學生自主創新實驗在初中物理復習課中的巧妙應用

劉燕妮　湯金波

摘 要：“學生自主創新實驗”融入初中物理復習課堂，能重燃學生學習興趣.本文以“聲音的復習”為例，結合團隊小組合作學習，針對學生認知的關鍵環節，引導學生深度學習，培養學生的批判性思維、創造性思維以及解決問題的能力.通過教師合理的教學設計，使學生構建有機的知識網絡體系，以更好地實現知識的遷移，為以后的發明創造奠定基礎.

關鍵詞：學生自主創新實驗;物理復習課;小組合作;思維

文章編號：1008-4134（2020）12-0043中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

2019年《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》提出實驗教學是國家課程方案和課程標準規定的重要教學內容，是培養創新人才的重要途徑.文件要求，注重實效，強化學生的實踐操作、情景體驗、探索求知、親身感悟和創新創造，著力提升學生的觀察能力、動手實踐能力、創造性思維能力以及團隊合作能力，培育學生的興趣愛好、創新精神、核心素養和意志品質.

在實驗教學過程中，學生自主創新實驗是學生在生活中自己動手的實踐活動，具有創新性，它不僅凸顯了物理學始終以實驗為基礎的課程特征，而且拓展了學生核心素養培育的教學路徑.目前針對初中物理課堂來講，尤其是復習課，教師主要是以梳理知識和題目為主，因為學生都學過，所以很多學生會覺得復習課枯燥乏味，起不到良好的效果，如果將“學生自主創新實驗”融入初中物理復習課堂之中，將創設豐富的新情景問題，有效地刺激學生的大腦，使學生重燃學習的興趣，結合團隊小組合作學習，針對學生認知的關鍵環節，引導學生深度學習，利于培養學生的批判性思維、創造性思維以及解決問題的能力，通過教師合理的教學設計，使學生構建有機的知識網絡體系，以更好地實現知識的遷移，這些都為培養學生創新思維奠定了基礎.

1 “學生自主創新實驗”融入復習課，能大大激發學生的學習興趣，使學生積極參與到課堂中來

學生自主創新實驗，是指學生充分利用生活中的各種資源進行開放性的實踐活動， 一方面，與課本上的素材不同，學生的實驗比較新穎，更能有效刺激學生的大腦，引發學生的學習興趣，提高學生的注意力.另一方面，在自主創新實驗的過程中，常常伴隨有學生的新發現，更能激發學生去思考.此外，實驗中的主體就是自己的同學，有親切感，所以學生有更強烈的意愿參與到交流討論中來，這些都在復習的過程中強烈地激發了學生的學習興趣，充分調動學生參與課堂的積極性.

案例1 吹吸管的實驗 ，如圖1所示.在動手實踐中，學生充分體驗了是如何吹響吸管的，并感受到了音調的變化，在課堂分享的過程中，也能激發大家思考這些吸管發聲的根本原因是什么，相對于單純梳理知識點的講授式的課堂，這樣的課堂更能激發學生的學習興趣與參與的積極性.

2 “學生自主創新實驗”融入復習課，利于培養學生的批判性思維、創造性思維以及解決問題的能力

2.1 在教學過程中引導學生深度學習，注重培養學生的思維和解決問題的能力

教師可以根據要復習的內容先布置不同的實驗，同學們以小組為單位，每個同學可根據自己興趣、能力等選擇合適的實驗，并通過“設計實驗方案——小組討論改進方案——個人實踐”的過程，讓不同基礎的同學都能參與到每個實驗之中，大家集思廣益，既能給他人提供意見，又能完善自己的實驗，最后每個實驗由學生自己選材、設計、動手完成，并配有實驗的解說，同時錄制好視頻與大家分享，鑒于實驗的取材、時間等方面的因素，實驗讓同學們在家中完成，最后，教師可以針對學生的認知沖突，選出一部分有代表性的視頻，在課堂上播放，通過問題的設置引導學生思考，可以通過團隊合作方式進行學習，學生在這種主動學習的過程中，進行的是高層次的思考，雖然也會存在著錯誤或不足，但卻能刺激學生在尋找正確答案的過程中對其進行深度處理，這些活動都促使真正學習發生，使學生進行深度學習.

