初中物理習題實驗化教學實踐探究

楊 柳（江蘇省江陰實驗中學）

習題是檢驗學生學情、強化知識運用能力的重要形式之一。對于初中學生而言，由于物理學科知識的理論性較強，具有一定的學習難度，尤其是在習題分析理解方面，普遍存在問題較多。而物理實驗則能形象直觀地反饋物理原理，降低學生知識學習和運用的難度。因此，在初中物理習題講解環節采取實驗化教學措施，能以具體的實驗現象，促進學生深度思考和學習，培育學生核心素養。

一、組織動手實驗，激發學習興趣

物理實驗作為一種需要動手參與的教學內容，較于常規理論知識教學法，能讓學生在動手實驗的過程中，近距離地了解物理實驗原理，更好地激發學習和探索興趣。同時，物理實驗還能以具體的實驗反應過程，展示物理原理，輔助學生剖析習題條件，提高解題能力。

例如，在“慣性”課堂教學環節，教師設置習題“在水平放置的透明礦泉水瓶中注入水，當注水結束后，瓶子中存在一個透明的氣泡。若對瓶子施加外力，讓瓶子從靜止狀態向右移動，那么礦泉水瓶中的氣泡向哪個方向移動？選項：A.向右移動；B.向左移動；C.原位置靜止；D.不能確定”。

對學生提交的答案進行分析可知，學生的總體錯誤率很高，直觀地展現出學生對“慣性”的物理概念存在模糊性，不能完全理解“慣性”這一物理概念。針對這一情況，物理教師可為每個小組的學生分發一個透明礦泉水瓶，組織學生親自動手實驗，將裝有水的礦泉水瓶向右移動，觀察氣泡在瓶內的移動情況。在這一過程中，教師要給予學生一定的實驗指導。如，學生在向瓶內注水時，要保證氣泡大小合適，留夠可以滿足氣泡成形和實驗觀察的空間即可。若學生留有的空間較大，則無法在瓶內形成可觀察的氣泡；若留有的空間較小，氣泡微不可觀，實驗觀察效果較差。學生用手推動水瓶沿水平方向向右移動，通過觀察發現“水瓶中的氣泡也向右移動”，得到結論“水瓶內氣泡的移動方向與水瓶一致”。學生通過動手實驗，能獲得習題答案。但是，在實際考試環節，不能滿足學生動手實驗的需求。實驗化學習僅可用于日常知識教學和習題講解環節。

在學生動手實驗并得到結論的基礎上，教師重在從“慣性”的知識角度出發，引導學生從物理知識入手，分析習題答案，加強學生對“慣性”這一物理概念的理解程度。

從慣性的概念“物體具有的一種固有屬性，指物體保持靜止狀態或勻速指向運動狀態的性質，表達為物體對其運動狀態變化的一種阻抗力”著手分析，原本處于靜止狀態的礦泉水瓶在外力的作用下，其運動狀態發生改變，瓶內的水為了保持物體原有的狀態，向相反方向運動。即，在水瓶向右運動的同時，瓶內的水向左運動，從而將氣泡向右擠壓，致使氣泡也向右運動。

在教師組織實驗之前，大部分學生未深入剖析習題的題目要素和物理規律，知識學習停留在淺層。教師以簡單的實驗素材水瓶、水、氣泡和外力，能夠具體展示習題要素，引發學生進行知識思考；同時，實驗化講解習題，能夠帶給學生直觀的實驗觀察體驗，激發學生主動探索物理學知識的興趣，培養學生主動學習意識。

二、借助物理實驗，展現物理知識

初中物理學科涉及大量抽象的物理概念。主要是以習題為載體，引導學生對概念進行思考和學習。如果教師僅以書面化的物理習題圖解分析為習題講解的主要方式，學生不僅無法更好地理解物理概念，甚至會對物理學科的學習產生抵觸心理，不利于核心素養的形成。要取得更好的習題教學效果，就要積極創新習題教學方法，尋求可替代習題實驗的可操作實驗，以該實驗為載體，帶領學生分析實驗過程中各物理要素的變化情況。

