淺談高中物理“迷你實驗室”的教學策略

黃軍榮

摘 要：實驗教學作為高中物理課程中的重要組成部分，也是高中生學習物理知識的重要渠道。然而傳統物理實驗教學存在課時偏少，學生實操機會少等問題，從而不利于高中生物理實驗能力的提升。為解決這一問題，“迷你實驗室”應運而生，通過讓學生開展一些小實驗去體驗物理知識的形成過程，這不僅激發了學生對物理實驗的參與興趣，而且也有助于培養他們物理學科素養。為此，文章就“迷你實驗室”在高中物理教學中的應用進行探討，以期進一步提高物理實驗教學的有效性。

關鍵詞：高中物理；迷你實驗室；應用；對策

實驗性屬于物理學科的基本特征，實驗教學也是高中物理教學中的重要組成部分。通過動手實驗能夠逐步培養學生的觀察能力、創新能力以及理解能力、實操能力。同時，實驗教學也能讓抽象復雜的物理知識變得直觀形象，激發學生的學習熱情，讓他們明白學好物理課的重要性。為了更好地培養高中生的物理實驗能力，“迷你實驗室”應運而生，學生在教師的指導下可自行開展一些簡單的迷你小實驗，這不僅能幫助他們加深對物理知識的理解，也能增加他們的學習動力。

一、迷你實驗室的概念

“迷你”英文“mini”，意為小的，短的，與“大”相反。由此“迷你實驗室”中的實驗可指小實驗，但傳統意義上小實驗是指學生在教師的教學安排下或者自己在興趣驅動下，利用身邊生活中的簡易儀器，在課外時間獨立或者跟同學一起完成相關操作簡易的實驗。而此“迷你實驗室”中的小實驗則有著其獨特性（為了能和傳統意義上的小實驗有所區分，本文中所有涉及“迷你實驗室”中的小實驗將定義為迷你實驗）。首先，迷你實驗在魯科版教材中有著清晰、明了的教學欄目方式呈現。其次，在“迷你實驗室”教學欄目中，每一個迷你實驗都配備了簡短的文字說明和形象的圖片展示。最后，迷你實驗的實驗內容和教材中知識點的分布緊密聯系，二者相輔相成。所謂“迷你實驗室”就是利用身邊一些簡單易得的物品圍繞物理教材中的知識點展開的一些較為簡單的小實驗，讓高中生通過實驗來獲取物理知識[1]。魯科版物理課本上的“迷你實驗室”一欄不僅設計簡單，而且趣味性強，處理靈活，基于上述優勢，該欄目獲得了大部分高中物理教師的認可，也在高中物理課堂教學中逐步得到重視。

二、“迷你實驗室”在高中物理實驗教學中的應用價值

（一）培養學生對物理的學習積極性

傳統高中物理教學中基于實驗器材、教學時間等諸多因素的限制，不少教師都是以講授知識的方式教學，實驗教學極少，即便開展物理實驗，也多為演示實驗或讓學生按部就班完成實驗操作。在此背景下學生極少有機會動手操作實驗，他們對某些物理現象、概念的理解也就停留于表面，往往只能死記硬背一些概念或公式。長此以往學生就對物理失去了學習熱情。將“迷你實驗室”引入物理實驗教學中，讓學生通過身邊易得的物品開展小實驗，既能激發他們探究物理的積極性，也能讓他們在動手實驗中真正理解物理知識，從而提高學習興趣[2]。

（二）培養學生的自主學習能力

“迷你實驗室”屬于一類新型的教學工具，具有良好的互動性與探究性，可以給學生一個嶄新的學習平臺。它的出現改變了傳統物理實驗教學模式，不再局限于教師演示、學生模仿的實驗形式，而更關注學生的自主探究、自我發現問題與解決問題。這有助于鍛煉高中生的自主學習能力。此外，“迷你實驗室”中涉及很多物理模型與模擬實驗，便于學生更直觀地去感知那些晦澀的物理概念與公式[3]。通過自主操作學生也能加深對這些物理內容的理解，并能從實驗中提高自己的獨立思考能力與問題解決能力。另外，通過團隊合作完成小實驗，也能培養高中生的團隊協作能力與溝通能力。

（三）實現個性化學習與差異化教學

每個高中生的學習能力與興趣點都不可能完全相同。迷你實驗室能夠針對學生的個體差異性，為其提供個性化的學習方案。高中生可以圍繞個人興趣與學習需求，有選擇性地去做小實驗，并進行深入探究。另外，物理教師也可結合學生的實驗表現與反饋信息，開展差異化教學，從而滿足不同學生的學習需求。這種個性化的教學方式能夠提高學生的學習效果，促進他們物理綜合素養的提高。

