初中物理實驗的創新設計及改進

摘 要：創新設計物理實驗有助于為學生搭建自主探究空間，培養學生的物理思維、實踐能力等素養。在進行物理實驗創新設計時應遵循實踐性、開放性、創新性、情境化等原則，做好學前分析、實驗過程設計、結構化設計，發揮實驗創新設計及改進的價值。教師應基于生活實際、學生興趣、思維培養、物理學習過程，創新和改進物理實驗，使學生對物理實驗充滿興趣和期待，愿意通過物理實驗學習物理知識，提升自身素養。

關鍵詞：物理實驗；創新設計；實驗改進

作者簡介：龔琪（1970—），男，上海市傅雷中學。

初中階段的物理教學應重視學生學習能力、物理學習興趣、學習態度等方面的培養，為學生的物理學習打好基礎。實驗是物理教學中的重要內容，改進和創新實驗設計有助于培養學生積極的學習態度，使學生在物理學習中保持高度的學習熱情，對于提升學生學習能力、打造高質量物理課堂有著重要意義。

一、初中物理實驗的創新設計及改進意義

物理學科作為自然學科，其核心任務是揭示自然界的規律。這些規律通常具有一定的抽象性，學生難以直接理解，因此實驗成了一個非常重要的學習途徑。在實驗中，學生可以通過觀察現象發現規律，理解概念和原理，建立物理思維，并學會應用物理規律來解決現實生活中的物理問題。創新和改進物理實驗設計，可以激發學生對實驗的興趣，讓他們在愉快的氛圍中掌握知識和提高能力，這對于提升學生的物理學習質量至關重要，有助于激發他們持續學習的動力。

《義務教育物理課程標準（2022年版）》對初中物理提出了更高的要求，要求培養學生的物理思維和物理觀念。傳統的物理課堂通常實施“灌輸式”教學，不利于學生理解抽象的物理概念、發現本質規律、形成物理思維。而創新物理實驗設計，對物理實驗進行改進，可以為學生搭建直觀的學習情境，使學生更好地理解物理知識，并通過自我反思與探究，進行更深層次的學習。這對于落實新課標、培養學生的綜合素養具有重要作用。

二、初中物理實驗創新設計及改進的原則與方法

（一）設計原則

物理實驗的創新設計和改進需要綜合考慮多個因素，包括物理學習內容、學生學習情況、學生興趣點、物理實驗條件等，以提升物理實驗教學質量，滿足學生需求，使學生能夠通過實驗學習知識與提高能力。因此，物理實驗的創新設計和改進應遵循以下原則。其一，情境化原則。所謂的“情”，指情感、興趣、思維；“境”則指場景，是符合學生思考和探究興趣的具體場景或環境。教師需要重視物理實驗情境設計，使學生能夠沉浸于實驗中，更好地理解概念，發現問題并解決問題［1］。其二，實踐性原則。物理實驗的設計和改進應從學生的視角出發，鼓勵學生積極參與實驗，形成高質量的物理學習過程。其三，創新性原則。傳統的物理實驗內容通常較為詳細，但缺乏新穎性，這可能導致學生興趣下降。因此，教師應該嘗試創新物理實驗，引入新工具、新方法、新技術，以吸引學生的關注，提升他們對物理實驗的興趣。其四，開放性原則。物理與社會生活密切相關，涉及多個學科，所以物理實驗設計也應融入生活案例，促使物理與其他學科融合，為學生提供一個開放的學習空間，拓寬他們的學科視野。

（二）設計方法

在物理實驗創新設計中，首先應做好學前分析，分析內容要包括學生的知識水平、能力水平、興趣點以及實驗條件，從學生能力和客觀條件出發選擇合適的實驗內容。其次，優化實驗過程設計。教師要考慮采用哪些方法進行實驗以及如何引導學生，同時引入新穎的實驗方法，例如小組合作實驗、學生自主實驗、“實驗＋活動”等，提升學生實驗體驗。再次，做好結構化設計。物理實驗的設計應與教學內容和進度相契合，確保實驗與教學緊密聯系。實驗設計應有助于學生更好地理解教學內容、鞏固知識和培養物理思維。最后，做好實驗反思和改進。物理實驗創新設計需要結合實踐，通過實際實施實驗、觀察物理過程、總結實驗結果，教師可以對不理想之處進行改進，確保實驗設計的科學性和有效性，為學生的物理學習創造有利條件。

