淺談物理課堂中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

程彬

摘? ?要：從2019版《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》修訂精神入手，從物理學(xué)科特點(diǎn)分析，從學(xué)生的思維特征和發(fā)現(xiàn)事物本質(zhì)規(guī)律上總結(jié)，得出了物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性。從自身的教學(xué)特點(diǎn)和當(dāng)?shù)貙W(xué)情角度上，通過(guò)實(shí)踐總結(jié)出了教學(xué)開展的五條方針。并選取代表性的幾個(gè)教學(xué)案例加以說(shuō)明，這幾個(gè)案例中，有的是利用生活中尋常物品進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)探究，有的是采用自制教學(xué)儀器的方式等。最后是對(duì)教學(xué)改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：教改;實(shí)驗(yàn);探究;學(xué)習(xí);引導(dǎo);觀察

2019版《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》修訂的解讀中，強(qiáng)調(diào)對(duì)課程功能、課程結(jié)構(gòu)、課程內(nèi)容、課程實(shí)施、課程評(píng)價(jià)以及課程管理的改革?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中特別指出：“面向全體學(xué)生，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，從生活走向物理，從物理走向社會(huì)，注重學(xué)科滲透，關(guān)心科技發(fā)展，提倡學(xué)習(xí)方式的多樣性，注重科學(xué)探究，注重評(píng)價(jià)改革導(dǎo)向，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展[ 1 ]?！闭n標(biāo)修訂的教學(xué)建議中特別提出了“重視科學(xué)探究式教學(xué)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用，注重落實(shí)三維課程目標(biāo)，加強(qiáng)物理學(xué)與生產(chǎn)、生活的聯(lián)系[ 2 ]?！边@些精神改變課堂中過(guò)于注重知識(shí)傳授的傾向，強(qiáng)調(diào)了形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度，從而獲得基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能的能力，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)并形成正確價(jià)值觀。在深入學(xué)習(xí)了《綱要》精神和《課標(biāo)》理論之后，反復(fù)思考課改下的物理教學(xué)模式，同時(shí)深入了解學(xué)生的素質(zhì)狀況和學(xué)習(xí)能力評(píng)估之后，結(jié)合筆者的教學(xué)特點(diǎn)，對(duì)日常的物理教學(xué)作了相關(guān)的調(diào)整。特別注重了變“被動(dòng)、機(jī)械化”學(xué)習(xí)為“主動(dòng)、靈活、創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)”。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)親歷和不斷地改進(jìn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在物理課堂上，普遍興趣濃厚，學(xué)習(xí)積極性、自主性，以及合作度進(jìn)一步增強(qiáng)。而且學(xué)習(xí)的應(yīng)用能力，學(xué)以致用的理念得以良好地貫徹。

反觀物理學(xué)科的本身，它是一門十分注重實(shí)驗(yàn)的科學(xué)。實(shí)驗(yàn)的功能是搜集證據(jù)的主要途徑。實(shí)驗(yàn)是科學(xué)家根據(jù)研究目的，使用科學(xué)儀器，在有意識(shí)地控制自然過(guò)程中的條件，模擬自然現(xiàn)象，突出主要因素，在特定的條件下去探索客觀規(guī)律，從而認(rèn)識(shí)客觀世界的一種認(rèn)識(shí)方法。實(shí)驗(yàn)方法不僅是科學(xué)研究的重要手段，而且是科學(xué)發(fā)展的直接基礎(chǔ)，推動(dòng)和檢驗(yàn)著自然科學(xué)的發(fā)展。正如諾貝爾物理學(xué)獲獎(jiǎng)?wù)哔M(fèi)曼所說(shuō)：“如果想要發(fā)現(xiàn)什么東西，就去細(xì)致地做一些實(shí)驗(yàn)，這要比冗長(zhǎng)的哲學(xué)爭(zhēng)辯好得多”。整個(gè)物理學(xué)史可以說(shuō)是整部實(shí)驗(yàn)史，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理課堂中一種重要的教學(xué)手段[ 3 ]。