三、巧用“迷你實驗室”，提升高中物理實驗教學有效性

（一）創設實驗情境，培養學生的動手實踐能力

要想通過物理實驗來提高物理教學的有效性，就需引導學生主動參與到實驗學習中。而這就需要想方設法調動學生的參與熱情，讓他們產生強烈的好奇心與探究欲。為此，物理教師可結合課本上的“迷你小實驗”內容，設計出相應的實驗情境，一般可采用演示實驗、提問、動手操作、觀看微課實驗等辦法來營造教學情境。不管選擇哪種方法創設實驗教學情境，教師都應找準學生的興趣點，不然所創設的實驗教學情境就很難調動學生的參與積極性。以“摩擦力”這一知識點為例，我們是很難通過肉眼直接觀察到摩擦力以及相對運動趨勢的，故而學生不容易理解這一點。為了解決這一教學難題，幫助學生真正理解摩擦力是怎樣阻礙物體的相對運動趨勢的，于是筆者創設出下列教學情境：小劉騎電瓶車去上班，途中電瓶沒電了，于是車子逐漸減速最終停下來了。然后拋出問題情境：電瓶車在沒電的情況下仍會向前滑行，不過會漸漸放慢前行的速度，這是什么力阻礙了電瓶車向前滑動？通過問題情境引入本堂課的主題：摩擦力，隨后要求學生根據“迷你小實驗”自主改進設計一個小實驗進行探究。其中，學生可準備一塊粗糙的布、一塊光滑的木板、一個玩具小汽車，將小汽車放在木板與粗布上滑行，觀察比較小汽車在同等大小力的作用下所滑行的距離，然后通過不同大小推力去推動玩具小汽車，看一看小汽車前進距離的差異。在剛接觸摩擦力時不少學生都比較好奇，想知道摩擦力是怎樣阻礙玩具小汽車前行的，于是筆者通過設計實驗教學情境加以啟發，調動出學生的求知欲與探究欲，讓他們通過親手實驗去體驗。這樣就能將學生的直覺思維與他們的抽象思維、形象思維有機結合，利于他們對摩擦力這部分知識的理解，也能讓他們明白生活中一些現象的原理，從而為他們之后的物理學習打好基礎。

（二）開展小組合作探究實驗

合作探究學習是實驗教學中的重要環節，也有利于培養學生的合作探究能力與自學能力[4]。魯科版高中物理課本中的“迷你小實驗”專欄為學生提供了一個合作探究學習的重要平臺。采用小組合作探究的方式學生可圍繞一個實驗進行團隊合作，經過團隊的努力完成實驗探究任務，大家在互幫互助中收獲知識。以“探究安培力應用”這一“迷你小實驗”為例，教師設計出兩個探究任務：

任務1：自制模型，了解建立模型的方法。教師指導學生對電動機的轉動原理進行分析，然后讓學生拆解電動機的內部結構，觀察這些部件，對比分析簡易電動機主要部件與真實電動機部件之間的聯系。

學生操作：（1）將線圈用漆包線進行包繞，利用回形針構建支架將其分別插進電池盒的兩極。在沒有刮漆時線圈放在支架上不會發生轉動。

（2）4名學生為一組，根據課本上圖示提供的4種方法分別刮掉線圈上的絕緣漆。

經過上述實踐學生親歷了模型構建的基本步驟，將實物簡化成對應的基本原理圖，再從中提煉設計出實物模型。通過動手實踐學生的思維動機被激發，學習積極性也明顯更強烈。

任務2：巧用實驗，激活思維，培養科學態度。

實驗觀察：方法A是將左轉軸上側以及右轉軸下側的絕緣漆均刮除后制作線圈，然后把線圈置于支架上，看一看有何現象。學生發現線圈不會轉動，教師可指導學生想一想原因是什么，最終學生找到答案，原來兩邊未同時接通，線圈內就不存在電流，故而不會轉動。

實驗觀察：方法B是將位于兩轉軸下側的絕緣漆刮掉，然后制作線圈，把線圈放到支架上看一看有何現象。各組的結果不同，一些小組認為線圈不轉，另一些小組認為線圈會轉動。教師鼓勵學生去探究原因，有的小組找到了原因，當線路接通后在安培力的影響下線圈便會轉動，不過半圈后電路是不通的，也就沒有安培力，此時由于慣性影響，線圈依然會繼續轉動。而觀察到線圈不動的小組則心生疑問。此時，教師要注意引導，讓學生想想線圈在什么條件下不會轉動，然后思考自己在動手實驗中是否有什么紕漏，應加以完善。

實驗觀察：方法C是將一端上下側的絕緣漆刮掉，并將另一端下側的絕緣漆刮掉后制作成線圈，再將其放到支架上，看一看有何現象。各小組有了前兩次的經驗，經過自我摸索后自己的線圈都會轉動，教師應重點指導學生探究其中的原理。

實驗觀察：方法D是將兩端上下側的絕緣漆刮除再制作成線圈，將它放到支架上看一看有何現象。此時學生會發現線圈擺動，無法持續轉動。指導學生分析具體原理后，再深入理解電動機中轉換器的作用。