三、初中物理實驗設計及改進中存在的問題

（一）實驗難度較大，學生參與性較低

在物理實驗創新設計中，部分教師過于注重知識學習，而忽略了學生的實際參與，同時，設計的實驗難度較大，學生難以獨立完成，導致學生不愿意采用實驗的方式學習。此外，部分教師在實驗設計中對實驗場景和工具的考慮較少，過于重視實驗的新穎性，沒有充分考慮實驗物品的可獲得性和實驗場景的安全性，導致實驗難以進行，影響學生的學習體驗和能力提升。

（二）實驗內容枯燥，學生興趣較低

部分教師沒有根據學生的需求豐富實驗內容，導致學生對實驗興趣不高。一些教師盡管具備創新意識，但創新僅限于形式，如改變工具或場景，換湯不換藥，導致學生難以感受到物理實驗的趣味性，從而失去主動探究、思考物理實驗過程的熱情。

（三）實驗缺乏探究性，不利于物理思維形成

一些教師給出實驗要求和步驟過于詳細，導致學生缺乏思考和探究的機會，只是機械地根據要求做實驗。在這種情況下，學生會失去培養創新思維和探究能力的機會。此外，缺乏懸念和情境創設的實驗設計也使學生難以發揮想象力和拓展思維。

（四）缺乏課外實驗融入，難以構建持續學習過程

物理學習需要走向實踐，和學生生活緊密相連，但是一些教師的實驗教育限于課堂內，缺乏課外實驗的融入，場景單一，導致學生在課后難以繼續進行物理實驗學習，只能依賴于“刷題”和死記硬背。這限制了學生的學習行動，不利于學生構建持續的學習過程。

四、初中物理實驗的創新設計及改進有效策略

（一）基于生活創新和改進實驗，提升學生參與度

物理實驗的創新設計應緊密結合學生的生活經驗，使實驗內容與學生的日常生活相關，以便學生理解知識。首先，教師應考慮學生的日常生活經驗，找出與實驗內容相關的情境或例子，這樣學生會更容易理解實驗的背景和目的，從而更愿意參與其中［2］。其次，實驗不宜太復雜，時間應控制在合理范圍內。復雜的實驗需要學生花費許多時間與精力，可能會導致學生失去興趣和耐心，難以保證實驗質量。

例如，滬教版初中物理八年級上冊（第一學期）“二力平衡”一課涉及摩擦力知識點的學習。為了幫助學生理解摩擦力以及摩擦力在社會生產生活中的作用，筆者進行了如下實驗設計。

（1）“筷子提米”——摩擦力小實驗

實驗材料：瓶子（或者空紙杯）、大米、筷子

實驗過程：取一個瓶子（或者空紙杯）裝入適量大米，將大米壓實。在瓶子中插入一根筷子，再次壓實大米，然后通過提筷子嘗試將裝有大米的瓶子提起來。

這個實驗簡單易行，操作難度適中。通過這個實驗，學生能夠直觀地感受到大米與筷子之間的摩擦力，理解為什么通過提筷子能夠提起瓶子。此外，這個實驗基于日常生活經驗，學生容易理解，從而加深對摩擦力概念的認識。

（2）“筷子夾玻璃球”實驗——體會摩擦力

實驗材料：筷子、玻璃球、粗糙布、雙面膠、沙子等

實驗過程：使用筷子夾住玻璃球，觀察夾取的效果，感受摩擦力。思考如何更有效地夾住玻璃球，可以嘗試在玻璃球上粘貼粗糙的布，或者在筷子上貼雙面膠，并在雙面膠上撒上沙子等。

通過這個實驗，學生將更深入地理解摩擦力的的概念，同時培養解決實際問題的能力和創新思維。

（二）基于學生興趣創新實驗，激發學生興趣

在物理學習中，興趣是提升學生學習動力的關鍵，教師應從激發學生興趣的角度出發，創新實驗設計。教師可在實驗中設計懸念，調動學生的探究欲望，讓學生通過查閱資料或者合作探究的方式來參與實驗，引領學生學習［3］。此外，教師可以關注學生的興趣愛好，結合他們在日常生活中所參與的活動來創新實驗，從而激發學生對實驗的興趣，提高實驗的教學價值。