從人的思維特征和發(fā)現(xiàn)事物本質(zhì)規(guī)律上看，針對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)模式，有一位美國(guó)學(xué)者“艾倫.柯林斯”說(shuō)過(guò)：“這是一種費(fèi)時(shí)的教學(xué)，但如果我們的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生能創(chuàng)造性地解決問(wèn)題和發(fā)現(xiàn)理論，那么這是我們所擁有的唯一方法。學(xué)生如想有效掌握知識(shí)以及了解基本的物理思維，還有什么比會(huì)積極參與探究更好呢？”教育家約塞夫. 施瓦布認(rèn)為：科學(xué)應(yīng)該被視為概念的結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)有可能因發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)而被修改，科學(xué)教育應(yīng)通過(guò)探究活動(dòng)學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)。為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，施瓦布建議教師首先著眼于實(shí)驗(yàn)，在知識(shí)傳授之前而不是之后，利用實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)[ 2 ]。

通過(guò)以上三個(gè)方面的學(xué)習(xí)之后，筆者加強(qiáng)了課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，著重把握好以下幾點(diǎn)：

（1）深入學(xué)習(xí)教材和教學(xué)用書，領(lǐng)會(huì)教材，教參精神，夯實(shí)堅(jiān)固的專業(yè)理論知識(shí)，理清整個(gè)章節(jié)的知識(shí)脈絡(luò)。注重章節(jié)之間的知識(shí)銜接。及時(shí)了解當(dāng)今物理學(xué)的前沿科技，提取對(duì)教學(xué)有用的信息。

（2）重視課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)，特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出理論的教學(xué)過(guò)程，注重把握學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，學(xué)習(xí)規(guī)律，有效地設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動(dòng)。

（3）注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的創(chuàng)新，在有可能的情況下，變演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，盡可能發(fā)動(dòng)學(xué)生采用身邊一些簡(jiǎn)單的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)貼近生活。讓高深的物理知識(shí)在日常的生活中得以詮釋，使物理親近于生活，從而讓學(xué)生學(xué)會(huì)日常的觀察，日常的積累，并能很好地貫徹學(xué)以致用的精神，讓物理生活化，趣味化。

（4）加強(qiáng)學(xué)生課余興趣的培養(yǎng)，要求學(xué)生在家中完成“迷你實(shí)驗(yàn)室”的小實(shí)驗(yàn)，或布置預(yù)習(xí)作業(yè)，讓學(xué)生在家中，尋找相關(guān)的較為簡(jiǎn)易安全的實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并作為新課課堂的實(shí)驗(yàn)匯報(bào)。

（5）在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程中問(wèn)題的剖析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的引出。善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程暴露的問(wèn)題，注重總結(jié)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，避免落于“空熱鬧”一場(chǎng)的局面，從而造成實(shí)驗(yàn)無(wú)目的、無(wú)計(jì)劃、無(wú)原則現(xiàn)象。

以下是筆者設(shè)計(jì)的若干節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課，有的是利用生活中尋常物品進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)探究，有的是采用自制教學(xué)儀器的方式等。

1? 利用生活中尋常物品進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)探究示例：液體的壓強(qiáng)探究課程設(shè)計(jì)

（1）學(xué)生準(zhǔn)備

①預(yù)習(xí)課本知識(shí)，找出你最想了解的關(guān)于液體壓強(qiáng)的哪些知識(shí)。

②要求每小組攜帶一枚圖釘，醫(yī)用手套（即薄橡膠手套）、普通的礦泉水瓶

（2）實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備

壓強(qiáng)計(jì)、大燒杯、水、硫酸銅溶液、連通器、鐵架臺(tái)、燒杯支架

（3）課堂設(shè)計(jì)以及效果回顧

①新課引入環(huán)節(jié)

