初中物理實驗創新的形式與內涵探究

吳建兵

實驗創新正日益成為當前初中物理教學的一個重要研究熱點，一個重要的原因就是在以生為本的教育背景之下，在面對核心素養培育需要的背景下，物理教學已經不能再滿足于純粹的知識講授，不能再滿足于應試教育的需要。實際上，實驗創新并不是今天才提出來的，可以說從物理成為一門學科開始，實驗創新就伴隨著物理教學而不斷發展。只是在不同的背景下，實驗創新也有著不同的含義，傳統的實驗創新包括多個領域，包括實驗教學理念的創新，實驗技術的創新，實驗評價的創新等，在諸多創新中，又以實驗技術創新最被教師所關注，因為實驗技術的創新往往能夠讓教師耳目一新，也能夠吸引學生的注意力。但是，如果太多的追求實驗技術的創新而忽視了實驗創新的內涵，那實驗創新就很容易流于形式，更大的風險則在于忽視了學生建構知識的需要。因而筆者以為，初中物理實驗創新，更多的要關注形式與內涵的共同創新，下面從三個方面加以闡述。

一、初中物理實驗創新的目的與現狀

初中物理實驗創新，容易陷入目的與過程糾纏的狀態，很多時候容易為了形式創新而忽視了實驗創新的目的。因此實驗創新要思考的第一個問題就是：對于初中物理教學而言，實驗創新的目的是什么？不妨來看一個實驗創新的例子：

在“大氣壓強”的教學中，通常會設計這樣的一些實驗：用小吸盤做的“馬德堡半球實驗”，生活中的小吸盤掛鉤實驗，用吸管吸飲料的實驗，覆杯實驗，瓶子吞雞蛋實驗等。通常情況下，這些實驗都是由教師向學生演示的。后來的一些改進措施則是將演示實驗變成學生實驗，由于這樣的實驗與傳統的學生實驗的測量、測定不同，其更多的是讓學生通過親自動手，來獲得一種體驗過程，從而建立起對實驗現象的感性認識。這實際上也是一種“創新”思路，對應著實驗組織形式的創新。

這是近年來尤其是課程改革以來最常見的實驗創新形式，其目的是什么？筆者以為不是為了創新本身，而是為了激活與釋放學生在物理學習過程中的主體作用，讓學生能夠在實驗（體驗）的過程中，更自主地觀察實驗現象、得出并理解實驗結論。需要注意的是，如果忽視了這個目的，那創新就會變味。例如有教師搜集了能夠證實大氣存在壓強的許多實驗，然后在實驗室準備了許多器材，讓學生逐個去完成這些實驗。這樣的課堂看起來熱熱鬧鬧，但是學生的思維加工效率其實非常低，因為太多的實驗必然讓學生的思維走向重復，而重復必然降低效率。坦率地講，這正是當前許多實驗創新的現狀。

筆者以為，實驗創新首先要關注創新的目的，而實驗創新的目的，應當是為了激發學生的學習動力與興趣，讓學生高效加工實驗過程與現象進而得出實驗結論。明確了目的之后，還要關注實驗創新的過程，從過程的角度來看，實驗的創新主要應突出實驗的過程教學，因為過程教學是物理現象和實驗結論之間的紐帶，只有搞清楚了過程，才有得出正確結論的基礎。

總的來說，實驗創新需要不忘“初心”——實驗創新的目的是為了讓實驗以更新穎的形式、更簡潔的過程吸引學生，不辱“使命”——實驗創新促進學生的知識建構與運用。只有這樣才能讓實驗創新發揮真正作用。

二、技術創新是物理實驗創新的必然

其實，對于初中生的物理學習而言，實驗創新很大程度上體現為形式創新。因為初中物理知識的描述是相對固定的，而如何理解這些知識，需要的是實驗的支撐。因此除了實驗組織形式的創新之外，實驗技術的創新也不可忽視。研究表明，以“做中學”和“學中做”理念，運用通用技術課程的理念、方法、技能，進行物理實驗教具（或實驗裝置）技術的創新，是培養學生創新精神和實踐能力、提高學生技術素養的一種有效途徑。

例如，在“探究聲音的傳播條件”這一實驗中，“玻璃鐘罩”實驗是最為經典的實驗之一。眾所周知，這個實驗的思想是實驗基礎上運用邏輯推理，得出“真空不能傳聲”的結論的，而之所以要運用邏輯推理，一個重要原因就是玻璃鐘罩內的空氣無法真正全部抽完，因而得不到真正的真空;同時，另外一個原因就是鐘罩內的聲源置于底座之上，其必然會導致聲音通過鐘罩向外傳播。

分析可知，憑初中物理實驗的條件，沒有真正能夠抽空玻璃鐘罩內空氣的裝置（實際上真空度與真正的真空相差還是比較大的），但如果能夠采取創新的思路，將玻璃鐘罩底部傳聲這個因素消除掉，那在運用實驗基礎上進行邏輯推理的方法時，學生將會更加有興趣。那么，如何使得聲源與底座之間隔開呢？梳理相關創新手段，可以發現這樣的一些思路：

