质，还增强了学生的观察能力、提问能力和分析能力。该类演示实验的设计一般要注意以下几点：一是教师语言的启发性；二是教师身份的配角性；三是实验内涵的探究性；四是实验原理的认知性。
5.克服思维定势
消极的思维定势是束缚创造性思维的枷锁。运用演示实验的形象性、直观性和生动性，可以有效地消除思维定势的负面影响。
案例五：额定功率和实际功率
【实验器材】自制串、并联的电路板各一块、“220V、40W”和“220V、100W”灯泡各1个。
【教师启发】
师：100W的灯泡亮还是40W的灯泡亮？
生：100W的。
师：将两只灯泡并联(图甲)接入220V的电源中，结果与学生的判断相同。串联后接入了220V的电路中，100W灯泡反而比40W的灯泡暗得多。(图乙)
【创新设计】
将“220V、40W”和“220V、100W”两只灯泡串联(并联)后接在调压变压器的输出端上，让调压变压器的输出在0～250V之间缓慢逐渐。
【创新评价】
让学生体验了科学探究过程；让学生学会了数据处理中的表格法；让学生感受了相同发光原理的灯泡，亮度只与实际功率有关；让学生消除了又一个思维定势，获得了真知。该类演示实验的设计，一要增强新刺激，更换旧思路；二要剖析错例，深化概念；三要打破常规，另辟新径。
二、初中科学演示实验功能的研究方法
一个演示实验往往包含实验目的、实验原理、实验器材、实验设计等基本环节，可以通过改变其中某个或某几个环节使实验取得新的教学功能。
1.改变实验目的
每个实验都有一定的实验目的，利用一定的实验器材往往可设计出多个不同目的的实验。若在教学中能启发学生利用相同器材自行设计不同目的的实验方案进行实验，可以发展学生的发散性思维能力。
2.改变实验原理
为达到同一实验目的，可依据不同的实验原理进行实验。在教学中常用多个实验从不同角度、不同侧面进行同一教学内容的教学，通过分析和推理建立概念或导出规律。若在教学中能启发学生采用不同的方案进行实验，能很好地提高学生的思维水平。
3.改变实验器材
相同的实验可采用不同的器材进行。我们一般会根据材料特性如何、价廉与否以及取材是否方便来选择。我们首倡利用随手可得的实物进行演示实验。
4.改变实验设计
相同的实验目的与原理，也可以有不同的设计方案，通过改进实验设计方案，使实验取得更好的教学效果。
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”