以學(xué)生活動(dòng)作為新課引入的方式。戴上醫(yī)用橡膠手套，再將手套反手脫下，此時(shí)五個(gè)指頭的橡皮會(huì)縮在手套內(nèi)，此時(shí)無(wú)需將縮入的橡皮指頭拉出，將手套的入口張開，用夾子將手套口朝上，固定在鐵架臺(tái)燒杯支架的圓鐵圈上，像一個(gè)張口的袋子，要求學(xué)生先觀察指頭的高低位置后，再用燒杯加水注入到手套內(nèi)，此刻手套的5個(gè)指頭在水的壓力作用下會(huì)分別彈出，而且位置較低的“指頭”會(huì)先彈出。此現(xiàn)象十分有趣，特別是一個(gè)個(gè)的水指頭的彈出，即形象又生動(dòng)，很能反映液體壓強(qiáng)的存在，而且指頭先后彈出亦可說(shuō)明液體壓強(qiáng)與深度有關(guān)，該實(shí)驗(yàn)既方便又形象，讓學(xué)生有過(guò)目不忘的功效。若時(shí)間偏緊，亦可演示，效果也好。

②進(jìn)行液體壓強(qiáng)特點(diǎn)的猜想環(huán)節(jié)

參看圖片和背景資料，猜想液體壓強(qiáng)隨深度的增加而增大，以及與液體密度有關(guān)可能因素之后，要求學(xué)生針對(duì)液體壓強(qiáng)與深度有關(guān)猜測(cè)，采用所攜帶的礦泉水瓶、圖釘，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠證明此猜想的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)環(huán)節(jié)學(xué)生想法是五花八門，有的是將圖釘扔入裝有水的礦泉水瓶中，有的說(shuō)將礦泉水瓶置于圖釘之上，再加入不等深的水之后，觀察瓶底是否扎破，有的學(xué)生是在側(cè)壁扎上眼，但隨意扎，還有的是比較有計(jì)劃的，他會(huì)在礦泉水側(cè)壁的不同深度處分別扎上孔，然后用一膠帶封上，再注入水。對(duì)于學(xué)生的各種方案，正確的肯定，錯(cuò)誤的除了糾正之外，更多的是要鼓勵(lì)，以期調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的取材是廉價(jià)的生活用品，有時(shí)是廢品，這既可以培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)約利用資源，又可起到實(shí)驗(yàn)示范的作用，真是一舉兩得。

③進(jìn)行液體壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)

A.著重介紹新的儀器—壓強(qiáng)計(jì)，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，讓學(xué)生多動(dòng)手親身體驗(yàn)，否則光靠想像則覺(jué)得抽象。通過(guò)學(xué)生用不同的力擠壓金屬盒的橡皮膜觀察發(fā)現(xiàn)U形管兩側(cè)出現(xiàn)高度差，并體驗(yàn)到用力較大時(shí)，U形管兩側(cè)高度差越大，并教會(huì)他們?nèi)绾巫x出高度差。

B.按步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在分析液體密度對(duì)液體壓強(qiáng)的影響的環(huán)節(jié)中，以往的教學(xué)安排的是用水和鹽水進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，本人發(fā)現(xiàn)鹽水的密度與水的密度差別不大，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，我配制的是硫酸銅溶液。這個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)驗(yàn)因?yàn)橐渲屏蛩徙~溶液的緣故，采用個(gè)別小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，主要是采用他們的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。整套實(shí)驗(yàn)完成后，本人會(huì)重點(diǎn)評(píng)述實(shí)驗(yàn)中學(xué)生數(shù)據(jù)之間的一些差異，以及分析其差異產(chǎn)生的原因，以改進(jìn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方法。

C.帕斯卡原理的探究實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

仍用之前所說(shuō)過(guò)的橡皮手套，將它注滿水，開口扎緊，分別邀請(qǐng)幾名學(xué)生通過(guò)握“水手套”的實(shí)驗(yàn)（即雙方都握住手套的一側(cè)，一方用力，另一方感受其握力）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)十分有趣，極好地反映了加在密閉液體上的壓強(qiáng)能夠大小不變地被液體向各個(gè)方向傳遞，使得這個(gè)原本教材中通過(guò)一段文字論述變?yōu)榫唧w的感受，充分使學(xué)生體會(huì)到了液體對(duì)壓強(qiáng)的傳遞。

