初中物理教學(xué)中開展家庭實驗的實踐探索

摘 要：家庭實驗是初中物理自主學(xué)習(xí)的一種模式.它蘊含于學(xué)科核心素養(yǎng)和課程標(biāo)準(zhǔn)之中，是課堂教學(xué)的有益補充、學(xué)生保持學(xué)習(xí)興趣的有效手段、教師獲取備課資源的有效途徑、破除錯誤概念和促進深度學(xué)習(xí)的利器.教師只有充分把握它的普適性、聯(lián)系性、作業(yè)屬性、拓展性、有用性等性質(zhì)才能更好地發(fā)揮它的作用.

關(guān)鍵詞：初中物理;家庭實驗;深度學(xué)習(xí);實踐探索

中圖分類號：G633.7???? 文獻標(biāo)識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）22-0045-04

作者簡介：周健（1980-），男，安徽濉溪人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：初中物理實驗教學(xué).

在任務(wù)驅(qū)動下，以生活中常見的物品為實驗器材，獨立思考與合作交流并行，淺層學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)融合，并以此得到的證據(jù)論證出一定結(jié)論，這種自主的初中物理學(xué)習(xí)行為就是初中物理家庭實驗.其包括器材小制作、課外小實驗、課內(nèi)實驗前置、課內(nèi)實驗外延、書面試題驗證等等.筆者從2016年開展家庭實驗以來，歷時5年，經(jīng)兩個地區(qū)的兩所學(xué)校，進行近100個小實驗，取得一定的經(jīng)驗，現(xiàn)從家庭實驗開展的意義和家庭實驗的性質(zhì)兩個方面闡述筆者的理解.

1 家庭實驗開展的意義

1.1 家庭實驗蘊含于學(xué)科核心素養(yǎng)及課程標(biāo)準(zhǔn)之中

家庭實驗是區(qū)別于教師演示實驗及學(xué)生分組實驗的另一種實驗方式，但是其并不獨立于學(xué)科核心素養(yǎng)及課程標(biāo)準(zhǔn)之外.

物理學(xué)科核心素養(yǎng)要求“能正確實施實驗探究方案，使用各種科技手段和方法收集信息”.

課程標(biāo)準(zhǔn)“提倡師生利用身邊的物品、器具、材料等進行物理實驗”，“有條件的學(xué)校應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)增設(shè)一些學(xué)生實驗，增加學(xué)生的動手機會”.

案例1：找出生活中質(zhì)量為50g、500g、50kg的物體，并據(jù)此估測一些常見物體的質(zhì)量.

案例2：向兩個相同的杯中注入相同多的冷水和熱水，同時滴一滴墨水，觀察墨水?dāng)U散的快慢.

這些都是課程標(biāo)準(zhǔn)提倡的實驗形式.由此可見家庭實驗蘊含于學(xué)科核心素養(yǎng)及課程標(biāo)準(zhǔn)之中.

1.2 家庭實驗是對物理教學(xué)有益的補充

長期的應(yīng)試教育及評價機制、教師教學(xué)理念的偏頗，加上實驗配套設(shè)置（含實驗設(shè)備和實驗管理人員）的不完善，使一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)——物理，慢慢地走上虛假的素質(zhì)教育之路，雖然教師純粹“講實驗”代替“做實驗”的很少，但是用演示實驗代替學(xué)生分組實驗，實驗視頻代替演示實驗比比皆是.此時具有較高實驗素養(yǎng)和較好教育理念的教師，結(jié)合學(xué)生已有認(rèn)知，讓學(xué)生進行家庭實驗，學(xué)生從不同于教師演示的角度觀察現(xiàn)象，會有不同的收獲，在“做中思”“思中學(xué)”.

同時，將一些簡單易行“課堂實驗”轉(zhuǎn)化為家庭實驗，可以節(jié)約課堂時間，有效提高課堂效率.可以說家庭實驗就是從空間和時間上對教學(xué)進行有益補充.

