增進實驗設計體驗　提升學生思維品質

張秋紅

【摘要】“雙減”政策和新課程標準對義務教育提出了更新更高的要求。本文從初中物理教育角度出發，結合“焦耳定律”的教學實踐介紹學生進行實驗設計、展示交流的實例，讓學生增強實驗設計體驗，順利突破教學重難點，從而幫助學生增強實驗探究水平、提升思維品質，為學生的思維在高中能順利進階做好鋪墊，為學生的終身發展服務。

【關鍵詞】初中物理? 實驗設計? 思維品質

【基金項目】本文系河北省教育裝備“十四五”規劃課題“基于思維品質提升的初中物理探究類實驗教學實踐研究”階段性研究成果，課題編號：JYZB2204123。

【中圖分類號】G633.7 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2024）02-0109-03

一、背景

2021年7月中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發了《關于進一步減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔的意見》，“雙減”政策的落地意在減輕學生過重的作業負擔和校外培訓負擔，目的在于讓每一個孩子接受更健康的教育，提升教育質量。2022年版物理新課程標準中明確指出：聚焦中國學生發展核心素養，培養學生適應未來發展的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，進一步精選對學生終身發展有價值的課程內容，減負提質，凸顯學生主體地位，關注學生個性化、多樣化的學習和發展需求，義務教育物理課程是一門以實驗為基礎的自然科學課程，幫助學生從物理學視角認識自然、解決相關實際問題，初步形成科學的自然觀，引導學生經歷科學探究過程，學習科學研究方法，養成科學思維習慣，進而學會學習。

二、學生情況調查

對于初中生而言，初中二年級才開始學習物理，本人針對剛剛升入初二年級的143個學生做了一個調查。調查題目如下：

調查題目1.你喜歡在家動手做一做各種各樣的小實驗嗎？

A.特別喜歡，平時我就喜歡自己在家動手做一做

B.喜歡，只要老師說了我很樂意做

C.一般，做不做都行

D.不喜歡

調查題目2.如果老師讓同學們在家準備一個自選小實驗，你的實驗內容來源？

A.自己思考的

B.網絡上查找篩選一下

C.課本中相關的或重復課本中的

D.查找科普類或實驗類書籍

調查題目3.假如你在家做實驗，你喜歡和家人（如父母）一起進行嗎？

A.特別喜歡 B.比較喜歡

C.都行 D.更喜歡自己做實驗

調查題目4.如果你要在學校課堂上展示給同學們實驗，你會在家事先做準備到什么階段？

A.好好準備，在家先做熟練

B.準備好器材，心里面想想大概怎么做就可以了

C.準備好器材，到學校再想怎么做就行

D.不會放在心上

調查題目5.如果在課上沒有機會展示你在家準備的小實驗，你是否愿意錄成視頻或做成其他形式作品在相關微信群或大屏幕進行展示？

A.特別愿意 B.比較愿意

C.無所謂 D.不愿意

經統計，各題選擇各選項人數如表1。

從調查結果來看，49%的學生喜歡在家動手做一做各種各樣的小實驗，38%的學生在老師布置后也是很喜歡做的。而如果讓學生準備一個自選小實驗，34%的學生實驗內容來源于自己思考，41%的學生會網絡上查找篩選一下。假如學生在家做實驗，52%學生特別喜歡和比較喜歡與家人（如父母）一起進行，22%學生感覺做實驗時有沒有家人的參與都行，25%更喜歡自己進行實驗。如果要在學校課堂上展示給同學們一個小實驗，84%的學生會在家好好準備，先做熟練。如果在課上沒有機會展示在家準備的小實驗，特別愿意和比較愿意錄成視頻或做成其他形式作品在相關微信群或大屏幕進行展示的占68%。可見喜歡實驗設計操作、邊動手邊動腦、得到肯定、希望展示等這些特點符合初中生。