這節(jié)課的課堂處理上，主要是在課程導(dǎo)入和液體壓強(qiáng)特點(diǎn)以及帕斯卡原理探究上，采用了新的實(shí)驗(yàn)方法和教學(xué)方法之后，明顯增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，課后反映是，這節(jié)課不僅有趣、生動(dòng)、還很有用。在之后的跟蹤評(píng)估中發(fā)現(xiàn)有用此套教學(xué)方法的班級(jí)對(duì)這塊知識(shí)的掌握明顯較之其它未用此套教學(xué)方法的班級(jí)好。

關(guān)于浮力章節(jié)的教學(xué)中，也采用了諸如用吸管和橡皮泥，保鮮膜，自制密度計(jì)，由于增加了保鮮膜的包裹，密度計(jì)的橡皮泥不因泡水而粘滯，有效地延長(zhǎng)了其使用的期限。同時(shí)還指導(dǎo)學(xué)生利用氣球和一次性筷子，自制一個(gè)外面包裹著橡皮的小型的立方體，用于觀察液體內(nèi)部的各個(gè)方向的壓強(qiáng)，并以此來(lái)說(shuō)明浮力的產(chǎn)生是由于上下表面的壓力差。同時(shí)還組織學(xué)生在課余時(shí)間，利用小藥瓶自制小型潛艇。

在聲學(xué)的教學(xué)中，指導(dǎo)學(xué)生利用了吸管和棉簽制成可調(diào)音調(diào)小哨子。利用橡皮筋制作小吉它等。一切材料取自于生活用品，節(jié)能環(huán)保。

再如，凸透鏡成像規(guī)律探究中，很多學(xué)生不能很好體會(huì)什么是凸透鏡，筆者會(huì)要求學(xué)生從家中帶來(lái)一個(gè)圓柱形透明的玻璃杯，課前要求他們先蓄水，先觸摸圓柱形的玻璃杯，感受直徑部分的寬度和側(cè)邊寬度不同，從而觸覺(jué)上體會(huì)什么叫凸透鏡中間厚邊緣薄的，再指導(dǎo)學(xué)生眼睛透過(guò)裝有水的玻璃杯來(lái)觀察豎直放置的一把筆，近處放置，遠(yuǎn)處放置，觀察成像不同。同時(shí)特別強(qiáng)調(diào)將筆豎直放置時(shí)成像為什么不會(huì)上下倒置，但是水平放置時(shí)會(huì)左右顛倒，通過(guò)這兩個(gè)現(xiàn)象強(qiáng)烈比較，發(fā)現(xiàn)不同成像規(guī)律，同時(shí)加深對(duì)凸透鏡的認(rèn)識(shí)深度，從而感受到凸透鏡成像的魅力。通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)生會(huì)對(duì)現(xiàn)象開始進(jìn)行思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生濃厚的探索的愿望，在此之后再安排凸透鏡成像光具座進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣{(diào)用數(shù)據(jù)分析成像規(guī)律。

2? 采用自制學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)儀器的教學(xué)實(shí)況記錄