1.3 家庭實驗可以提高學(xué)生觀察能力、動手能力，保持學(xué)習(xí)興趣

我國很多地區(qū)在學(xué)生學(xué)業(yè)水平測試中開設(shè)實驗操作考試，實驗真題及詳細操作步驟提前下發(fā)，學(xué)校會停課針對考試的實驗進行強化練習(xí)，以確保學(xué)生都能得到較為理想的分?jǐn)?shù).但是每年都會存在學(xué)生失分，在這一部分學(xué)生中有的平時物理成績不錯，究其原因在于平時操作能力不足，臨時抱佛腳無法彌補操作能力的缺失.

愛因斯坦說：“興趣是最好的老師”，而能夠引起興趣的實驗往往是令人驚奇的、“超乎想象”的實驗.這樣才能夠在興趣的引導(dǎo)下，主動地去學(xué)習(xí)和探索.

案例3：在學(xué)習(xí)蘇科版八年級下冊“走進分子世界”前，筆者布置“將一只回形針輕輕地放入倒?jié)M水的杯中，杯中水不會溢出，繼續(xù)放入回形針，觀察此時水面現(xiàn)象，嘗試最多能放多少只回形針？對此提出一個或者幾個值得探究的問題.”在學(xué)生的反饋中，有的學(xué)生表示從來沒有想過水的液面可以是弧形的，在以前只知道量筒中液面是凹形的;有的學(xué)生對能夠放那么多回形針感到驚訝，并表示為了能夠放得更多，總是小心翼翼地放;有極個別學(xué)生還對比“同樣條件下水和油哪種物質(zhì)中放得更多”.

可見，一個看似平常的家庭實驗，刺激學(xué)生去觀察、去動手、去思考、去探究，喚起學(xué)生求知的欲望.

1.4 家庭實驗是獲取備課資源的有效途徑

教學(xué)經(jīng)驗是教師備課的重要依據(jù).根據(jù)多年積累的經(jīng)驗，教師可以獲知一節(jié)課的教學(xué)重點和教學(xué)難點，從而選取恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法和教學(xué)策略突出教學(xué)重點和攻克教學(xué)難點.

但是，隨著社會發(fā)展進步，學(xué)生獲取信息的渠道及方式已經(jīng)發(fā)生一定的改變，教師不能再以老方式、老觀點看待新問題.

此時，學(xué)生的家庭實驗不僅是一種作業(yè)形式、學(xué)習(xí)手段，同時也是教師獲取備課資源的有效途徑（如圖1所示）.通過學(xué)生的先學(xué)，從而使教師獲知哪些學(xué)生的哪些部分是可以簡略講解，哪些是需要通過特殊教學(xué)方法重點講解，進而有效提高課堂的教學(xué)效率.

案例4：在進行人教版八年級上冊“測量平均速度”的教學(xué)時，學(xué)生通過家庭實驗，已經(jīng)獲知平均速度的測量方法，而對于怎樣減小誤差、記錄實驗數(shù)據(jù)、表格設(shè)計、平均速度的求法（即與速度的平均值關(guān)系）等不甚了解.筆者在教學(xué)中將教學(xué)重心偏向于此，獲得較好的教學(xué)效果.

1.5 家庭實驗破除錯誤前概念

在人的發(fā)展歷程中，通過所見、所聞、所感、所思逐漸認(rèn)識世界，這是逐漸積累的過程，期間便形成對事物認(rèn)識的前概念.但是有些前概念是不科學(xué)、不全面的，在課堂教學(xué)中，教師可以通過一定的形式手段將一些錯誤的前概念轉(zhuǎn)化為科學(xué)概念.但是部分同學(xué)錯誤的前概念根深蒂固，倘若在課堂上未能轉(zhuǎn)化，將會一直困擾著他.此時家庭實驗，便成為突破錯誤前概念的利器.

