中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新

□河南省鄭州市教育局實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝備管理中心 李 敏

實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)的強(qiáng)有力助力。當(dāng)前的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在“紙上談兵”的問題，影響實(shí)驗(yàn)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。造成此問題的主要原因是教師教學(xué)和實(shí)驗(yàn)本身。要想真正地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)價(jià)值，物理教師需要遵循適宜的原則，采用適宜的策略創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)。對此，教師進(jìn)行了“中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新”研究。研究內(nèi)容分兩部分，第一部分是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新原則，第二部分是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新策略。希望借助這兩部分內(nèi)容改進(jìn)當(dāng)前的物理教學(xué)現(xiàn)狀，增強(qiáng)物理教學(xué)效果。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要構(gòu)成，具有形象性、直觀性、互動性、趣味性等特點(diǎn)。一般情況下，物理教師可以應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)來創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、組織物理探究活動等，助力學(xué)生知其然知其所以然，同時(shí)也鍛煉多樣能力，增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)的有效性。然而，當(dāng)前的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教師教學(xué)、實(shí)驗(yàn)本身這兩大因素的影響下，存在“紙上談兵”的問題。解決此問題需要物理教師進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新。所謂的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新是指教師在延續(xù)物理實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，遵循適宜的原則來改造實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)功能、實(shí)驗(yàn)教具、實(shí)驗(yàn)步驟等，靈活地將物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于不同的階段，確保每個學(xué)生能獲得操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，并在認(rèn)真操作的過程中建構(gòu)物理認(rèn)知，提高創(chuàng)新能力和創(chuàng)新素質(zhì)。

一、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新原則

（一）科學(xué)性原則

物理知識是物理學(xué)家經(jīng)過千辛萬苦研究總結(jié)出的結(jié)論，具有極強(qiáng)的科學(xué)性。教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)物理知識的特點(diǎn)，將科學(xué)性原則作為創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一要素。遵循科學(xué)性原則意味著要保證科學(xué)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作過程、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案都具有科學(xué)性。只有科學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)才能確保學(xué)生有效地探究物理知識。

例如，“探究凸透鏡成像的規(guī)律”（部編版初中物理教材八年級上冊第五章第三節(jié)）是最難的物理實(shí)驗(yàn)之一，在實(shí)踐過程中存在著光源問題、光具座問題、廣屏問題、透鏡問題。在遵循科學(xué)性原則的情況下，教師可以改造實(shí)驗(yàn)器材，在解決現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)問題的基礎(chǔ)上確保學(xué)生能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。以改造光具座為例，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材的影響下，學(xué)生很難快速地查看像距和物距之間的位置。針對此情況，教師可以將原實(shí)驗(yàn)中的光具座的刻度尺上的中點(diǎn)作為凸透鏡的固定位置，并設(shè)為零刻度。這樣，光具座兩側(cè)的數(shù)值會逐步地增大，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)過程中直接讀出物距和像距。

（二）直觀性原則

物理實(shí)驗(yàn)具有直觀性，便于在吸引學(xué)生注意力的同時(shí)，促使學(xué)生觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。因?yàn)椴糠治锢韺?shí)驗(yàn)的效果不太明顯，阻礙了學(xué)生有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。所以教師應(yīng)當(dāng)遵循直觀性原則，改變實(shí)驗(yàn)快慢、大小等來增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的直觀性，切實(shí)地輔助學(xué)生進(jìn)行物理探究。

例如，在“探究影響壓力作用效果的因素”（部編版初中物理教材八年級下冊第九章第一節(jié)）實(shí)驗(yàn)中，教材呈現(xiàn)了相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)方案：將四腳小桌板放在海綿上，通過觀察海綿的凹陷程度來確定壓力的作用效果。在演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，部分學(xué)生無法清楚、直接地看到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。針對此情況，教師可以遵循直觀性原則，將小桌板的四個腳加工為冰刀狀，減少小桌板的四腳與海綿的接觸面，增強(qiáng)海綿的凹陷程度。同時(shí)，在操作實(shí)驗(yàn)的過程中，教師可以在面向?qū)W生的海綿一側(cè)用黑色簽字筆畫出平行線。這樣，學(xué)生可以清楚、直接地看到黑色的平行線在小桌板的四腳的作用下發(fā)生了明顯的凹陷，由此探究出影響壓力作用效果的因素。