三、實際體驗

在物理實驗教學中，學生會對許多物理現象不能理解，需要我們借助實驗現象解決這些問題。學生根據問題，選擇實驗器材，設計實驗。在設計、動手操作的過程中學生的探究能力得到了鍛煉，思維品質得到了提升。如在焦耳定律內容的學習過程中學生可進行自己設計和展示實驗的體驗。如下為焦耳定律教學內容分析及第一課時實際教學過程主要環節：

教材分析：《焦耳定律》是教科版九年級物理上冊第六章《電功率》里的內容。本章內容屬于課程標準中科學內容的第三個主題“能量”，是該主題下的二級主題“電磁能”中的部分內容，知識內容雖然不多，但很重要，它是從能量轉化的角度來學習電學的基礎知識。教材在學生已具備電阻、電流、電壓、內能、電功等知識后及時地安排了本節課，滿足了學生的學習需要，同時也為學生升入高中打好了堅實的基礎。此外，本節課也為下一節電功率的教學做了某些知識準備，在全章中起著承前啟后的作用。《初中物理新課程標準》中提出的基本理念之一是：“注重科學探究，提倡學習方式的多樣化”，在這部分內容的學習中，應該著重讓學生親歷各種探究過程，學習知識，發展解決實際問題的能力。

教學對象分析：學生在上節課認識了電流的熱效應，知道了電流通過導體產生熱量，這為本節課的教學提供了基礎；通過課下查閱資料進行實驗，找到了比較熱量多少的方法，并通過探究“歐姆定律”等實驗中關于控制變量法的學習與應用，為“電熱與電阻、電流和通電時間關系的探究”提供了科學的思維方式。

教學過程：

環節1：課堂引入

教師活動：設置情境，請同學們幫幫老師：上周六，我出門前囑咐兒子好好寫作業，不要看電視。我回來時看到他在認真寫作業，電視機也沒打開，很高興。可是我用手一摸電視機后蓋后就發現，他剛看過電視。誰知道我是怎么判定的？

學生活動：同學們積極思考、踴躍回答問題，說出電視機的后蓋發熱說明剛剛看過電視。

達成目標：設置情境，尤其是同學們都熟悉的情境，吸引了學生的注意力，提升學習興趣，同時引出本節課的學習知識——電流的熱效應。

環節2：提出問題

教師活動：生活中，許多家用電器接通電流后，都伴有發熱現象。請同學們找出這些家用電器的共同特點：電烤箱、電熱水壺、電烙鐵、電熨斗、電爐子等。引導學生觀察電爐子工作時的情況并提出問題：電爐絲和導線通過電流相同，為什么電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱？電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關？

學生活動：觀察，結合生活經驗進行思考：這些用電器通電后都會發熱。認識到：電流通過導體時，電能轉化為內能的現象叫作電流的熱效應。觀察電爐子圖片并提出問題：電爐絲和導線通過電流相同，為什么電爐絲熱得發紅，而導線卻幾乎不發熱？電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關？

達成目標：結合實際生活使學生體會理解電流的熱效應的概念，并通過觀察提出問題：電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關？為下一步的學習做好鋪墊。

環節3：猜想假設

教師活動：教師提出問題：結合生活經驗，猜想電流產生熱量的影響因素，并提醒學生注意控制變量法在探究中的應用。

學生活動：學生結合實際情況猜想影響電熱的因素：可能與電流有關；可能與時間有關；可能與電阻有關。

達成目標：使學生結合生活經驗等實際情況進行猜想假設，并注意控制變量法在探究中的應用。

環節4：學生實驗展示交流

教師活動：電流通過導體產熱，其中所產生的熱量既看不見也摸不著，如何測量呢？教師從這個問題入手引導學生展示自己的實驗設計，解決如何比較電熱多少的問題。同時介紹科學方法：轉換法。

教師介紹器材（圖1）：電阻絲固定在一個通明塑料盒內，盒蓋上有接線柱和兩個通氣孔，通氣孔上分別連上橡膠管，把一個通氣孔用夾子夾住密封，另一個通氣孔通過橡膠管連接裝有一定液體的U形玻璃管，把電熱的多少轉換為觀察U形管內兩側液面的高度差。