此外，學生自主創新實驗，是一種不設限的學習，具有創新性，為復習課創造了很多全新的情景，這就要求學生在這樣新的環境中來解決問題，然而學生常常會遇到挫折和失敗，這說明了需要加倍努力或者解放思想、嘗試不同的辦法，發散思維，在這個過程中，教師可以適度引導，學生不斷地鉆研試錯，就會學到更復雜的知識，了解到更多關聯的事物，更利于批判性思維和創造性思維的培養，利于學生解決問題能力的提高，同時借助失敗和挫折培養學生堅持不懈和堅韌不拔的品質，不能就此終止學習，這也為學生創新創造能力的發展提供了更多的機會.

2.2 教學案例

案例2 這位同學制作了一個“聲音是由物體的振動產生的”視頻，如圖2所示，將保鮮膜包在瓶口處，將手機放在保鮮膜上并播放歌曲，學生通過保鮮膜上的小紙片在跳動的現象來說明實驗結論.

【教學片段】

師：通過視頻大家發現了什么？為什么會有這樣的現象？你們有什么不同的意見？

（小組討論……）

生：小紙片在跳動，原因是：聲音是從手機內部經過空氣、手機本身傳播到了薄膜上，引起薄膜的振動，然后使小紙片跳動.

師：你有哪些不同的結論嗎？

生：聲音是通過介質傳播的.

師：你這里的介質指的是什么？

生：這里介質就是手機以及內部空氣、薄膜.

師：聲音可以通過介質傳播是要觀察“從聲源處到人耳處”這一過程，那你能通過小紙片的跳動得出剛才的結論嗎？

生：不能，人耳聽到的聲音主要是通過空氣傳過來的.

師：那你再想一想跳動起來的小紙屑具有什么呢？

生：能量.

師：思考整個過程，這個實驗能說明什么呢？

生：聲音可以傳遞能量.

設計意圖：通常情況下，很多同學會認為視頻中的結論是沒有問題的，類似敲打鼓面時乒乓球會跳動，但是，僅僅簡單地把敲擊鼓面換成了“手機音樂”，就出現了細微的差別，

此時，聲源不再是薄膜，而是手機內部的發聲體，聲音是從發聲體經手機及內部的空氣傳播到薄膜后再引起小紙屑跳動，

這就要求學生在新的情景之下能夠細致地觀察和深入分析比較，辨別出其中細微的差別，進行批判性思考，持有不同觀點的學生可以自由表達自己的看法，通過思維的碰撞，更好地提高學生在實際的情景中分析問題的能力，對實驗進行細致觀察和深度的理解，促進學生思維水平的發展.

案例3 有學生想做“真空不能傳聲”的實驗，如何獲得真空對學生來說有一定的難度，此時，通過小組討論，進行頭腦風暴，大家可以想到一些方法，比如用嘴直接抽氣，拔火罐的方法，將蠟燭放在容器里燃燒等，雖然這些想法中仍然存在著諸多問題，但是同學們不設限的思考，使他們的思維被充分地調動起來，有些問題學生可以通過自己的討論解決，還有些問題，需要在教師的引導下再來解決，以一個同學的實驗為例，這位同學初次實驗，是將手機放在塑料袋內，用嘴把氣體吸了出來，如圖3所示，當塑料袋變癟之后，聽手機音樂的聲音是否變小.此實驗的問題是只想到把里面的空氣抽出來，而忽略了其他因素.在這里可以通過一系列的問題引導學生思考.

【教學片段】

師： 你做的實驗現象明顯嗎？造成這種結果的原因是什么？

生：不是很明顯，一個是雖然空氣被抽走了，但是因為塑料袋貼在手機上，還可以通過固體傳聲，此外聲源有些不穩定，影響實驗結果.

