指向關鍵能力的初中物理實驗教學方法分析

朱舒雁

摘要：初中物理學科關鍵能力主要包括概括理解、實驗探究、實踐應用、求實創新四大方面，是學生在知識學習、科學探究、問題解決過程中需要的能力。實驗教學是物理課的重要組成部分，是培養學生關鍵能力的重要載體。本文以“探究平面鏡成像規律”為例，探討通過實驗教學發展學生物理關鍵能力的方法。

關鍵詞：關鍵能力;初中物理;實驗教學

物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗教學是初中物理課堂中的重要組成部分。初中物理實驗教學中最常涉及的是提出問題、作出猜想、設計實驗、進行實驗、證據論證、評估六個思維過程。初中物理學科關鍵能力是初中生在接受物理教育時，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備能力，主要包括“概括理解”“實驗探究”“實踐運用”“求實創新”四大方面。在實際教學中，教師可根據各實驗的特點及初中物理核心素養與關鍵能力的內容結構，將這六部分實驗教學做適當調整。

物理實驗教學是培養學生關鍵能力的重要載體。通過創設適當的情境，結合任務單、問題提問等手段，引導學生進行觀察、推理、設計、操作、論證、評價等體驗性學習，使學生真正融入實驗情境，積極參與實驗探究，靈活運用規律解決實際問題，充分提升學生的關鍵能力。

一、 問題與猜想：情境體驗，發展觀察推理能力

生活中常用的梳妝鏡就是一塊平面鏡。學生每天都能看到自己在平面鏡中成的像，但學生其實不太了解鏡中的“自己”：有的認為平面鏡成的像在鏡面上、有的認為平面鏡成像遠小近大、有的認為自己和鏡中像舉起的都是右手等。基于學生對平面鏡成像的不同看法，提出問題：平面鏡成的像有什么特點？

在猜想環節，學生可能會受課本知識影響，馬上得到“正確”的猜想，但很難說出得到這些猜想的依據。教師創設情境“鏡像模仿”，即模仿像或是觀察他人模仿像。學生通過情境體驗，從自己的原認知系統中提取與平面鏡成像特點相關的經驗。體驗1：教師邊說邊做動作“舉右手”“舉左手”，全體學生同步模仿教師在平面鏡中的像。體驗中會出現教師舉右手，學生也舉右手的情況。此時，需要給模仿失誤的學生一點時間去觀察、回憶、糾正動作。體驗2：教師和一位學生在教室前演示，教師邊說邊做動作“舉右手打招呼”“向前伸左手‘握手”“向左移動”“后退”“左轉面向學生并舉右手告別”，演示學生同步模仿像的動作，其他學生觀察。

體驗結束后，學生討論并做出有依據的猜想：平面鏡成的像可能有什么特點？學生在模仿與觀察的基礎上進行猜想：猜想1：“像與物是對稱關系”，依據：像與物是數學上的軸對稱圖形，平面鏡是對稱軸。猜想2：“像與物到平面鏡的距離可能相等”，依據：老師后退，同學也后退，這兩段距離可能相等。教師追問：有沒有不同的看法？有學生回答：像可能在平面鏡的鏡面上，像到平面鏡的距離為零。猜想3：“像與物大小相等”，依據：像與物是軸對稱圖形，大小相等。教師追問：有沒有不同的看法？有學生回答：像與物大小可能不相等，因為平面鏡中成的像好像近處的看上去大，遠處的看上去小。猜想4：教師通過“小孔成像成的是實像”引入猜想平面鏡成的像是虛像還是實像。學生沒有相關經驗，感覺無從猜起，后經引導知道可用光屏檢驗像的虛實。猜想至此結束，學生同時明確實驗目的。

二、 設計與實驗：任務導向，發展設計操作能力

實驗前，先向學生介紹實驗器材：可使物體成像的鏡子、茶色玻璃板;5號電池兩節、7號電池兩節、正方體木塊一個;白紙兩張;學生身邊可以用到的文具等。學生以兩人為一組，每組一張實驗任務單。任務共三項：選擇實驗器材定位像、設計實驗表格并確定實驗方案、實驗收集證據，學生每完成一項任務進行一次反饋。

任務一：選擇實驗器材，定位像。（1）確定研究對象（成像的物體）;（2）選擇實驗器材并正確擺放;（3）選擇另一物體確定像的位置。

實驗器材的合理選擇，不僅可以簡化實驗過程，還可以方便地觀察并得到結論。學生一般都能夠快速且有依據地確定研究對象及找像物體，如學生基本會選擇兩節5號電池或兩節7號電池而不會做出其他選擇，原因是5號電池與7號電池大小不同，正方體木塊則與電池大小、形狀都不同。

該任務的難點是平面鏡的選擇。由于平面鏡是不透明的，學生無法同時看到物體的像和找像的物體。同時，學生也會受到平面鏡定義（鏡子的表面是平的）的影響，較難想到物體通過玻璃板成的像也屬于平面鏡成像。為了突破這個難點，教師給每個小組提供一面鏡子和一塊單面鍍膜的茶色玻璃板，并且告訴學生物體通過玻璃板表面成的像也屬于平面鏡成像。學生通過“嘗試—錯誤—討論歸因—再嘗試”的過程發現茶色玻璃板雖然是透明的，但也可以使物體成像，且可以同時看到物體成的像和找像的物體。用茶色玻璃板代替平面鏡可方便地確定像的位置。

