基于學生經驗的初中物理實驗教學

孫方明

[摘 要]初中物理實驗教學應該是在學生經驗的基礎上進行的，為此，教師應當關注學生的經驗起點，重視學生原有的錯誤經驗。在實驗教學中，教師可以：通過實驗展現知識原型，豐富學生的直接經驗;通過引導學生思考問題，提升學生的思維能力;通過對教學設計的優化與重構，調動學生的學習積極性，提升教學實效。文章以“物體的浮與沉”教學為例進行分析探討。

[關鍵詞]學生經驗;實驗教學;浮與沉

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）35-0052-02

基于學生經驗的教學倡導從學生的經驗起點引入教學。具體教學中，可通過創設真實的實驗情境，激活學生的原有經驗，改造學生的錯誤經驗，促進學生積極思維，高效學習。在初中物理實驗教學中，教師應關注學生的經驗，并針對學生的錯誤經驗和缺失經驗設計實驗，優化物理實驗教學，提高教學效益。

一、聚焦學生的錯誤經驗，設計實驗，破舊立新

基于學生經驗的有效物理教學，必須重視學生主體的落實。學生進入教室前是具有學前知識的，同時學生個體間的學習能力、知識水平、興趣愛好等都存在明顯的差異。學生在日常生活和以往的學習中積累了一定的經驗（常稱之為“前概念”），在具體教學中，教師必須考慮學生的原有經驗（前概念），才能有效提升物理課堂教學實效。蘇科版物理第十章壓強和浮力的第五節“物體的浮與沉”，學生有很多基于生活的前概念，但其中有一些是錯誤的、不全面的，在實際教學中，必須關注學生的前概念。

1.關于“浮與沉”的錯誤經驗

前概念1 ——“重物下沉，輕物上浮”：兩個物體在液體中，重物（質量大的物體）會下沉，輕物（質量小的物體）上浮。

前概念2 ——“浮者浮力大，沉者浮力小”：兩個物體在液體中，上浮的物體受到的浮力大，下沉的物體受到的浮力小。

分析：學生對物體的浮與沉有許多相應的生活經驗，比如，較重的石塊或鐵塊放入水中會下沉，而較輕的木塊則會上浮。由此得出結論：重的物體會下沉，輕的物體會上浮。在許多學生的錯誤前概念中，對于浸沒在液體中的物體，其浮沉由物體受到的浮力或重力單獨決定，沒有從兩個力共同作用的效果去考慮。這種現象，一方面反映了學生經驗的片面性，同時也反映了直接經驗往往只考慮了某些外顯的因素，缺乏思維的邏輯性、嚴密性和系統性，因此常常是錯誤的。但是，這些錯誤的前概念對學生學習的影響是深遠的，如果教師在教學中簡單粗暴地進行否定，然后直接給出正確觀點，那么，學生可能會難以接受，有的學生就算接受了，也掌握不牢靠。因為這些前概念盡管不科學、不全面，但它們卻有著相應的生活原型支撐，可謂根深蒂固。因此，在教學中要轉變學生以往錯誤的觀念，可以用實驗的方式，用新的事實讓學生產生思維沖突，使學生對原有的認知產生懷疑，用新的事實證據，揭示原有認識的片面性和錯誤性，從而實現新概念的自主建構。用這樣的方法改造而得的經驗，具有相對持久的生命力，也更能為學生真正認同和理解，更能應用到后續實際問題的解決中，真正成為學生素養的一部分。同時，這樣的實驗教學也切實提升了學生的科學精神與學科關鍵能力。

2.基于學生經驗的實驗教學設計

針對學生有“重物下沉，輕物上浮”的錯誤前概念，這部分內容的實驗教學設計主要考慮兩個因素：一是通過一系列的實驗設計，以學生的事實體驗作為思維的起點，讓學生的思維與錯誤的前概念發生沖突;二是實驗設計盡量貼近學生，簡便可行，激趣設疑。

體驗性實驗1：先向學生分別展示大土豆和小西紅柿，比較并明確兩者的輕重關系。然后請學生猜測兩者放入水中后的浮沉狀態，接著將兩者放入水中，觀察現象并提出問題：“質量大的土豆為什么反而浮在水面上？質量小的西紅柿為什么沉入水底呢？”學生發現從比較輕重的角度不能解釋，引發思維沖突，促進學生深入思考決定物體浮沉的因素究竟是什么。

體驗性實驗2： 將在水中沉底的小西紅柿放入濃鹽水中，學生發現小西紅柿浮在鹽水表面。進而請學生思考：這一事實說明物體的浮沉與什么因素有關？

體驗性實驗3： 將浮在水面的大土豆從水中撈出，放入酒精中，學生發現土豆也能浮在酒精液面上。這時，教師可請學生仔細觀察，提出問題：土豆在水中是漂浮的，在酒精中也是漂浮的，但兩次漂浮有什么不同？在水中和酒精中所受浮力是否相同？