師：那你覺得可以如何改進實驗呢？

生：找一個比較穩定的聲源，找一個盒子，把手機放在盒子內.

師：用嘴抽氣似乎太費力了，可不可以借助于工具呢？

生：我看到過有用一個袋子和抽氣的裝置進行抽氣的.

師：你說的就是真空袋，可以用專門的抽氣筒進行抽氣.此外，你說找個穩定的聲源，如何說明聲源的穩定性呢？

生：旁邊用分貝儀檢測.

師：好的，那我們課后先找到這些器材再來做一下實驗吧，看看還會遇到什么問題？

給學生足夠的思考空間和實驗時間，首先學生準備好了器材，帶抽氣筒的真空袋、盒子、聲源，在選擇器材上，學生通過幾次嘗試，發現要選擇不易變形的盒子，并發現僅是一面敞口的盒子的實驗效果并不理想，接著思考，為了便于抽出盒子內空氣，又嘗試將盒子鉆孔或選擇周圍帶孔隙的盒子，考慮到這些問題，最后學生做出了如下的實驗.

實驗器材：選用網狀的筆筒、藍牙音箱、帶抽氣筒的真空袋.

實驗過程：將網狀筆筒倒扣在藍牙音箱上，通過手機播放響度變化不大的音樂，如圖4所示，并將其放置在真空袋中且密封好，不斷地往外抽氣，在這個過程中，很明顯地聽到聲音變小了.

實驗結論：推理得出真空不能傳聲.

實驗展示：將成果在課堂上展示，并分享整個實驗的思路.

設計意圖：此實驗具有一定的難度，從學生自由討論開始，通過教師的啟發，再到自己的思考，最終成功地完成了這個實驗，在整個過程中，學生學會了在實踐中去觀察和思考，收獲的不僅僅是實驗成果，更體驗了完成這個實驗所需要的一系列的思維方式和創新精神，培養了創造性思維和堅持不懈的科學品質，提高了解決問題的能力.

3 “學生自主創新實驗”融入復習課，更利于學生構建有機的知識網絡，實現知識的遷移

從美國彼得·C·布朗等所著的《認知天性》中我們了解到在不同的時機、不同的環境下多次進行檢索（回憶舊知識）練習，期間穿插不同的學習資料，這樣做有助于給這些資料建立新的聯系，這個過程建立了彼此關聯的知識網絡，從而強化了對自己所學內容的精通程度.此外，這個過程還可以增加檢索線索的數量，讓它們能夠充分地適用各種場合.雖然有間隔、穿插多樣化的學習會給學生帶來一定的困難，但克服困難需要一套心理活動，而這種心理活動在學以致用的時候就會發揮作用，在面對新情景新挑戰時，會提高學習遷移的能力，從而更好地實現知識的遷移.

“學生自主創新實驗”從一開始的方案設計及討論到回家完成實驗再到課堂學習，采用的是有間隔、多樣化的學習，學生在不同時間和環境下進行實踐，積極聯系身邊不同的事物，不斷加強已知和新知的聯系，深化用于檢索需要的記憶線索和路徑，形成關聯的知識網絡，使學習的效果更為持久.此外，將“學生自主創新實驗”運用到課堂中，為課堂提供豐富多樣的素材，通過合理的教學設計，有助于學生構建更完善的知識網絡體系，學生在豐富的情景中，在解決問題的過程中，不斷運用所學的知識、思考解決問題的方法，進而加深對知識的理解，構建有機的知識體系，從而提升學生知識遷移的能力.傳統教學中迅速串講知識內容的教學方法難以滿足遷移的要求，而且忽視了學生的學習興趣，因而無法培養學生鉆研學習內容、廣泛地聯系學習內容所必需的敏感性和普遍性，因此也就較難產生遷移.

