核心素養導向下初中物理演示實驗改進案例探究

摘 要：在初中物理實驗教學中，演示實驗能吸引學生的注意力，也能幫助學生加深對物理概念和實驗規律的理解和掌握，能化抽象知識點為具體，化枯燥為生動，把研究的物理現象清楚地展示在學生面前，能引導學生觀察，并讓學生進行思考。一線教師應深入研究演示實驗，通過改進演示實驗，提高演示實驗可視性和情境性，培養學生的核心素養。

關鍵詞：核心素養;初中物理;演示實驗

目前，物理演示實驗課堂教學效率偏低，一方面，現用教材中演示實驗內容與現有的演示實驗器材不配套，另一方面，演示實驗設備落后跟不上演示實驗教學，實驗裝置在設計上存在缺陷影響到實驗的效果，不能滿足物理演示實驗教學的要求，教師忽略了學生觀察能力的培養，導致學生動手能力、觀察能力、實踐能力和創新能力較差，科學思維和實驗探究能力得不到有效的培養。

隨著教育部發布關于加強和改進中小學實驗教學的意見實施，一線教師的物理教師越來越重視演示實驗教學。筆者立足教學實情探索符合發展學生核心素養的物理演示實驗，從物理演示實驗改進入手，深度研究演示實驗的改進，將傳統演示實驗教學與現代新興科技進行有機結合，切實增強演示實驗的趣味性和吸引力，鼓勵師生自制演示實驗教具和做課外實驗，讓師生在實驗改進研究中深刻領會物理實驗的本質，引導學生經歷概念建構或探索規律的完整過程，促進學生相應能力的發展，讓學生在演示實驗改進過程中認識物理實驗的價值及其與生活、社會、科技的聯系，逐漸使學生成為創新型、復合型人才，使學生養成終身發展所需的必備品格與關鍵能力。

一、 改進物理演示實驗，轉變學生物理觀念

物理演示實驗是為了展示物理觀念，揭示物理過程的發生，引導學生進行觀察、思考、并配合教學內容而由教師操作示范的實驗，它是物理教學中最富有活力的部分。通過演示實驗的改進，可以簡單生動地把抽象復雜的物理概念、規律生動直觀地展示在學生面前，幫助學生在物理觀念和物理知識之間建立聯系，使學生理解運動與相互作用、能量等的基本認識;使物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華;從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題。有效落實“物理觀念”的培養。

案例1：電磁感應現象

1. 原型實驗：把條形磁體插入（撥出）螺線管，觀察靈敏電表計的指針變化。

缺點：這個演示實驗不夠新穎，不能給學生眼前一亮的感覺。

2. 改進演示實驗

（1）實驗器材：兩個線圈、兩條彈簧、兩根條形磁體、兩個帶鉤貼、兩個支架、紅藍導線各一根、兩個透明玻璃瓶。

（2）組裝器材：用兩根導線連接兩個線圈形成并聯，把兩個線圈放在玻璃瓶上，在兩個支架上分別掛兩條彈簧，分別在兩條磁體相反的磁極兩端上貼穩兩個鉤。

（3）實驗過程：在兩個彈簧掛兩條條形磁體，使磁極相反，先用手把左側的條形拉入線圈中，然后放手，上方彈簧把左側條形磁體拉上，在重力和彈力作用下，左側條形磁體在線圈中上下切割磁感線，同時閉合線圈中產生電流，右側線圈也有電流，使線圈產生磁場，磁場與條形磁體相互排斥作用，使條形磁體往上運動，在重力和彈力作用下，右側條形磁體在線圈中上下切割磁感線，使線圈產生電流，左側線圈也有電流，線圈產生磁磁極，磁極與條形磁體相互排斥，在重復性的能量轉化，重復進行電磁感應和電流磁應。對此演示實驗進行改進后，演示效果更直觀形象，同時實驗裝置更簡單方便，學生對此演示實驗很感興趣，調動了學生觀察實驗的積極性，激發了學生對實驗的好奇心，培養了學生的物理觀念。

二、 改進演示實驗，培養學生的科學思維

教師本著演示實驗操作簡單化、實驗材料生活化、實驗制作低成本化等原則加以改進，切實增強了演示實驗的趣味性和吸引力，開闊了學生的視野，提高了學生的觀察能力和理解能力。引導學生創新設計演示實驗方案，充分發揮了學生自己的主觀能動性，并讓每個學生能參與演示實驗改進過程，培養學生的動手能力，培養學生對物理知識和原理的表述能力，培養學生的創新意識、創新精神和創新能力，潛移默化中培養了學生的科學思維。

