開展家庭物理實驗 提升物理學科素養

摘 要：隨著物理新課改的進一步推進，越來越多的物理教師開始重視物理實驗，注重學生學科素養的提升.但由于課堂時間有限，很多實驗無法盡善盡美，因此利用學生課余時間開展家庭物理實驗很有必要.然而對于農村寄宿制學校而言，開展家庭物理實驗仍面臨著諸多困難.本文就時間，器材，能力三個方面的困難作出簡單的分析并提出了相應的應對措施及方法，旨在提高物理教學質量，提升學生的物理學科素養.

關鍵詞：初中物理;家庭物理實驗;實驗設計

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2022）02-0079-03

作者簡介：季秋霞（1989.10-），女，江蘇省南通人，碩士，中學二級教師，從事初中物理教學研究.

蘇科版物理教材中每一節都有一個“生活、物理、社會”環節，這正是初中物理課程標準中從生活走向物理，從物理走向社會的縮影.家庭物理實驗是讓學生在家庭中自主選取器材獨立完成簡單的實驗操作，是對課堂實驗一個很好的補充.學生親歷科學探究的過程，學習科學探究的方法，使得他們的實踐能力和創新意識得以培養，物理學科素養得以提升.

1 開展家庭物理實驗的作用及意義

家庭物理實驗對于初中學生的思維發展與動手能力提升有著很好的促進作用.首先，初中階段的學生，思維方式逐漸從形象思維向抽象思維發展，但發展得較為緩慢.而物理作為一門不同于數學的理科，不僅需要學生有理性的思維模式，還需要學生有良好的動手操作能力.而開展家庭物理實驗，可以鍛煉學生的觀察能力和動手能力，通過手腦并用，綜合開發學生的抽象思維與物理思維.其次，實驗就是從生活走向物理，從物理走向社會的途徑，通過開展家庭物理實驗，可以很好的考查學生課堂知識的掌握情況，也可以促進學生對課堂內容更深層次的理解，提高物理學習水平.

2 開展家庭物理實驗的局限和應對措施

盡管家庭物理實驗的作用及意義重大，但在農村寄宿制學校中實施起來仍困難重重，主要原因有以下幾點：

2.1 時間有限，精力不足

平時寄宿在學校，周末在家時間短，而各門功課作業繁多，還有各種課外輔導班，學生完成作業時間已經很緊了，讓他們獨立設計實驗并完成實驗，可能會精力不足.針對這一困難，我對每周的物理作業進行了優化：用“做實驗”代替“做實驗題”.以實驗操作代替書面作業，而物理書面作業相應地減少.

例 【動手操作】探究電流與電阻關系的實驗

器材：兩節干電池、開關、電流表（0-0.6A）、電壓表（0-3V）、滑動變阻器（20Ω，2A），定值電阻（5Ω、10Ω、15Ω）、導線若干.

（1）設計電路圖

（2）設計數據記錄表格

（3）進行實驗并記錄數據（控制導體兩端電壓為1V不變）試一試：

a.先用5 Ω進行實驗，記錄好數據，斷開開關，保持滑片的位置不變，用10 Ω的電阻替換5 Ω的電阻，閉合開關，要使電壓表示數仍為1 V，應將滑片向端移動.

b.斷開開關，再用15 Ω替換10 Ω，繼續實驗時，移動滑片P，要使電壓表示數仍為1V，能實現嗎？

觀察并記錄這種情況下電壓表示數的變化范圍：

c.為了使這三個電阻都能為實驗所用，應控制R兩端的電壓應不低于V（保留一位小數）

d.在c的基礎上再次實驗，記錄數據.

探究電流與電阻的關系是初中的一個重點實驗，也比較難理解.做這類實驗題，很多同學都是死記硬背，各個元件的用處以及實驗過程中的注意事項都是混淆的，因此我將該實驗設計為一道動手操作題，讓學生周末作為家庭實驗完成，一邊做實驗，一邊思考.不僅要求學生記錄實驗數據，還鼓勵學生將實驗過程中出現的問題用文字記錄下來，然后在班里集體討論，碰撞出物理思維的火花.

火花一：有同學在實驗的一開始就出現了問題：如圖1所示，閉合開關后，無論怎么移動滑動變阻器，電壓表、電流表始終無示數.這其實是很好的電路故障分析實例，我將他的問題在全班討論，全班提出了各種判斷電路故障的方法，不僅激發了學生們發現問題、解決問題的積極性，同時也增強了學生們學好物理的信心.

火花二：在上述實驗操作過程中，其實按照預設的1V，15Ω是無法完成實驗的.但是如圖2所示，有同學15Ω也順利測出了電流值.經過全班的分析檢驗，發現電源電壓只有2.5V.為此我們不僅解決了這位同學的問題，也得出了如果要使實驗順利完成可以采用減小電源電壓的方法.2.2 經濟有限，器材緊缺部分物理器材價格昂貴，這對于農村學校的學生家庭而言，可能難以負擔，所以我在設計家庭物理實驗作業時，也將這類因素考慮進去.劉炳昇教授也曾說過“瓶瓶罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”.我們完全可以利用身邊的器材完成一些簡單的實驗，既可以提高學生對物理課的學習興趣，培養學生動手能力和實踐能力，突出理論聯系實際，加深對物理來源于生活，回到生活理念的理解.