3. 基于學生經驗的實驗教學思考

基于學生經驗的實驗設計，以教師掌握學情為前提，以學生的錯誤經驗為焦點，學生帶著原有前概念進行體驗性實驗，在反思性觀察中產生思維沖突，進而構建新的概念，開始發現新規律。關于物體的浮與沉，學生逐漸明白要從物體的受力分析入手，同時考慮物體的重力與浮力的大小關系。

學生經驗既包含學生在學習開始前已有的生活體驗、知識背景、前概念等，也包含學生在學習中獲得的經歷和感悟。物理課堂教學需要在研究學生的基礎上，充分關注學生已有經驗和能力，據此設計并組織初中物理實驗教學，在主體參與和親身體驗中使學生獲得知識，并實現學生經驗的改造與生長。

二、針對學生缺失的經驗，設計實驗，深化學生的思維

物理實驗教學中，教師基于現有實驗條件創設真實情境，可以有效激發學生探究物理規律的興趣和好奇心，可以促進學生積極參與課堂，這樣的物理情境是激活并深化學生思維，發展學生科學思維的重要手段和有效途徑。針對學生缺失的經驗，教師巧妙設計實驗，吸引學生主動參與，促進學生的思維走向深入。

1.教材僅有浮沉條件的定性分析

蘇科版教材指導我們通過對浸在液體中的物體進行受力分析，通過對重力與浮力的分析，結合不同的浮沉現象，根據“力與運動狀態關系”的相關知識，通過定性分析得到物體在液體中的浮沉條件。這樣的過程沒有定量實驗數據的測量與比較，也沒有用定量實驗數據來分析驗證，因此，很難讓學生信服。實際教學中，教師可以補充實驗進行定量驗證。

2. 補充浮沉條件的定量驗證實驗

教師可以引導學生對物理現象進行定量探究，并進行數據分析，為物體在液體中的浮沉條件的發現提供直接證據。此時，可在定性分析的基礎上設計以下定量驗證。

設計定量驗證實驗：利用塑料瓶和沙子模擬雞蛋在液體中的沉底、懸浮和漂浮等現象，定量驗證物體在液體中的各種浮沉條件。

教師指導學生通過調節塑料瓶內沙子的質量，利用塑料瓶和沙子模擬雞蛋在液體中的沉底、懸浮和漂浮等現象，定量驗證各種浮沉條件。通過學生分組討論，設計實驗方案，聚焦如何測量塑料瓶所受的重力和浮力，通過對所測實驗數據的對比分析，完成實驗驗證。學生綜合應用前面所學的各種知識，通過討論，共享實驗方案：可以用彈簧測力計分別測量塑料瓶處于漂浮、懸浮和沉底時，塑料瓶所受重力的大小;并通過塑料瓶漂浮、懸浮時，測力計示數為零得到浮力與重力大小相等的情況;當塑料瓶沉底時，由于塑料瓶浸沒的體積不變，故所受浮力與懸浮時相同……在本實驗教學中，定量驗證實驗方案的設計是教學的重點，學生需要綜合運用前面所學的受力分析方法、浮力知識、力與運動狀態關系等諸多知識，實現基于問題解決的分析與設計。在這樣的分析與設計過程中，思維活動較為復雜，因此，在這樣的分析與設計過程中可以有效發展學生的高階思維能力，這才是本次實驗教學的真正目的所在。

三、聚焦學生的經驗生長，優化實驗，開展物理教學

在教與學的關系中，雖然學生是學習的主體，但教師是教學的組織者、引導者和先行者，教師在教學中的作用至關重要。教師課前的教學設計，課堂的教學引導和組織，都是學生發揮主體作用的前提和保障。尤其是教師對教學內容和學習目標的分解與重構，對教學資源和學習活動的設計，對學生經驗的重視與把握，都對教學效果有著直接的影響，從某種意義上說甚至起到決定性的作用。在物體的浮沉教學中，教師要深入分析學情，準確把握學生的錯誤前概念，據此，優化實驗教學設計，同時，還要注重調動學生參與課堂教學的積極性，以實驗事實幫助學生糾正以往的錯誤認知，引導學生深入反思，自主構建和完善相關物理概念和規律，完善知識脈絡，提升學生運用所學知識解決實際問題的能力，切實提升學生的科學素養。

綜上所述，在物理實驗教學中，教師要注意創新實驗資源， 創設真實的情境，激活學生思維，激發學生提出問題、解決問題的興趣，發展學生的高階思維能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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[2]? 趙智清.基于學生經驗的初中物理深度學習初探：以“物體的浮與沉”為例[J].中學物理教學參考，2020，49（10）：24-25.

[3]? 盛建國.基于原型與經驗的物理深度學習策略[J].物理教學，2019，41（8）：44-46，68.

（責任編輯 易志毅）