創新思路一：用隔音棉墊在聲源下面，阻隔聲音從此處傳播的路徑。

創新思路二：用棉線及膠帶，將聲源懸掛在鐘罩內，這樣與鐘罩接觸的只有一根棉線，雖然理論上仍然有傳聲的效果，但影響已經非常小了。

創新思路三：用“磁懸浮”的方法，在底座與聲源之上，分別安裝磁懸浮裝置（不是簡單的兩塊磁鐵，網上可郵購一些磁懸浮的工藝品），從而實現聲源與底座之間的完全隔離。

相比較而言，創新思路三能夠讓學生的觀感比較直接，學生的思維可以不再受聲源與底座接觸而產生的干擾，這樣在實驗現象的基礎上進行推理的時候，思路會更加清晰，學生對自己的推理結果也更加相信。由此判斷，從實驗技術創新的角度來看創新思路三，該思路的最大特點，不只在于“磁懸浮”技術的應用，而在于簡化學生的思維，讓學生的邏輯推理的基礎更純粹。類似于此的，還有這樣的一個實驗創新案例：

在“探究動能的大小與哪些因素有關”實驗中，用控制變量法設計實驗是一個重點。在教學中通常教師會讓學生去設計實驗，以體現學生學習的自主性。在控制質量不變而改變速度的時候，常規的思路是用同一個物體A從不同高度滑下來去撞擊物體B，然后看B在同樣的水平面上運動的距離，來判斷A物體動能的大小。筆者在讓學生設計實驗的時候，學生剛開始的思路比較亂，后來通過引導，學生發現設計實驗的過程，實際上就可以理解為在傳統基礎上進行實驗創新的過程，只要抓住本實驗的實質——控制m或v不變，去改變v或m，如果所用的更為巧妙，那控制變量、改變變量就會比較新穎，這實際上就是創新的關鍵。

實際上有一個學生的設計就比較巧妙：在桌面上準備兩個玻璃彈球，然后準備一把直尺。當用尺“平動”著將兩個質量不同的彈球推出去時，就可以研究動能大小與質量的關系;而如果用尺“轉動”著將兩個質量的彈球推出去時，就可以研究動能大小與速度的關系。在這樣的實驗創新中，沒有新穎的器材，沒有眩目的操作，一個簡單的平動保證了速度相同，一個簡單的轉動保證了速度不同，這樣的控制變量對于學生的理解而言，沒有任何的難度，這顯然有助于學生的思維高效加工實驗現象，從而認識到動能大小與哪些因素有關。尤其值得贊賞的是，這樣的思路來自于學生，也就是說這樣的一個實驗實際上學生實驗創新的成果，這顯然是意義非凡的。

三、物理實驗創新必須關注實驗內涵

其實在上面的案例分析中，已經明確了一個觀點，那就是初中物理實驗創新，在追求實驗技術又或者是實驗形式創新的時候，是不能忽視實驗內涵的。如果說實驗技術的創新更多的是保證實驗有創新的形式，能夠更好地吸引學生的注意力之外，那對實驗內涵的關注，則是實驗創新的源泉。

例如，在上面的實驗創新案例中，無論是“探究聲音傳播的條件”，還是“探究動能大小與哪些因素有關”，都緊扣了“聲音傳播過程中的介質”與“控制影響動能大小的質量與速度因素”兩個本質，而只要扣住了本質，那在尋找更好的實驗技術的時候，也就不會偏離實驗的方向，這樣的創新過程無論是對于教師而言，還是對于學生而言，都是對創新實驗內涵的一種理解。

其實，在初中物理實驗中，好多實驗都可以通過實驗內涵分析的方法，抓住實驗內涵，再改變實驗形式，從而就可以實現實驗的創新。對于初中物理而言，這可能是最為有效的實驗創新思路了。

此外，實驗的內涵還在于“做”，在中學物理實驗教學過程中，應確定以實驗為基礎，用實驗來激發學生的實驗興趣，發揮學生參與教學的主動性和積極性，培養學生操作實驗、設計實驗的實踐能力和創造能力。做是一種動手動腦的綜合性體驗過程，在體驗的過程中，學生的思維會被激活，學生的思維會圍繞實驗現象而進行精細加工，于是實驗現象與實驗結論之間，就可以得到一個較好的匹配，這顯然是有利于學生建構物理知識的。

當然，好的實驗創新應當是技術創新與內涵堅守的結合，技術創新支撐下的物理創新實驗，堅守著實驗的內涵不變，這實際上就形成了一種變式教學的思路，在此基礎上，物理實驗創新還要立足于做、著重于思、著眼于疑、著力于放，從其實踐性、啟發性、探索性、自主性等方面促進學生手腦的有機結合，這樣實驗創新就能夠較好地融入到學科教學中去，所創新的實驗也就能夠與日常的教學結合在一起，從而就能夠起到創新實驗促進物理教學創新的作用。

總之，初中物理實驗需要創新，物理教師建立創新實驗的思想，通過創新實驗推動創新教學，從而實現學生的高效學習與教師的專業成長。在核心素養的視角下，這可能是初中物理教學的可持續發展的途徑。

基金項目：江蘇省江陰市教育科研專項資金項目——指向“學科素養”培育的物理課堂轉型（JY2019C02）階段性成果之一