迷你實驗在高中物理教學中的應用探討

鄧偉

摘 要：新課改背景下的高中物理教學將更加注重對學生核心素養的培育，教師將通過系統完善的物理課程促進學生物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任素養的同步發展。迷你實驗能夠使學生在親身實踐中探索物理現象，驗證物理理論，從而深化對物理知識的理解和應用，且有助于培養學生的科學探究精神和獨立思考能力，是推動高中物理教學改革實施的重要手段。鑒于此，文章以迷你實驗在高中物理教學中的應用為主題展開探究，闡述迷你實驗的概念，分析迷你實驗在高中物理教學中的應用價值，再結合實踐案例提出具體的應用方法與策略，以期不斷促進高中物理課程教學改革的實施。

關鍵詞：迷你實驗；高中物理；教學應用；策略

物理課程是高中教育的主體課程之一，在培養學生科學素養、邏輯思維能力以及解決實際問題能力等方面發揮著至關重要的作用。然而，在傳統的物理教學實踐中，由于課程時間的限制、實驗器材的缺乏或過時等原因，部分學生難以通過實驗探究過程獲得充分的體驗和深刻的理解。在此背景下，迷你實驗應運而生，通過規模小、時間短、成本低且易于操作的實驗活動，不僅能夠大幅降低傳統物理實驗所需的時間、空間及經濟成本，還能以其高效和精練的特性，適應快節奏的教學進程，有效解決課堂時間有限等問題。因此，探討迷你實驗在高中物理教學中的應用，對于提升教學質量、優化教學方法具有重要意義。

一、迷你實驗的概念

迷你實驗，從字面意思上看是指規模較小、操作簡單、成本低廉的實驗。“迷你”（mini）一詞來源于英語，通常用來形容小型或縮小版的物品或概念。“迷你實驗”側重于簡化和縮小規模的實驗活動，旨在使實驗過程更加高效、便捷，同時保持教學目的的達成。這類實驗通常需要的資源較少，易于在有限的環境和條件下進行，特別適合教育場景，使學生能夠在實踐中探索和學習科學原理。具體來講，迷你實驗是一種符合新課改教學要求的現代教學方法，其核心特征包括操作的簡便性、結果的直觀性和實驗過程的趣味性，教師可以采用最簡潔的設備和材料，以最直接的方式演示物理現象或驗證物理定律，從而達到預期的教學目的[1]。實踐中，迷你實驗的設計往往圍繞教科書內容展開，教師通過清晰、明了的教學欄目形式呈現，旨在幫助學生通過動手實踐活動深化對物理概念的理解和應用，進而促進學生對物理學科的興趣和認知，再通過觀察、操作、思考和討論的過程培養學生的科學探究能力和創新思維，為學生物理核心素養的全面發展提供支持。

二、迷你實驗在高中物理教學中的應用價值

作為自然科學的一個重要分支，物理學不僅涵蓋了廣泛的理論知識，同時還可通過實驗教學環節促進學生理論與實踐的結合，幫助學生深入理解物理定律和原理。而迷你實驗在高中物理教學的應用，能更有效地促進學生物理核心素養的發展[2]。一方面，迷你實驗具有簡便易行的特性，可以大大減少傳統物理實驗所需的時間和資源投入，教師可以在有限的教學時間內高效完成更多實驗項目，從而豐富學生的學習體驗。高效率的實驗模式不僅為學生提供了更多直觀感受物理現象和驗證物理定律的機會，還可有效提升課堂的動態性和互動性，進而激發學生對物理學科的興趣和好奇心[3]。另一方面，迷你實驗的操作簡單和結果直觀，學生能夠在實踐中快速理解和掌握復雜的物理概念和原理，有助于提高學生自主學習和解決問題的能力。通過動手實踐，學生能夠更好地將理論知識與實際操作相結合，加深對物理定律的認識，培養科學探究和創新思維。除此之外，迷你實驗的引入還為教師提供了一種靈活的教學工具，使得物理教學更加個性化和多樣化。教師可以根據學生的興趣和學習進度，靈活設計或調整實驗內容，滿足不同學生的學習需求，實現差異化教學，從而在實踐探究的過程中培養他們的團隊合作精神和溝通能力，為其全人發展提供了支持，對促進學生綜合能力的提高具有重要意義[4]。

三、迷你實驗在高中物理教學中的應用策略

（一）分析教學目標，精選實驗內容

在迷你實驗的內容選擇方面，教師首先需要對高中物理的教學大綱進行細致研究，從中提煉出關鍵的教學點和學生應掌握的核心物理概念。接下來，教師需要將這些教學目標與可能的實驗活動相對應，精心挑選出既能夠有效展示物理原理和現象，又能緊密聯系學生日常生活經驗的迷你實驗[5]。這一過程中，教師需綜合考慮實驗的教育價值和實際操作的可行性，優先選擇能夠激發學生好奇心、引發探索欲望并具有高度參與感的實驗項目。例如，教學目標是讓學生理解光的折射原理，教師可以選擇用水杯和激光筆的簡單實驗，因其不僅操作簡便，成本低廉，且能直觀展現光在不同介質間傳播時的變化，易于學生理解和記憶。通過精心選擇和設計，迷你實驗能夠成為連接理論與實踐，提高學生物理學習興趣和深化知識理解的有效橋梁。