例如，在滬教版初中物理九年級上冊（第一學期）“大氣壓強”的實驗教學中，教師可以設計“神秘的瓶子——探究大氣壓”實驗。即取一個瓶子裝滿水，接著在瓶子不同的面、不同的高度扎幾個小孔，然后觀察瓶子中水流的狀況。為了激發學生對實驗的興趣，教師可以在實驗前設置“水流是否會從四面八方涌出”的懸念。通過設計這個懸念，學生會對實驗情境充滿好奇和期待。當學生發現這種現象實際上不會發生時，他們會積極探究原因，嘗試在不同情境下扎孔，例如擰緊瓶蓋后再扎孔，或者扎更多的孔，以更深入地理解大氣壓的作用。這種基于學生興趣的實驗可以使學生更積極地參與到學習中，提高實驗的教學效果。

（三）設置探究性實驗，培養學生物理思維

物理實驗應是學生主動參與的實驗，教師只有發揮學生在實驗中的主動性，才能讓學生通過實驗深化學習、總結規律、形成概念、提升認知。因此，在物理實驗創新設計中，教師應特別關注實驗過程，為學生搭建思考和探究的平臺，讓學生有機會進行思考和實踐，使他們總結物理規律。此外，教師還應堅持因材施教的原則。對于那些在物理學習方面表現出較強能力的學生，可以設置開放性實驗內容，鼓勵他們根據所學的物理知識自主設計實驗并得出結論。這種方式不僅能夠豐富學生的學習體驗，還能夠為他們創造廣闊的探究空間，使他們能夠自主思考和探究，從而形成積極的學習過程。

例如，大氣壓強這個概念比較抽象，不少學生對于“大氣對浸在它里面的物體產生的壓強叫大氣壓”這樣的定義感到一頭霧水。對此，教師可以設計“覆杯”探究實驗。這個實驗所需的實驗工具較少，步驟簡單，容易操作，重點是讓學生自己完成實驗，體驗探究的過程。實驗過程如下：（1）取一個杯子，不裝滿水。（2）在杯口蓋上紙片，倒置杯子，觀察實驗現象。（3）將杯子裝滿水，在杯口蓋上紙片，再次倒置杯子，觀察實驗現象。（4）在杯子的頂部鉆一個小孔，然后用透明膠帶封孔，在杯口蓋上紙片，倒置杯子，觀察實驗現象。（5）揭開膠帶，使空氣重新進入杯子中，再次倒置杯子，觀察實驗現象。

通過實驗索引，學生可自主完成實驗探究，思考大氣壓強的概念，并用自己的話表達出來，如：“大氣壓強是指大氣對物體表面產生的沖擊力，由大量的大氣分子共同施加在物體表面上的壓力所形成?！边@種方法可以幫助學生更深刻地理解壓強概念，培養他們的物理思維能力。

（四）融入課外實驗，拓展物理學習空間

“雙減”政策下，物理新課標的實施對課后物理學習提出了更高的要求。教師應根據“雙減”政策和核心素養要求，積極設計課外實驗，以激發學生對物理知識的探索興趣，讓他們享受物理學習的樂趣［4］。課外實驗能為教師和學生提供更廣闊的探索空間：一方面，教師可以克服場景和設備的限制，擁有更高的物理實驗設計自由度；另一方面，學生可以得到家長的幫助或者查詢課外資料，從而實現學習的拓展，確保學習的深度。因此，在設計課外實驗時，教師可以融入多種元素，如木板、乒乓球、玻璃片、“熱風車”等，提升實驗的新穎性。教師還可以組織家庭類的小實驗，讓家長參與其中，這不僅可以起到監督的作用，確保實驗質量，還能培養學生的合作精神。

結語

物理實驗對于幫助學生理解概念、掌握知識具有積極的意義。在初中物理教學中，教師應該充分考慮學情，從學生的角度出發，設計和改進物理實驗，使實驗更加有趣，引導學生進行科學學習，培養學生的物理思維，幫助學生形成科學的物理學習方法，提高學生的物理學習質量。

［參考文獻］

王想敏.核心素養導向下的初中物理創新實驗教學設計：以“大氣壓強”實驗教學為例［J］.物理教學，2022，44（2）：38-40.

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高學哲.讓理性課堂充滿智慧之光：論初中物理實驗教學中學生創新思維的培養［J］.數理化解題研究，2021（14）：76-77.