例如，在習題“蹦極具有刺激性，是深受年輕人喜愛的一項運動。參與蹦極的勇敢者需要在腰部拴有一根橡皮繩，繩子的另一端與跳臺相連。當人從高臺上跳下，經過幾次起伏，最終停在最低的C 點處。以C 點為最低點，從下至上依次為B 點、A 點。已知，當人下落至B 點時，橡皮繩給人的拉力與人自身的重力相等。那么，在不考慮空氣阻力的條件下，同學們能否分析人下落到不同點位的動能、重力勢能、彈性勢能的變化情況嗎？”教師可以采取電子白板展示實驗過程，也可采用實心小球拋下平臺的直觀實驗，以小球模擬蹦極的人，帶領學生分析小球在不同點位勢能和動能的轉化情況，對小球進行受力分析。

教師為學生提供實心小球、皮筋、記號筆、白板，學生一起組裝實驗器材，用皮筋將白板與實心小球連接在一起，用記號筆在白板上記錄小球下落前的位置、皮筋未被抻拉的長度、實心小球運動到最低點的位置和平衡點的位置。在這一過程中，人力無法控制小球下落的速度，人眼觀察存在一定的局限性。教師可采用手機攝影和慢放的方法，錄制小球下落的全過程視頻，將其投放在多媒體教具上，將視頻慢放五倍，讓學生直觀地觀察小球下落過程中所做的各類運動和動能、勢能的相互轉化情況，全面掌握“蹦極”過程中人的運動軌跡和機械能的轉化情況。學生通過觀察發現“小球在下落過程中，從起跳點到平衡點之間，小球的運動速度加快，一直做加速運動；當小球到達平衡點后，小球開始做慢速運動，在這一過程中，橡皮筋對小球釋放彈性勢能，橡皮筋的長度超過原始狀態下的長度。”

教師合理利用各類教學工具，以可觀察、可行性實驗代替不可操作性的習題實驗，給予學生直觀的實驗過程，為學生分析機械能轉化提供直觀可察的實驗過程，以實驗更好地展現物理知識。

三、設計課堂實驗，探究物理規律

初中物理學科知識多以實驗為載體，教師在習題講解環節，設計和應用物理實驗，能為學生學習物理知識、分析題目和探索物理規律提供明確的物理實驗載體。以2019年寧波市的物理中考題為例。題目為“小科在學習‘凸透鏡’觀察物體知識時，透過裝滿水的玻璃水瓶，觀察一個箭頭向左的環保標志，那么小科觀察到的環保標志的箭頭是朝向哪一個方向的？”教師布置課前準備任務是從家中帶一個玻璃杯。在習題講解環節，教師組織學生動手還原實驗過程，引導學生透過裝滿水的玻璃杯，觀察其在白紙上畫出的左向箭頭。學生通過觀察發現“透過玻璃杯觀察到的箭頭方向發生了改變，箭頭方向由左向右變化。原本向左的箭頭透過玻璃杯之后，變成了向右的箭頭”。再者，教師帶領學生將箭頭豎立起來，讓學生再次觀察箭頭，發現“箭頭方向向上”。教師引導學生通過實際物理實驗，制作凸透鏡，在實驗觀察中認識和掌握“凸透鏡觀察物體”的物理規律，加深對這一物理知識的理解程度。

再如，在“凸透鏡成像”原理為核心的物理習題講解過程中，教師為了強化學生對該物理原理的正確認知，可將前一段時間內學生存在的此類錯題整合在一起，組織開展“凸透鏡成像”專題習題講解活動。

首先，教師將學生帶至物理實驗室，將同桌兩人劃分為一個實驗小組，一組同學擁有一套實驗儀器。主要包括：蠟燭、工作臺、凸透鏡、支撐座、光屏板等。在習題講解之前，教師帶領學生按照實驗步驟，對實驗儀器進行組裝，先不點燃蠟燭。隨著習題的講解，教師引導學生點燃蠟燭，將儀器調整到相應位置，實際觀察實驗現象，并分析該實驗現象背后的物理原理。以具體的物理實驗，強化學生的物理認知，將文字類的物理習題以立體化的實驗過程呈現出來。對于部分空間想象力較弱、物理實驗原理不明確的學生而言，習題的實驗化呈現的講解，能降低學生對物理習題的分析和實驗原理的理解難度，促進學生更為深刻地分析物理知識、獲得較好的物理知識學習體驗和較好的習題分析效果。