（三）安全性原則

有些物理實(shí)驗(yàn)操作過程較為繁瑣，很容易引發(fā)一些安全問題。保障師生安全是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一要務(wù)。教師應(yīng)當(dāng)遵循安全性原則來創(chuàng)新原有的物理實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，教師應(yīng)當(dāng)檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備，確保其具有安全性。當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在安全隱患的實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)及時(shí)替換實(shí)驗(yàn)設(shè)備或改造實(shí)驗(yàn)設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)操作過程中，教師要時(shí)刻監(jiān)督、提醒學(xué)生按規(guī)則操作；時(shí)刻觀察學(xué)生，以便在發(fā)現(xiàn)安全隱患后，能夠及時(shí)采取恰當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行處理。

例如，在教學(xué)“探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)”（部編版初中物理教材八年級上冊第三章第三節(jié)）實(shí)驗(yàn)時(shí)，部分教師為了節(jié)約寶貴的課堂時(shí)間，往往會用試管來操作實(shí)驗(yàn)。與燒杯相比，雖然試管的加熱時(shí)間短暫、氣泡變化明顯，但是很容易出現(xiàn)“暴沸”現(xiàn)象，燙傷學(xué)生。針對此情況，教師可以遵循安全性原則，按照教材中的實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生用燒杯來操作實(shí)驗(yàn)。為了提升實(shí)驗(yàn)效率，教師可以引導(dǎo)學(xué)生向燒杯中倒入少量的溫水，并在燒杯下方墊上石棉網(wǎng)，避免出現(xiàn)燒杯爆炸的情況，確保學(xué)生安全地操作實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、探究實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

（四）趣味性原則

對于大部分學(xué)生而言，物理學(xué)習(xí)是一件具有枯燥性的活動，很難產(chǎn)生濃厚的興趣。與物理知識相比，物理實(shí)驗(yàn)雖然具有趣味性，但是教師倘若一味地“照本宣科”，很容易使物理實(shí)驗(yàn)變得無趣，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對此，教師應(yīng)當(dāng)遵循趣味性原則，在打破物理教材限制的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的物理知識來設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，最大限度地增強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)的趣味性。

例如，“大氣壓強(qiáng)”（部編版初中物理教材八年級下冊第九章第三節(jié)）在“動手動腦學(xué)物理”欄目中簡單地介紹了馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。雖然教師可以利用微視頻引導(dǎo)學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)，但是大部分學(xué)生在缺乏親身體驗(yàn)的情況下很難深刻地認(rèn)知大氣壓強(qiáng)的存在，容易感到無趣。要想改進(jìn)此現(xiàn)狀，教師需要遵循趣味性原則，使用生活中常見的物品來改造原有實(shí)驗(yàn)方案中的器材——使用兩塊透明的亞克力板加鐵拉環(huán)、橡膠圈和軟管制作出一個模擬實(shí)驗(yàn)器具。

然后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生打濕橡膠圈，將兩塊亞克力板與橡膠圈緊緊按壓在一起，形成一個密封的空間。接著將注射器插入軟管中，拉動注射器，抽出兩塊亞克力板之間的空氣；再用一個夾子夾住軟管，減少空氣流動；最后，引導(dǎo)小組成員分別拉動兩塊亞克力板上的繩子。在親自操作實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生很容易感受到物理實(shí)驗(yàn)的樂趣，同時(shí)親身感受到大氣與壓強(qiáng)的存在，有利于建立深刻的物理認(rèn)知，鍛煉物理實(shí)驗(yàn)探究能力。

（五）必要性原則

物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新需要經(jīng)過多重考究。這需要教師耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。倘若教師將大量的時(shí)間和精力放在沒有必要創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)上，很容易出現(xiàn)適得其反的教學(xué)問題。因此，教師應(yīng)當(dāng)遵循必要性的原則來創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)。