案例4 聲音的復習課上，教師可以圍繞“振動”來展開，從聲音的產生和傳播，到樂音的三個特性“響度、音色、音調”，以及聲音的分類應用等，通過課堂上呈現學生的作品（圖片或視頻），使大腦在新情景下得到更有效的刺激，這樣便給學生提供更多的機會去觀察、分析、理解，在教師的引導下，讓學生自己糾錯以及找出實驗的閃光點，學生們相互評論，并對這些圖片和視頻進行歸類總結，理清知識間的前因后果關系以及知識間的聯系與區別，也可以畫出思維導圖，整合零散的知識，重溫科學方法，構建更為完善的知識體系，從而更利于實現知識的遷移.例如下面的實驗.

實驗1：在研究響度與距離的關系時，學生能夠利用分貝儀進行響度測量，也有學生能夠選擇響度相對穩定的聲源如鬧鈴、節拍器等，而大部分學生主要問題是隨意選擇手機音樂，沒有控制聲源的響度相同，測量結果不夠精準，還有的同學只測了兩組實驗數據就得出了實驗結論.忽略了結論的普遍性問題.

實驗2：在研究音調與發聲體的長短、粗細、松緊的關系中，同學們的實驗視頻素材很多，有的用吉他、古箏、笛子等樂器，甚至使用自制的樂器進行解說，也有的同學選擇裝水的杯子或瓶子等，但在通過彈古箏、吉他等樂器研究音調與琴弦粗細的關系時，不少同學只是撥動不同粗細的琴弦而沒有考慮到長度是否一致，還有的同學在敲擊水杯時選用了不同的杯子等等問題，把這些例子通過課堂上的呈現，讓學生通過觀察找到問題，并指出改進的方法，學生通過不同情景下的實驗反復領會了控制變量法的應用和科學實驗的基本要求，經歷了實驗規律得出的過程，加深了對問題的理解.通過整合大家的實驗，讓學生分類總結歸納出知識點和科學方法，并在課后改進實驗，這種復習的效果是單純回顧知識點或陳舊案例以及大量做題的課堂所達不到的.

最后，可以給學生時間分享自制的樂器，如圖5所示，談談制作過程、遇到的困難以及解決的方法，也可以讓學生就自己所學的知識向大家提出一個問題，學生在運用知識的同時再次深化了對知識的理解，第一幅圖是學生通過選擇合適的杯子并調節水量調出了較準的音調，第二幅圖是同學用吸管做了類似嗩吶的樂器，最后一幅圖是一位同學通過紙盒兩邊的卡槽來調整橡皮筋的松緊調出較準的音調，并為大家演奏了一曲“一閃一閃亮晶晶”.這些作品是學生創造性思維的體現，同時學生也從實踐中獲得了樂趣并提高了動手能力，為以后的發明創造奠定了基礎.

綜上所述，“學生自主創新實驗”是個性化學習，也是生成性學習.它能創設豐富的情景，給復習課注入新的活力，激發學生的學習興趣，讓學生更加主動地去思考問題、解決問題，促進學生的深度學習，利于批判性思維和創造性思維的培養，提高學生解決問題的能力，利于學生構建有機的知識網絡體系，實現知識的遷移，這些都為以后的發明創造奠定了基礎.

參考文獻：

[1]湯金波，黃網官.學生自主創新實驗是未來物理教學的最優途徑[J].實驗教學與儀器，2018，35（06）：3-6.

[2]錢永昌. 走向“素養本位”的初中物理復習課教學探索——以“密度的測定”“電學實驗復習”為例[J]. 物理教學探討，2018，36（11）：72-74.

[3]梅立芳.培養學生物理核心素養的實驗創新設計——以“探究杠桿的平衡條件”為例[J].中學物理，2020，38（08）：48-50.

[4]王太軍.指向核心素養的生活化創新物理實驗研究[J].物理教師，2020，41（03）：32-36.

[5]殳峰華.小組合作法在物理課堂中的應用[J].數理化解題研究，2020（03）：43-44.

（收稿日期：2020-03-02）