在長(zhǎng)期進(jìn)行的“光學(xué)”教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)光的反射的實(shí)驗(yàn)很難進(jìn)行，如果是教師演示，又常常需要學(xué)生助手的協(xié)作，但臺(tái)上人一多，對(duì)實(shí)驗(yàn)的可視性造成了干擾。如能讓學(xué)生用實(shí)驗(yàn)器材，幾個(gè)人為一小組實(shí)驗(yàn)，近距離觀察，再通過(guò)作圖、分析，達(dá)到的效果一定會(huì)比教師演示效果好。但目前實(shí)驗(yàn)室中配備的器材是不宜進(jìn)行光的反射的研究的。首先，我校實(shí)驗(yàn)室中通用的是一種叫光學(xué)實(shí)驗(yàn)盒的裝置，此裝置最大的問(wèn)題是，它的光屏是一片較薄的白塑料，不可翻折，無(wú)法有效地分析光的反射三線同平面的知識(shí)。其二是它的表面不宜作圖。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我采用了多種方法，經(jīng)過(guò)大量的器材選用，對(duì)比之后發(fā)現(xiàn)木材作為光屏易形變，且不好長(zhǎng)期保存;鋼材作為光屏除了不易切割之外，而且造價(jià)偏高。最后用厚為4mm左右的毛玻璃，并將它們切割成長(zhǎng)、寬都為30mm的玻璃塊。一個(gè)完整的光屏由兩塊該尺寸的的玻璃塊組成，在其正反面粘上白色塑膜，即可制成一個(gè)可翻折的光屏，再請(qǐng)鋁合金加工店造一邊長(zhǎng)為3cm，高為1cm的直角支架，將光屏的其中一面固定于支架上，底部配一面普通的平面鏡作為反射面。而光源采用的市面上銷售的一種名叫“激光筆”的玩具光源，此光源呈紅光，光線集中，可視性好。輔助上鉛筆、直尺、量角器，就可以進(jìn)行光的反射規(guī)律和光的折射規(guī)律的研究實(shí)驗(yàn)，這套器材解決了學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。以往在光的反射規(guī)律探究中，對(duì)于法線，老師通常是受器材之限，很難說(shuō)清楚，只是介紹入射光線和反射光線的中間且與鏡面垂直的直線為法線。筆者教材中對(duì)于法線的引入都處理得比較含糊，實(shí)際法線何其重要，它的引入能有效展示了入射光線和反射光線共同所在的平面。通過(guò)學(xué)生的動(dòng)手操作，從練習(xí)承接入射光線開始到如何尋找到反射光線開始認(rèn)識(shí)起，通過(guò)調(diào)整光屏與反射面兩個(gè)面之間的位置，發(fā)現(xiàn)要在光屏上同時(shí)呈現(xiàn)入射光線和反射光線，此光屏就必須與反射面垂直，從而法線就容易確定出來(lái)了。以往此課的教學(xué)，課堂沉悶，枯燥，臺(tái)上老師為了學(xué)生較直觀看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，真是急得滿頭大汗，而臺(tái)下學(xué)生由于無(wú)法參與，他們倒是一幅漠然的姿態(tài)，最后造成學(xué)生的機(jī)械式地記憶，缺乏一個(gè)良好的認(rèn)知過(guò)程。這樣處理之后，學(xué)生和老師互動(dòng)，而且發(fā)現(xiàn)有些后進(jìn)生注意力有效得以集中，還發(fā)表了不少精妙的看法。使整個(gè)班級(jí)學(xué)習(xí)氛圍能有很大的提升。

以上是筆者教學(xué)過(guò)程中的一部分教學(xué)儀器的改進(jìn)和課堂實(shí)驗(yàn)方式的改進(jìn)實(shí)例，這些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)仍有待改進(jìn)。在連續(xù)幾年的實(shí)驗(yàn)教改的實(shí)踐中，以往學(xué)生“知識(shí)等老師教，思路由老師引，方法仿老師做”的依賴性的被動(dòng)學(xué)習(xí)的習(xí)慣有了很大的改變，在目前的學(xué)習(xí)探究中，有了競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)，有了主人翁的學(xué)習(xí)態(tài)度。但筆者并不贊成一種看法是：節(jié)節(jié)都是實(shí)驗(yàn)探究課，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都由學(xué)生自主探究得出。因?yàn)椋锢韺W(xué)所包涵的知識(shí)面之廣，是無(wú)法細(xì)細(xì)陳述的。教學(xué)中主要是教會(huì)學(xué)生一種思維的方式，如果兩種知識(shí)的教學(xué)過(guò)程中，所牽涉的物理思維和方法是類似的時(shí)候，主要是選擇比較有代表性一個(gè)知識(shí)點(diǎn)作為重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)探究，其它則無(wú)需過(guò)多地采用類似的探究手段，否則必會(huì)造成教學(xué)時(shí)間的緊迫性。有時(shí)教師在設(shè)計(jì)一節(jié)探究課時(shí)，因投入大量的先期準(zhǔn)備工作，反而忽視了其它的教學(xué)環(huán)節(jié)，如學(xué)情的變化。造成了拘泥于事先的教學(xué)模式，從而使課堂陷入了形而上學(xué)的怪圈。故如何把握這個(gè)度是需要思考的和繼續(xù)探索的。今后將沿著探索之路，不斷深化教改精神，努力營(yíng)造良好的教學(xué)氛圍，為物理的教育工作盡微薄之力。

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