案例5：學(xué)生從小就在科普讀物中知道含有水的礦泉水瓶和凸透鏡具有一個相同的特點——對光有會聚作用.那么學(xué)生就會深刻地“記住”裝有水的瓶子等同于凸透鏡.那么透過裝有水的圓柱形瓶子觀察近處物體，成什么樣的像.將“上下左右都放大”作為答案的不在少數(shù).通過布置家庭實驗“透過裝有水的圓柱形瓶子、方形容器觀察近處物體”，將學(xué)生疑惑輕易解除（如圖2所示）.

案例6：小鏡子能成小物體完整像，大鏡子能成大物體完整像，這也是學(xué)生的一個錯誤前概念.通過布置“通過家中小鏡子觀察一個比他大10倍的物體”（如圖3所示），學(xué)生通過實驗得到正確的結(jié)論，解除疑惑.

1.6 家庭實驗促進學(xué)生深度探究

學(xué)有余力的學(xué)生對學(xué)校日常作業(yè)完成準(zhǔn)確率高、速度快.這些學(xué)生的家長會向教師提出“推薦一些有難度的資料”或者“能否給孩子布置有些難度的題目”.毫無疑問，家長想讓孩子的高階思維能力得到提升.與其布置一些難度大、計算量大、玩弄文字、摳字眼、“超綱”的題目，不如讓學(xué)生對一些實驗進行設(shè)計、操作、分析論證、改進，促進學(xué)生深度探究，從而使批判性思維、創(chuàng)新性思維、實踐能力得到提升，此時家庭實驗凸顯出其獨特的優(yōu)勢.

案例7：在學(xué)生學(xué)習(xí)完“熔化和凝固”后，筆者針對部分學(xué)生布置如下家庭實驗：小組合作探究鹽水濃度對鹽水凝固點的影響.

經(jīng)小組合作討論、交流，討論出鹽水的濃度的含義;為降低操作難度，學(xué)生將“探究鹽水凝固點”改為“探究鹽冰的熔點”;為降低個人操作次數(shù)，將測量不同濃度的鹽冰的熔點分解.最后得到鹽水凝固點與鹽水濃度的曲線（如圖4所示），并用文字語言闡述兩者之間的關(guān)系.

上述探究在不同的教輔資料中也會遇到如上類似題目，相信學(xué)生通過探究得到的規(guī)律比僅僅通過做題得到的要深刻，同時在探究過程會明白“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的道理.

其實家庭實驗的進行往往也是在家長的參與下進行的，學(xué)生與家長一起實驗、一起修正、一起分析論證、一起享受成功的快樂，無形之中改善親子關(guān)系.在分享到網(wǎng)絡(luò)的過程中，促進信息技術(shù)能力的提升.

可見，將家庭實驗融入到教師的教和學(xué)生的學(xué)中，對保持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、破除錯誤前概念、促進深度探究等都有其特殊的意義和作用，學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的總體目標(biāo)也會更容易得到落實.

當(dāng)然，要想使家庭實驗發(fā)揮出較好作用，開展家庭實驗還需要具有以下特點.

2 家庭實驗的性質(zhì)

演示實驗和分組實驗是初中物理教學(xué)中最重要的手段，學(xué)生通過已有認(rèn)知和技能以及在教師搭建腳手架的協(xié)助下，較容易達到既定目標(biāo);家庭實驗在項目設(shè)計好后，實際工作者是學(xué)生，此時要想使家庭實驗順利完成，要想成為初中物理教學(xué)的有力助手，其必須具有以下性質(zhì)特點.

2.1 普適性

家庭實驗要求用居家用品或者網(wǎng)絡(luò)上容易購買的物品進行實驗，其理論依據(jù)是課程標(biāo)準(zhǔn)中“使用易拉罐、飲料瓶等日常用品進行物理實驗”.