最后，教師結合具有具體數據的物理習題，根據習題的數據，調整蠟燭和光屏板的位置，直到在光屏板上找到一個清晰的火焰成像，輔助學生了解凸透鏡“聚光”的性質以及相關知識點。

四、合理運用實驗，提供分析依據

雖然物理學科重在以物理現象展示科學知識，但是對于初中學生而言，物理學科知識難免具有一定的抽象性。學生在學習物理知識、分析物理習題時，存在部分學習難點。因此，教師要合理運用具體的物理實驗，以具體的實驗展示抽象的物理學知識，降低學生知識學習和理解的難度。

例如，習題“將額定電壓相同的兩個燈泡串聯后接入到電路中。當接通電路后，通過觀察發現，一個燈泡比另一個燈泡更亮，那么造成這一現象的原因為何？下面哪一個選項說法正確：更亮的燈泡比另一個燈泡的電阻小？較亮的燈泡額定功率比另一燈泡大？亮燈正常工作時較亮的燈泡發光要暗一些？”。

電功率是初中物理的一個難點。大部分學生由于對串聯、并聯缺乏全面性認知，而無法靈活運用物理知識，習題檢驗出學生在電功率環節存在的問題較大。故而，物理教師把“220V 40W”和“220V 100W”兩個燈泡串聯在220V 電路中。首先，教師在白板上展示公式R=U2/P，學生根據教師給出的數據和信息，分別求出兩個燈泡的電阻大小1210Ω 和484Ω。教師提出問題“將電路接通之后，哪個燈泡更亮？”有的學生猜測額定功率大的燈泡更亮。教師接通電路，學生驚奇地發現，最亮的燈泡竟然是額定功率較小的40W 燈泡，而額定功率較大的100W 燈泡基本不亮。實際物理現象和學生認知之間存在的矛盾性，能有效激發學生的好奇心和探索欲望。其次，物理教師引出公式P=I2R，分析串聯電路中電功率與電阻關系。學生從中認識到：在串聯電路中，各個位置的電流相同。由于電阻與電功率存在正比例關系，電阻越大則燈泡的實際電功率越大，在電路中分配的電壓越大，因此，電阻大的燈泡更亮一些。學生通過這一物理實驗，對串聯電路中電流、電阻、電功率之間的關系認知更為明確。

最后，教師引導學生自主動手操作儀器，將不同功率的燈泡接入到串聯電路中，控制開關，以具體的實驗現象呈現電阻與電功率之間的關系。學生根據歐姆定律，明確不同功率或相同功率燈泡的電阻大小。據歐姆定律可知，燈泡的電阻與電壓、功率相關，題目中僅提供了一個明確的信息“額定電壓相同”，電阻與功率這兩個關鍵數據不可知，則無法根據燈泡實際現象對比兩個燈泡存在的電阻、功率大小關系，排除第一、二個選項；同時，通過實驗觀察和物理分析，驗證第三個判斷的準確性和真實性。

在初中物理習題講解教學中，采用物理實驗法，能以直觀的動手實驗形式，拉近學生與物理知識之間的關系，以實驗輔助學生理解題目、剖析題目中涉及的物理知識點，在理解物理知識的基礎上，掌握物理規律，分析和解決物理習題。要推動習題教學實驗化，就要重點關注實驗的選擇和實踐，以具有可行性的物理實驗，豐富課堂教學內容，以實驗帶動學生回顧知識，分析物理習題，抓住習題重點，引導學生將自己對物理知識的感性認知轉化為理性認知，培養學生知識學習能力、問題解決能力，為學生核心素養的強化奠定良好的基礎。