案例2：液體壓強與深度的關系

1. 原型實驗：在同一瓶中鉆三個孔，a孔在上，b孔在下，c孔最下，裝滿水后，觀察哪個孔噴的水最遠，液體壓強與深度的關的演示實驗，部分教師采用一個大礦泉水瓶子鉆三個不同高度的孔，把水倒入瓶子里，觀察水三個孔子射出水的遠近，通過射出水的遠近來說明壓強的大小與液體珠深度有關。

缺點：三個孔同時流出水，學生不能快速地觀察到實驗的現象，水就流完了，同時學生出現混亂，不容易使學生分析出錯誤的原因。

2. 改進實驗

（1）實驗器材：一支大功率綠光激光筆、兩個透明礦泉水瓶、一根透明管、一個鐵架臺支架、一把一米刻度尺。

（2）器材組裝：將兩個透明礦泉水瓶口用膠水粘住來增加水的深度，在礦泉水瓶下方鉆一個孔，將一根透明管插入瓶孔，并用熱熔膠密封好，用試管夾夾穩激光筆，在透明管口豎直下方放一把一米刻度尺。

（3）實驗過程：把礦泉水瓶子放在講臺上，調整激光筆，使光束從礦泉水瓶一側穿過透明管中心，快速裝滿水，此時可以清晰地看到一束綠光從另一側射入水中進入白色的觀察到水流出管的水是綠色，光在水中形成的不斷反射，隨著水深度減少，瓶子里射出這條綠水慢慢變短，可以從一米刻度尺中可以看到示數，讓生觀察的瓶子里射出綠水也變慢慢變近的原因是水的深度減小。

三、 改進物理演示實驗，提高學生科學探究能力

演示實驗教學改進是國家課程方案和課程標準規定的重要內容，也是落實立德樹人根本任務、提高學生綜合素質的重要途徑，演示實驗的改進需要師生進行前期的精心設計、協同合作、反復試驗、改進更新，這樣可極大地提高師生的動手能力、思維能力、自主探究能力及創新能力，使師生的許多奇思妙想在演示實驗的改進與自制創新演示實驗中得以產生和實現，從有效地培養學生的科學探究能力。

案例3：光在同種均勻介質和不均勻介質路徑

1. 原型演示實驗：在長方形玻璃缸中裝滿水，部分老師會選擇在玻璃缸一側放入濃鹽水，然后，大功率激光筆從側面射入水中，觀察發光在液體中的傳播路徑。

缺點：由于濃鹽水很快會往下沉，擴散速度很快，學生沒有辦法觀察到實驗過程，導致演示實驗效果較差。

2. 改進演示實驗

（1）實驗器材：一支大功率綠光激光筆、長方形玻璃缸、調制好的硫代硫酸鈉溶液、一個漏斗、一根膠管。

（2）器材組裝：將長方形玻璃缸放在講臺上，在玻璃缸中裝滿水，用膠管套漏斗。

（3）實驗過程：在玻璃缸右側放入帶膠管的漏斗，使膠管端口接近玻璃缸底部，往漏斗中倒入調制好的硫代硫酸鈉溶液，慢慢抽出漏斗，過30秒鐘后，等到硫代硫酸鈉溶液小局部的擴散后，用激光筆從左側上方開始慢慢往下移動，射入液體中，觀察到光在上半部分液體中沿直線傳播，繼續往下移動激光筆照射液體中時，會清晰地觀察到光束發生了彎曲，發生彎曲的地方正是剛才倒入硫代硫酸鈉溶液的地方，通過來回的幾次對比現象，學生可以觀察到光在同種均勻介質和不均勻介質路徑，實驗效果比較明顯，因此，可以說明光的傳播路徑是有條件的，光在同種均勻介質是沿直線傳播的。此演示實驗著眼于引導學生科學探究能力，促使學生對物理知識進行融合，幫助學生逐漸形成終身學習能力。

四、 改進物理演示實驗，培養學生科學的態度與責任

在課堂教學中，教師要引導學生在原有演示實驗的基礎上進行改進，有效地組織學生開展好基礎性實驗和拓展性實驗，注重加強演示實驗教學與多學科融合教育，豐富演示實驗教學實施形式，在綜合運用觀察、觀測、模擬、體驗、設計、制作、調查等多種演示實驗方式的基礎上，切實增強實驗教學的趣味性和吸引力，提高演示實驗教學質量和效果。從而真正提高學生科學素養、實踐素養、問題解決能力，真正培養學生科學的學習方法。