學生在選擇器材時，通常不會想到用白紙記錄平面鏡、研究對象、像（找像物體）的位置。因此，在學生成功定位像后，教師提問：這兩張白紙可能是用來做什么的？由于教師在猜想階段已經介紹過用光屏檢驗像的虛實，故學生馬上能反應出來其中一張白紙是用來檢驗平面鏡成像的虛實。另一張白紙呢？教師馬上提醒學生：實驗留痕，這張白紙是用來記錄平面鏡、研究對象以及像（找像物體）的位置的。同時，引出任務二。

任務二：設計實驗表格，確定實驗方案。

實驗數據和實驗現象是結論得出的重要依據。一張合理的實驗數據表能夠體現出實驗目的和思路。學生由猜想討論得到表格中需要記錄的項目：實驗次數、物體到鏡面的距離、像到鏡面的距離、物的大小、像的大小、光屏上是否有像（像的虛實）。

學生一般認為可以通過測量研究對象與找像物體的高度就可以比較像與物的大小，忽略物體寬度、形狀等。教師首先肯定測量是可行的，然后提醒學生：為什么同學們在找5號電池的像的位置時不用7號電池也不用正方體木塊？引導學生理解用“等效替代法”（即若研究對象與找像的物體完全相同，且找像的物體與研究對象的像完全重合，則研究對象的像與研究對象完全相同）也可比較像與物的大小。因此將表格中的項目“物的大小”和“像的大小”改為“B與A的像完全重合/不重合”（如表1）。

實驗次數 物到鏡面的距離/cm 像到鏡面的距離/cm B與A的像完全重合/不重合 光屏上是否有像

任務三：實驗收集證據。（1）在白紙上標記平面鏡、研究對象及其像的位置;（2）比較像與物的大小;（3）觀察光屏上是否有像（像的虛實）;（4）測量像與物到鏡面的距離。

學生在實驗過程中會遇到一些問題，如將非鍍膜的一面作為反射面，致使研究對象成的像不夠清晰，影響找像位置的精確度等。教師在巡視過程中也要提醒學生如實填寫實驗數據，并思考或討論實驗中遇到的問題及其可能的產生原因，在時間允許（約15分鐘）的情況下可再多做幾組實驗。

三、 論證與評估：信息處理，發展分析總結能力

論證即得出結論，要求學生選用合適的方法對收集的信息進行處理，并根據證據對猜想做出合理判斷，解決提出的問題并得出實驗結論。學生實驗過程中，錯誤經常會存在，誤差也是不可避免的。評估階段要求學生在得出結論后，分析實驗中遇到的問題、產生錯誤及誤差的原因等，再通過實驗驗證分析的合理性，最后提出改進實驗的方法。本實驗的證據論證和實驗評估有三個方面。

（一）證據論證平面鏡成像特點

①根據實驗現象“找像物體能夠與研究對象的像完全重合”，得出結論“像與物大小相等（等大）”。②連接像與物所標記的位置，測量并比較數據“物到鏡面的距離”和“像到鏡面的距離”，發現在誤差允許范圍內兩段距離大小大致相等，得出結論“像與物到平面鏡的距離相等（等距）”。③根據實驗現象“光屏上無像”，得出結論“平面鏡成的是虛像”。④“對稱”是物體對某個平面而言，在大小、形狀和排列上具有一一對應關系。學生根據信息“像與物完全相同（大小、形狀）”“等距”“像與物位置的連線與平面鏡垂直”，得出結論“像與物關于平面鏡對稱（對稱）”。

（二）討論實驗信息處理新方法

學生在本學期數學學科中剛學習過軸對稱圖形，知道如何從數學角度判斷兩物體是否關于某對稱軸對稱，也知道如何利用對稱剪出軸對稱的圖形。故教師由問題“若沒有刻度尺，要如何比較像與物到平面鏡的距離？”出發，引導學生從數學、剪紙等角度展開討論，尋找新的比較方法。有學生想到：將記錄實驗痕跡的白紙沿平面鏡所在位置的標記對折，然后用筆尖將研究對象的位置標記點依次戳破，最后打開白紙觀察其像的位置標記點是否也被戳破。若被戳破，則像與物到平面鏡的距離相等;若沒有，則不相等。學生用這種方法嘗試后，大部分能得出結論“等距”。

（三）從“問題”信息評估實驗“問題”

學生在實驗過程中雖然會遇到各種各樣的問題，但對問題本身卻不夠敏感。如果直接提問學生在實驗中遇到什么問題，學生可能一下子無從下手。比如由于平面鏡在擺放時沒有與桌面垂直，導致找像物體無法與像完全重合。盡管如此，很多學生仍會繼續實驗，當兩者差不多已經完全重合，定位出錯直接影響像到平面鏡的距離出錯。因此，在評估時可直接從顯性的“問題”信息切入，讓學生分析“問題”信息（像與物到鏡面的距離不相等）出現的原因，增強分析的目的性，增加分析的廣度。最后實驗驗證對問題的分析是否合理，討論改進方法。

四、 結語

綜上所述，“問題與猜想”是以同一個情境的不同層次進行教學，學生在真實的情境體驗中發展觀察與推理能力。“設計與實驗”是以一系列任務為導向，學生通過“試誤”理解實驗難點并在不斷改進實驗方案的過程中發展實驗設計與操作能力。“論證與評估”是先初步分析實驗收集到的信息并以“證據”+“結論”的方式進行總結，后深入分析“問題”信息產生的原因并對實驗過程進行評估，發展分析與總結能力。教師發展學生物理學科關鍵能力的方法有很多，只要適合自己的學生就是合適的方法。當然，在實際教學過程中，效果與設想可能會有一定的差距，但只要學生的某個關鍵能力能夠有些許發展，相信積少成多，量變終會質變。

參考文獻：

[1]郭玉英，張玉峰，姚建欣.物理學科能力及其表現研究[J].教育學報，2016（4）：57-63.

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