具體來講在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)之前，教師首先可以考慮原有實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，判斷其缺點(diǎn)是否會影響學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、是否會對學(xué)生的生命安全構(gòu)成威脅，由此確定實(shí)驗(yàn)是否有創(chuàng)新的必要性。在做好判斷后，教師可以在必要的地方狠下功夫，遵循科學(xué)性、安全性、直觀性、趣味性等原則來創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，不必將精力和時(shí)間放在追求“高科技”“新玩意”上，否則很容易偏離物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的初心。例如，在“探究固體熔化時(shí)溫度的變化規(guī)律”（部編版初中物理教材八年級上冊第三章第二節(jié)）這節(jié)課上，學(xué)生要研究海波和石蠟的融化過程。該實(shí)驗(yàn)過程較為繁瑣，很容易使學(xué)生遇到諸多的問題，教師可以用紅外線替代酒精燈，用溫度傳感器替代溫度計(jì)，用電腦測出數(shù)據(jù)，并在電子白板上顯示具體的數(shù)據(jù)和圖像。這樣，學(xué)生就可以輕松地借助物理實(shí)驗(yàn)了解海波和石蠟的融化情況，直觀地認(rèn)知固體熔化時(shí)的溫度變化規(guī)律。同時(shí)，學(xué)生會受到實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性的影響，建立創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的意識。

二、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新策略

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新策略是指以學(xué)生的物理學(xué)習(xí)過程為依托，靈活地應(yīng)用創(chuàng)新性物理知識引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)多樣的物理探究活動，使學(xué)生增強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)興趣，建構(gòu)物理認(rèn)知，鍛煉多樣能力。

（一）課前：學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，自主探究

課前階段是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的起始階段。物理教學(xué)改革倡導(dǎo)先學(xué)后教。課前自學(xué)是學(xué)生先學(xué)的實(shí)踐表現(xiàn)，而教師可以依據(jù)學(xué)生的課前自學(xué)情況實(shí)施課堂教學(xué)?？v觀上文可見，創(chuàng)新后的物理實(shí)驗(yàn)具有趣味性、可行性，可以使學(xué)生獲得實(shí)驗(yàn)操作機(jī)會。對此，教師應(yīng)當(dāng)布置實(shí)驗(yàn)操作任務(wù)來顛覆傳統(tǒng)的教學(xué)流程，讓學(xué)生在課前階段自主操作、探究物理實(shí)驗(yàn)。

例如，在教學(xué)“平面鏡成像”（部編版初中物理教材八年級上冊第四章第三節(jié)）之前，教師可以布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)：按照要求操作實(shí)驗(yàn)，想一想投入存錢罐的硬幣為什么會消失？

實(shí)驗(yàn)材料：硬幣、透明塑料盒、卡紙、鏡子。

實(shí)驗(yàn)方法：將卡紙分別鋪到透明塑料盒的底面和側(cè)面，將平面鏡斜放到塑料盒中，在塑料盒底面和側(cè)面的卡紙上畫出與鏡子同樣傾斜度的線條，用一張卡紙封住塑料盒的頂部，并在卡紙上剪出一個可以通過一枚硬幣的小口，將一枚硬幣順著小口投放進(jìn)塑料盒中。

該實(shí)驗(yàn)簡單易操作，同時(shí)具有趣味性，很容易點(diǎn)燃學(xué)生的興趣。學(xué)生在操作實(shí)驗(yàn)的過程中，認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，當(dāng)硬幣從自己眼前消失不見時(shí)，學(xué)生很容易增強(qiáng)探究欲望，迫切地想知道實(shí)驗(yàn)原理。有部分學(xué)生自主地翻閱教材，探尋實(shí)驗(yàn)原理。有部分學(xué)生登錄網(wǎng)站，揭開實(shí)驗(yàn)奧秘。通過進(jìn)行這樣的自主學(xué)習(xí)，學(xué)生既可以增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)興趣，還可以初步地認(rèn)知平面鏡成像，便于在課堂上進(jìn)行深入探究。

（二）課中：學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，互動探究

課中階段是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的關(guān)鍵階段，是學(xué)生與小組成員、教師互動探究實(shí)驗(yàn)的階段。在此階段，教師可以依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境、教學(xué)內(nèi)容提出問題或任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生開放思維，設(shè)想不同的實(shí)驗(yàn)方案來操作實(shí)驗(yàn)，由此建立良好的物理認(rèn)知。