案例4：探究水的沸點與氣壓的關系

1. 原型演示實驗：先用注射器給正在沸騰的水打氣加壓，觀察水是否還能繼續沸騰。緊接著，用注射器

對剛停止沸騰的水抽氣減壓，觀察水能否重新沸騰。當教師用注射器給燒瓶內正在沸騰的水打氣加壓時，學生會觀察到正在沸騰的水停止了沸騰，學生會提出疑問：水停止沸騰是由于增大燒瓶內的氣壓導致水的溫度降低，還是水的溫度保持不變？當教師用注射器給燒瓶內正在沸騰的水抽氣減壓時，學生會觀察到剛停止沸騰的水重新沸騰，此時學生會提出疑問：水重新沸騰是由于減小燒瓶內的氣壓導致水的溫度上升，還是水的溫度保持不變？

缺點：教材中原型演示實驗沒有顯示出燒瓶內水溫度的變化情況，同時，演示實驗過程也沒有顯示出燒瓶內氣壓變化情況，這使學生在觀察演示實驗過程中沒有獲取相關的數據，導致學生對氣壓影響水沸騰產生多個疑問。

2. 改進演示實驗

（1）實驗裝置

（2）實驗器材：平底燒瓶、橡膠塞，兩條20cm長的橡膠軟管、酒精燈、石棉網、醫用注射器500mL和30mL各一個、探頭數字溫度計、80℃熱水、紅色墨水。

（3）器材組裝：在橡膠塞中間鉆三個孔，分別在三個孔內插入電子溫度計的探頭和兩根玻璃管，用熱熔膠把橡膠塞三個孔的縫密封好，在兩根膠管兩端口分別套住兩根玻璃管和兩個注射器，在白板上

用熱膠將30mL的注射器固定住，在注射器兩側用紅色線標出，將紅色指針粘在注射器活塞推柄上，把探頭數字溫度計顯示屏固定在白板上。

（4）實驗過程：在橡皮塞上鉆三孔，在三孔中分別裝入探頭數顯溫度計、玻璃管，用熱熔膠密封好橡皮塞上的三孔，以免因氣密性不好造成實驗效果的不明顯或者失敗。分別用橡膠軟管套住500mL和30mL的注射器，把30mL注射器固定在白板上，并在注射器兩邊標出紅色刻度，用紅色指針粘注射器活塞推柄上，通過紅色指針上下運動來顯示氣壓的變化。將探頭數顯溫度計固定在白板上，讓學生通過讀取示數知道瓶內水的溫度。為了減少加熱的時間，提高實驗的效率，將85℃的開水倒入燒瓶中，并滴入幾滴紅色墨水，提高實驗的可視性。用酒精燈對平底燒瓶里的水進行加熱，使其沸騰，并記下溫度（注意溫度計不要碰到平底燒瓶的瓶壁）。用注射器對瓶內打氣減壓，觀察平底燒瓶中的現象，觀察此刻溫度計的示數，同時觀察氣壓變化情況。移走酒精燈，待水停止沸騰后

1分鐘左右，用500mL注射器對瓶進行抽氣減壓，在向外抽氣的過程中，觀察平底燒瓶中的現象，觀察此刻溫度計的示數，同時，觀察30mL的注射器活塞推柄上紅色指針上下運動，顯示氣壓的變化情況，學生對實驗過程很感興趣，學生細心的觀察實驗的現象，在數據分析中得出實驗的結論，同時培養了學生的科學創新精神，學生敢于動手進行實驗的改進，培養了學生的科學態度。

總之，通過演示實驗的改進，使抽象枯燥的知識變得生動有趣，增強了演示實驗的趣味性，激發了學生創新潛能，激勵了學生的好奇心，引領學生進行大膽地自制演示實驗教具和演示實驗改進。從而激發了學生探索物理知識的欲望，有效培養了學生的物理觀念，提升了學生的科學思維和探究能力，正確地培養了學生科學態度與責任感，培養了學生物理核心素養。

參考文獻：

[1]黃如金.利用日常生活用品改進初中物理演示實驗的可操作性案例研究[J].神州，2017（36）：71.

作者簡介：黃靈萬，廣東省清遠市，廣東省清遠市連山壯族瑤族自治縣民族中學。