實驗一：探究液體壓強與深度的關系

將一礦泉水瓶底部切掉，蒙上橡皮膜后緩慢浸入水中，仔細觀察橡皮膜的形變程度，發現隨著深度的增加，橡皮膜向上凸起的越發明顯，多次實驗后得出實驗結果：液體密度相同時，深度越大，液體壓強越大.

實驗二：探究液體壓強與密度的關系

將上述自制器材，分別浸入清水，飽和濃鹽水中的同一深度處，這邊考查了學生對于控制變量法的掌握，通過比較發現同一深度處液體密度越大，液體壓強也越大.

實驗三：探究液體壓強與方向的關系

將上述自制器材進行改進，將礦泉水瓶的上端也切掉，變成一個上下粗細均勻的圓柱體，上端也蒙上同樣材質的橡皮膜，將其橫著放入同種液體中，觀察發現在同一深度處，無論礦泉水瓶如何放置，左右兩端形變程度相同，從而得出液體壓強與方向無關的結論.

2.3 能力有限，缺乏自信

出于安全考慮，不建議學生周末集中在一起合作交流完成家庭物理實驗.因此，家庭物理實驗絕大部分都是學生一個人獨立完成.一些學生的能力足夠支撐他獨立完成家庭物理實驗，而還有部分學生由于動手能力或物理能力有限，沒有了小組內的合作與交流，導致操作過程中的一些問題無法得到及時解決，實驗失敗甚至產生挫敗感，不利于對物理學習興趣的培養.針對此現象，要多鼓勵學生.

例：【動手操作】測電阻的實驗圖3

A類：在測量阻值約為5 Ω的定值電阻Rx的實驗中，用如圖3甲所示的器材進行實驗，電源電壓保持不變.

（1） 連接電路時，開關應.請用筆畫線代替導線，將圖3甲所示的實物電路連接完整，要求：滑動變阻器的滑片向右滑動時，連入電路的電阻變小.

（2） 閉合開關后，發現電流表指針不動，電壓表示數為電源電壓，故障原因是（Rx短路/Rx斷路）.

（3） 改正錯誤后，小明改變Rx兩端的電壓和電流.兩次測得的電阻值分別為R1=5.1 Ω，R2=5.3 Ω.第三次測量時，電壓表示數為1.5 V，電流表示數如圖3乙所示，則R3=Ω，實驗測得值應為Rx=Ω

（4） 若不添加其他器材，利用如圖3甲所示電路還可完成的電學實驗有：（寫出一個即可）.

B類：利用電流表、已知阻值的定值電阻R0和恒壓電源，同樣可以測出未知電阻Rx的阻值，如圖4甲所示.

（1） 閉合開關，測出通過已知電阻R0的電流I0.

（2）.[模仿（1）寫出必要的操作內容及對應物理量]

（3） 則電阻Rx=.（用已知和測出的物理量符號表示）

（4） 小芳設計了另一種方案，也測出了Rx的電阻，電路圖如圖4乙所示，測量步驟如下：

①當開關時，電流表讀數為I1;

②當開關S1、S2都閉合時，電流表讀數為I2; ③待測電阻Rx=.（用已知和測出的物理量符號表示）

學生可以根據自己的實際能力，選擇能夠完成的題目去動手操作.這樣即鍛煉了學生的動手能力，也保護了學生的自尊心，提升學生的成就感，讓每一個學生都能參與到家庭物理實驗中，并有所收獲，增強學生學好物理的信心.3 開展家庭物理實驗的評價方式

越來越多的物理老師已經意識到家庭實驗的重要性，并且把家庭實驗歸入教學的管理中，但以考試成績為主要表現方式的終結性評價，并不適用家庭物理實驗.家庭物理實驗的評價應該突出過程評價，重心應轉向關注學生探究的過程，立足于促進學生的發展，即重視形成性評價.

3.1 匯報小結

教師編寫家庭實驗報告，要求學生實驗前將實驗原理、器材的選擇、實驗的設計填入報告，實驗后將實驗過程中出現的問題、實驗的結論再次整理填入報告.教師檢查批改后，根據實際情況進行點評，對存在的問題提出改正意見，并提出注意事項;對學生的在實驗報告中提出的問題及時做出解答，或組織學生再次實驗，以找到答案.

3.2 設計展覽

鼓勵學生在實驗的基礎上撰寫小論文，將實驗上升為理論.加深學生對物理知識的理解，并對學生的論文進行評選，挑選優秀的論文在班級圖書角展示.發揮榜樣的作用，鼓勵學生不斷探索，在實驗中找真理，在實驗中求發展.

家庭物理實驗在提高學生物理科學素養方面起著不可忽視的作用，是課堂教學的必要補充.因此克服各類困難，開展家庭物理實驗，不僅能提高教學質量，而且對學生實踐能力、創新精神的培養起著重要的作用.

參考文獻：

[1] 朱宗秋.利用智能手機進行家庭實驗過程評價[J].物理之友，2017（2）：32-34+37.

[2] 王玉娟.探討初中物理家庭小實驗的有效實施[J].江蘇教師，2013（14）：78.

[責任編輯：李 璟]

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