案例8：在進行光的色散家庭實驗時，“在水盆中裝有水，將鏡子斜插入其中，將盆放在陽光下，轉(zhuǎn)動盆，將反射的光投射在白墻上.”這種方式毫無疑問比用三棱鏡要更加具有普適性.

案例9：在進行制作測力計的家庭實驗時，選擇利用橡皮筋作為研究對象比選擇彈簧作為研究對象要合適.

水盆、鏡子、橡皮筋更易獲得，通過如此簡單的物品獲得實用的測力計和美麗的彩虹，拉近物理學(xué)與生活的距離，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;同時學(xué)生經(jīng)歷探究過程，養(yǎng)成獲取數(shù)據(jù)信息、分析數(shù)據(jù)信息的能力，認(rèn)識到物理學(xué)與生活相聯(lián)系，進而體會到實踐出真知的道理.

2.2 聯(lián)系性

教科書是學(xué)校教育中最基本、最重要的課程資源之一，是教師開展教學(xué)活動和學(xué)生進行學(xué)習(xí)活動的主要參考.在日常教學(xué)中，教師準(zhǔn)備一節(jié)課都是參考各個不同版本的教材進行整合教學(xué)，以取得最佳教學(xué)效果.同理，在進行家庭實驗布置時，教師也可以參考不同版本教材，選取課上未進行實驗，而出現(xiàn)于其他版本教材的實驗.

案例10：蘇科版八年級上冊序言中利用“富蘭克林捕捉閃電”闡述科學(xué)探究的六要素，那么家庭實驗就可以讓學(xué)生做人教版八年級上冊序言中的“伽利略對擺動的研究”（如圖5所示）.

案例11：人教版八年級上冊采用“敲桌子”實驗說明固體也可以傳聲，那么相對應(yīng)家庭實驗可以布置蘇科版八年級上冊“鉛筆敲衣架”（如圖6所示）.

以上兩個案例巧妙地建立教材與教材、教材與知識點、知識點與實驗、實驗與學(xué)生之間的聯(lián)系，這樣家庭實驗就會緊貼課堂，而不會脫離教學(xué)實際.

2.3 作業(yè)屬性

作業(yè)是學(xué)生根據(jù)教師要求，在課外時間獨立進行的學(xué)習(xí)活動，其不僅包含書面練習(xí)，而且包括課外小實驗、課外小制作……也就是說，家庭實驗其實是一項課外作業(yè).

2.3.1 控制作業(yè)總量

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確指出：過重的課業(yè)負(fù)擔(dān)嚴(yán)重?fù)p害青少年身心健康……成立學(xué)科興趣小組，通過興趣小組的一系列活動培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和愛好，從而減輕學(xué)生學(xué)業(yè)上的負(fù)擔(dān).如果在課外作業(yè)正常的情況下再用家庭實驗來加碼，那么家庭實驗不但不能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和愛好，還有可能成為學(xué)生最浪費時間的一項負(fù)擔(dān).所以，家庭實驗應(yīng)該納入作業(yè)總量，從而提高實驗效果.

2.3.2 體現(xiàn)作業(yè)評價

作業(yè)要做到“有發(fā)必收、有練必批、有批必評、有錯必糾”.但是實驗作業(yè)不能僅僅看到答案的正確與錯誤，要將過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合，發(fā)展性評價與甄別性評價相結(jié)合，運用多樣化的評價方法，促進學(xué)生全面而富有個性地發(fā)展.

案例12：2021年寒假前，新書發(fā)下，舊書未收存，筆者布置了“不用生活中的秤，比較八年級上語文書與八年級下數(shù)學(xué)課時作業(yè)哪個重”的家庭實驗.一位同學(xué)采用直尺做橫梁、小書本做砝碼來度量兩本書的“重”的關(guān)系，這儼然就是一個天平的雛形（如圖7所示）.