通過上述案例分析可知，“迷你實驗室”專欄的教學路徑是利用實驗探究的方法，讓學生參與到實驗操作中親身去體會探究實驗現象以及背后的物理知識。另外，將小組合作學習融入實驗教學中能夠鍛煉學生的團隊合作能力與探究能力。在此過程中教師可鼓勵學生自主設計實驗方案、操作實驗工具，觀察實驗現象，完成總結分析，并引導學生思考如何把所學的物理知識應用于生活實踐中，鍛煉他們的知識遷移能力及創新意識。

（三）運用生活中的資源開展“迷你小實驗”

學校物理實驗所用器材存在數量少、陳舊等問題，難以滿足學生開展實驗的需求。為此，物理教師在指導學生開展“迷你小實驗”時應多鼓勵他們就地取材，善于利用生活中常見的物品開展物理小實驗[5]。比如：在教學《超重與失重》一課時，大家已經學習了牛頓第三定律，為了讓大家明白超重與失重具備的主要特性、熟悉加速度的方向，筆者提前讓學生以小組合作的方式在課后開展一次小實驗。準備一個體重秤，先在平穩的地面記錄下自己的體重，然后在體重秤上迅速下蹲然后再站起來，看一看體重數據有無變化。之后到電梯內去測量體重，學生站在體重秤上面，觀察當電梯上升與下降的時候體重秤上的數據有無變化。另外，可利用手機上的Phyphox軟件獲取電梯在升降過程中的加速度。通過記錄對比四次自己的體重數據，學生就能更好地了解超重與失重、加速度方面的知識了，也能明白物理知識在生活中的大用處了。

（四）利用“迷你實驗室”提升物理復習效率

物理教師通常在教學結束后以書面知識的形式安排復習任務，旨在通過書面作業幫助學生去回顧加深對所學知識的理解，提升其物理應用能力[6]。然而書面形式的復習任務難免會讓高中生感到枯燥乏味，他們的主觀能動性也得不到有效調動，復習效果自然不明顯。另外，不少高中生根本未意識到課后復習在物理學習中的重要性，他們的學習熱情不高，也影響到復習效果。對此，物理教師可將“迷你實驗室”引入到課后復習環節中，讓學生通過動手實踐來消化所學知識，從而加深對這些知識的認識，也能讓他們逐漸構建起自己的物理知識體系。以“牛頓第二定律”為例，這部分內容屬于整個高中物理知識體系中的重中之重，也是高考物理中的常考對象。這部分內容非常重要，學好這部分知識才能學好高中物理，這也是學生解決物理學習難題的重要基礎[7]。物理教師在講授完這部分知識后，在復習環節要求學生參照“迷你實驗室”進行小實驗，自己動手操作將課堂上已學過的內容重新呈現，同時，圍繞有關知識開展實操應用。這樣就能加深對“牛頓第二定律”的理解，教師可鼓勵學生在課后多動手做一做這類小實驗，利用實驗就能對相關定律與原理有更全面充分的認知，而且也能加深印象，促使個人物理實驗能力的提升。

結束語

綜上所述，“迷你實驗室”是高中物理教學改革中產生的新成果，能夠將理論與實踐有機結合，明顯提高了高中生的學習熱情與實驗能力。學生通過自己動手操作，開展實驗探究，能更好地認識物理知識的形成過程與基本原理，從而促使學生形成科學思維，提升他們的問題解決能力。此外，“迷你實驗室”的應用也極大豐富了物理教師的教學手段，為物理課堂注入了新活力。它促進了師生間的互動，強化了學生的學習體驗，讓物理教學變得更生動有趣。由此可見，“迷你實驗室”在高中物理教學中擁有廣闊的應用前景。我們期待有更多的教育工作者能積極探索實踐“迷你實驗室”的應用，共同推動高中物理教學的創新及發展。

參考文獻

[1]卞藝玲.高中物理“迷你實驗室”的利用與開發[D].漳州：閩南師范大學，2019.

[2]連鑫蘭.高中物理“迷你實驗室”課堂教學探討[J].考試周刊，2018（A4）：168.

[3]胡席飛.滬科版初中物理教科書中“迷你實驗室”特點與功能研究[J].成才之路，2020（23）：118-119.

[4]蒲彪.淺析微課在高中物理實驗教學中的創新應用策略[J].教師，2017（15）：60.

[5]馬潔楓.淺談基于核心素養培養的高中物理實驗教學[J].高中數理化，2017（18）：33.

[6]魏昕.高中物理實驗資源的開發與利用[J].好家長：創新教育，2018（1）：1.

[7]沈建剛.巧設物理實驗，提高高中物理教學實效[J].數理天地（高中版），2023（2）：83-85.

本文系福建省教育科學“十四五”規劃2023年度課題：基于深度學習視角下高中物理新教材（魯科版）“迷你實驗室”專欄的教學實踐研究（課題編號：FJJKZX23-225）研究成果。