例如，在“測量物質(zhì)的密度”（部編版初中物理教材八年級上冊第六章第三節(jié)）這節(jié)課上，因?yàn)槿鄙俨糠謱?shí)驗(yàn)器材，所以教師可以提出問題，驅(qū)動學(xué)生與小組成員合作設(shè)想實(shí)驗(yàn)方案，就此創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)。教師可以向?qū)W生發(fā)問：“在沒有量筒只有天平的情況下，怎樣測量出固體和液體的密度？”學(xué)生在小組合作交流的過程中開放思維，設(shè)想不同的測量方法。如，在測量固體密度時(shí)，可以先用天平先后測量出金屬塊和空燒杯的質(zhì)量。接著將金屬塊放進(jìn)盛滿水的燒杯中，并用另外一個燒杯收集溢出的水，用天平測量空燒杯和溢出水的總質(zhì)量。總質(zhì)量減去空燒杯的質(zhì)量就是溢出水的質(zhì)量。然后利用密度公式列出關(guān)系式，簡化后得出金屬塊的密度。再比如，在測量液體密度時(shí)，可以先用天平測量出空燒杯的質(zhì)量和裝滿水的燒杯的質(zhì)量，利用密度公式得出玻璃杯的總?cè)萘?，接著用玻璃杯裝滿待測液體，根據(jù)V液=V杯=V水，求算出待測液體的總質(zhì)量。最后根據(jù)密度公式計(jì)算出待測液體的密度。根據(jù)學(xué)生的合作探究情況，教師可以鼓勵他們操作實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證本組的猜想。同時(shí)，教師可以延續(xù)此方法，讓學(xué)生繼續(xù)探究“在沒有天平只有量筒的情況下如何測量出固體和液體密度”。

在整個實(shí)驗(yàn)探究過程中，學(xué)生在問題的驅(qū)動下突破思維定勢的限制，設(shè)想不同的實(shí)驗(yàn)方案，并積極地與小組成員交流，確定可行性的實(shí)驗(yàn)方案，認(rèn)真操作、觀察、計(jì)算得出結(jié)論，由此實(shí)現(xiàn)了物理知識點(diǎn)間的融會貫通，同時(shí)積累了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，有利于提升物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。

（三）課后：學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，拓展探究

課后階段是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的拓展階段，是學(xué)生遷移物理認(rèn)知，自主設(shè)計(jì)、操作實(shí)驗(yàn)的階段。在此階段，學(xué)生可以發(fā)揮主觀能動性，創(chuàng)新性地改進(jìn)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)器材、方法等，也可以創(chuàng)造出新穎的物理實(shí)驗(yàn)，由此做到學(xué)用結(jié)合，建立深刻的物理認(rèn)知，同時(shí)提升物理創(chuàng)新能力。因此，教師可以在課后階段鼓勵學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，借此拓展實(shí)驗(yàn)探究的廣度和深度。

例如，在參與“浮力”（部編版初中物理八年級下冊第十章第一節(jié)）課堂教學(xué)過程中，大部分學(xué)生了解了浮力產(chǎn)生的原因。教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用乒乓球、塑料瓶設(shè)計(jì)、操作實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證浮力產(chǎn)生的原因。在已有物理認(rèn)知的支撐下，學(xué)生會發(fā)散思維，設(shè)想不同的實(shí)驗(yàn)方案。如，有學(xué)生去掉塑料瓶的瓶蓋，剪去塑料瓶的底部，將塑料瓶倒立起來，接著將一個乒乓球放進(jìn)塑料瓶中，并快速地向塑料瓶中倒水。學(xué)生發(fā)現(xiàn)乒乓球無法在塑料瓶中漂浮起來，有少量的水從塑料瓶和乒乓球的縫隙中流出來。此時(shí)，學(xué)生將塑料瓶蓋上蓋子，確保乒乓球的下部充滿水，此時(shí)乒乓球漂浮在水面上。在這樣的實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)知浮力產(chǎn)生的原因，同時(shí)鍛煉實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，有利于提升實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。在物理課后服務(wù)其間，教師可以鼓勵學(xué)生輪流展示各自的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，互相汲取經(jīng)驗(yàn)，增強(qiáng)思維廣度和寬度，為自主創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

三、結(jié)語

總而言之，有效的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新可以在彌補(bǔ)原有物理實(shí)驗(yàn)不足的基礎(chǔ)上，切實(shí)讓學(xué)生獲得物理實(shí)驗(yàn)探究機(jī)會。學(xué)生可以通過探究物理實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)對物理學(xué)習(xí)的興趣，掌握物理知識，增強(qiáng)創(chuàng)新意識，提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰λ健Υ耍踔形锢斫處煈?yīng)當(dāng)把握物理教學(xué)時(shí)機(jī)，善于遵循適宜的原則創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，并在不同的教學(xué)階段引導(dǎo)學(xué)生探究物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)價(jià)值。