學生活動：學生展示自己的實驗設計，解決如何比較電熱多少的問題：用發熱的電阻絲切割泡沫塑料，通過切割快慢來比較電熱多少；用電熨斗熨燙泡沫板，通過泡沫板的彎曲程度來判斷電熱多少；給熱水器通電通過觀察水溫的變化來判斷電熱的多少；把發熱的電阻絲和塑料布放在一起，觀察塑料布的卷曲程度來判斷電熱多少等。學生體會轉換法的應用。

達成目標：讓學生展示自己的實驗設計，既能解決如何比較電熱多少的問題，又提升了學生在實驗當中的參與感，為提升學習興趣和科學探究能力助力。體會科學方法的作用和多樣性。

環節5：電路設計

教師活動：教師在學生設計電路探究電熱與電阻、電流的關系時，給予適當引導。探究電熱與電阻的關系電路圖如圖2；探究電熱與電流的關系電路圖如圖3。

學生活動：設計電路用以探究電熱與電阻、電流的關系。根據常識（通電時間越長塑料布被烤焦的程度越嚴重）判斷不用設計電路探究電熱與通電時間的關系。

達成目標：學生在明確了如何比較電熱多少后，又設計了實驗電路，為實驗探究做好準備。

環節6：實驗探究

教師活動：教師展示實驗，分別探究電熱與電阻、電流的關系：引導學生觀察實驗、分析歸納。探究電熱與電阻的關系電路圖如圖4；探究電熱與電流的關系電路圖如圖5。

學生活動：學生觀察實驗、分析歸納得出：電流通過導體產生的熱量跟電流、電阻、通電時間有關。電流越大，電阻越大，通電時間越長，電流通過導體產生的熱量越多。

達成目標：讓學生觀察實驗、分析歸納得出電流通過導體產生的熱量跟電流、電阻、通電時間的定性關系。

環節7：電熱的利用與危害

教師活動：教師展示多種利用電熱的用電器，請學生判斷哪些是利用電熱、哪些是防止電熱帶來的危害。引導學生有節約用電的意識。

學生活動：學生觀察判斷哪些家用電器是利用電熱、哪些是防止電熱帶來的危害。有節約用電的意識。

達成目標：通過了解電熱的利用和防止，認識科學的應用價值，使學生體會物理與生活生產的緊密聯系，培養學生將物理知識主動運用于生活生產的意識。

環節8：課堂總結

教師活動：教師引導學生練一練；引導學生對本節課的內容進行小結。

學生活動：學生鞏固自己本節課的收獲和進行反思總結。

達成目標：使學生在練習和總結知識的過程中，鞏固今日所學。

四、感受

實驗由學生來設計和展示交流，學生會將生活中的物品納入實驗，其余學生更容易接受和理解。在這個過程中學生要思考、準備器材、動手操作、組織語言，一定程度上成功地解決了問題時，會產生喜悅感，會激發出學生對科學探究的一種深層次動力，并上升到對科學探究的興趣的提升。這種對實驗的興趣提升擴散到整個學習中，從而將有效提高各學科的學習效益。同時，通過實驗設計能力的培養，能夠提升學生的創新精神和實踐能力，對思維品質的提升起到較好的作用。

五、小結

科學探究不只是科學知識的學習，更是培養學生的核心素養。所以科學課堂中的實驗非常重要，讓學生參與到實驗設計當中，在實驗中探究，在實驗中發展，在實驗中提升認知。新時代需要具有創新型思維的人才，教育的根本意義和價值在于培養創新精神、訓練創新能力、提升思維品質。對于初中生而言，也許他的創新和思維還比較初級和幼稚，但是我們要看到這些創新思維之“芽”，相信經過以后學習中的思維進階，一定能開出創新思維之“花”，結出創新思維之“果”。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]李春密.義務教育課程標準（2022年版）課例式解讀初中物理[M].北京：教育科學出版社，2022.

[3]劉阿平.通過實驗設計創新 發展學生物理核心素養——以“探究杠桿的平衡條件”為例[J].物理教學探討，2021（5）：32-34.