筆者對作業(yè)批改后，選取幾位同學(xué)的實驗報告在班級進行呈現(xiàn)，首先由所選同學(xué)對自己的實驗進行展示，并要求從“好的方面”“有待改進的方面”“我的再思考”進行自評.然后進行同學(xué)互評，要求從“我發(fā)現(xiàn)兩個不同點”“我認(rèn)為好的方面”“我認(rèn)為可以改進的地方”，最后進行教師評價，此時評價更多闡述出學(xué)生優(yōu)點，讓學(xué)生感到榮譽感;闡述出對學(xué)生的期待，讓學(xué)生明確自己學(xué)習(xí)的方向.

適量的家庭實驗作業(yè)及合理的評價對培養(yǎng)學(xué)生批判性思維大有益處，特別是基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問題，追求自主創(chuàng)新.

2.4 拓展性

拓展性是基于原有知識、技能和方法，利用家庭現(xiàn)有器材對既有的知識進行深加工，從而取得更加深入、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R，促進學(xué)生核心素養(yǎng)的全面提高.

案例13：“響度與距離的關(guān)系”是八年級上冊學(xué)習(xí)的知識，控制變量法是八年級上冊習(xí)得的技能，手機中的“噪聲分貝儀”是較為常見的APP，在上述基礎(chǔ)上，“響度隨距離變化的可視性研究”就是可行的家庭實驗.

通過以上探究，學(xué)生發(fā)現(xiàn)“APP較為靈敏，用發(fā)出持續(xù)穩(wěn)定單音的手機作為聲源更好”“由于墻面反射，在空曠的場地進行實驗要比在房間內(nèi)好”“用描點作圖得到響度隨距離變化的圖像”“響度的變化并不一定與距離成反比”等.

學(xué)生在進行家庭實驗的過程中應(yīng)用既有知識，經(jīng)歷探究過程，思考解決問題的最佳路徑，學(xué)會用數(shù)學(xué)手段處理物理問題，提高提取信息的能力，提升信息化素養(yǎng).

2.5 有用性

初中物理注重有趣和有用并存，兩者都是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的持續(xù)動力.家庭實驗的有趣性是不容置否的，其實有用才是家庭實驗真正的價值，這種價值不僅體現(xiàn)在一些積存并蓄勢待發(fā)的高階思維的發(fā)展，更要體現(xiàn)對一些疑難問題的解決.

案例14：在進行蘇科版“力與運動”教學(xué)時，作業(yè)中有如下習(xí)題：為了探究電梯在運行時受力和運動的關(guān)系，小明先將體重計放在靜止的電梯中，站在體重計上，示數(shù)如圖8甲所示，然后乘坐電梯從1層直接到10層，之后又從10層直接回到1層.相關(guān)示數(shù)如圖8乙、丙、丁所示，其中圖中右上角為電梯顯示的樓層數(shù)和運行方向.以下分析正確的是

A.該同學(xué)的質(zhì)量是50kg

B. 由乙圖可知，電梯在加速向上

C. 由圖丁可知，電梯在減速向下

D. 在丙、丁圖狀態(tài)下，小明受非平衡力作用

本題難度較大，為了能夠使學(xué)生易于理解習(xí)題，筆者布置“電梯運行時，人站在體重計上，其示數(shù)如何變化”的家庭實驗，學(xué)生經(jīng)過實驗，獲得表象，完成習(xí)題的正確率明顯提高，體現(xiàn)出家庭實驗的有用性，使家庭實驗開展的更加持久，學(xué)生的參與度也得到提高.

當(dāng)然，為了使學(xué)生獲得榮譽感，筆者將學(xué)生的優(yōu)秀案例發(fā)布在公眾號中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的實驗?zāi)軌虮粍e人認(rèn)可，也會增加學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

總之，只要教師不拘泥于“多、難、偏”的作業(yè)觀，讓學(xué)生敢于進行、多進行、善于樂于進行家庭實驗，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、動手操作、批判質(zhì)疑、創(chuàng)新等方面的能力肯定會有長足進步.

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（收稿日期：2021-07-05）