以魯科版高中物理必修2中“勻速圓周運動快慢的描述”的教學為例，學生需要理解勻速圓周運動的基本概念，掌握描述圓周運動快慢的物理量，包括線速度和角速度的定義及其計算方法等。為達成這一教學目標，教師需要選擇能夠直觀展示圓周運動的特點及線速度和角速度關系的實驗內容。首先，教師可以設計一個簡單的齒輪組實驗，利用日常生活中常見的“齒輪”（如樂高）進行設計，讓學生觀察小輪轉動多圈、大輪轉一圈的現象，從而引出線速度的概念，且可在推導線速度公式時提供直觀的理解，有效提高學生的學習動力和實驗參與度。同時，為了讓學生直接參與到圓周運動中，感受線速度和角速度的差異，教師還可以設計“圓周運動”的實驗，讓學生實際體驗到不同位置上的線速度差異和角速度的相同性。親身體驗的實驗方法不僅能夠深化學生對勻速圓周運動的理解，還增強理論知識與實際現象之間的聯系。通過這兩個實驗，教師能夠有效地達成教學目標，即讓學生通過直觀、互動的實驗活動深刻理解勻速圓周運動的相關概念和物理量，同時激發學生的學習興趣，提高物理學習的效果。

（二）使用日常物品，制作實驗材料

在迷你實驗的實踐中，教師需要發揮創新思維，將日常生活物品作為主要實驗材料，以達到既經濟又高效的教學效果。為此，教師需要精準識別隱藏在學生日常生活中且可用作物理實驗的普通物品，例如，使用瓶蓋演示慣性定律，或利用橡皮筋和吸管構建簡易的彈簧測力計，這些都是典型的將日常物品應用于物理實驗的實例。接下來，教師需評估所選物品的適用性與安全性，確保這些物品在實驗中的使用不僅能達到教學目的，而且不會產生安全風險。然后，教師需考慮如何將生活物品與物理實驗教學內容相結合，設計簡單的改造或組合方式，使其能夠有效地演示特定的物理現象或原理。通過這種方式，日常物品可被賦予新的教育價值，使物理實驗不再局限于專業的實驗器材和設備，不僅可以極大地降低物理實驗的成本，而且更加貼近學生的生活，更易于激發學生對物理學習的興趣和熱情。

在魯科版高中物理必修2中“勻速圓周運動快慢的描述”中“圓周運動”的實驗中，教師就可以利用日常物品制作實驗材料。例如，教師可以使用一根繩子和幾個小物品（如小球、圓環或重物）設計一個簡易的圓周運動實驗。在實驗中，繩子的一端固定或由學生持握，另一端綁定小物品作為旋轉體，通過手臂的旋轉讓綁定的小物品在水平面或垂直面內進行圓周運動。通過這種設置，學生可以直接觀察并體驗到隨著旋轉半徑的變化，即它們與旋轉中心的距離不同，所感受到的線速度變化，同時理解在同一旋轉速度下，不同半徑上的點角速度保持不變的原理。同時，教師還可以引入彩色標簽或彩帶，將其貼在繩上不同的位置，幫助學生更清晰地觀察和區分線速度的差異，使得抽象的物理概念“圓周運動的線速度和角速度”直觀易懂，不僅能夠深刻理解勻速圓周運動的相關概念，還能激發他們探索物理世界的熱情。

（三）結合學生能力，設計實驗流程

在設計迷你實驗流程時，教師必須細致考慮學生的個體差異，包括他們的認知水平、學習背景及操作技能，以確保實驗設計既能夠激發學生的學習興趣，又不會因難度過高而挫敗他們的積極性。首先，教師應評估學生對即將進行實驗的物理概念的理解程度，據此調整實驗的復雜性，確保實驗內容既能夠挑戰學生，又能讓他們感到可行和有成就感。接下來，在實驗的組織過程中，教師需采用分組合作的形式，不僅可以根據每個學生的特點和能力分配不同的實驗角色，還可以借此機會培養學生之間的溝通與協作能力。此外，為了讓學生能夠順利完成實驗，教師需要提前準備詳細的實驗指導，包括清晰的步驟說明、目標解釋以及可能遇到的問題和應對策略，并在實驗過程中進行現場演示，使學生對實驗有一個直觀的認識。通過這樣有條不紊的流程設計，迷你實驗能夠在確保教學質量的同時，最大限度地調動學生的參與熱情，促進他們的全面發展。

例如，在設計“勻速圓周運動快慢的描述”主題下“圓周運動——彩色標簽或彩帶”的迷你實驗中，考慮到學生的不同認知水平和操作能力，教師要設計簡單可行的實驗流程。第一步：觀察學習。學生需要認真觀察教師的實驗演示，教師將大致展示如何使用彩色標簽或彩帶在繩子的不同位置進行標記，以便在圓周運動時觀察這些標簽的運動情況。第二步：分組討論。學生分成小組，討論決定在繩子上的哪些位置貼上彩色標簽或彩帶，以此代表圓周運動中不同半徑上的點，旨在讓學生通過實際操作理解半徑對線速度的影響。第三步：實驗操作。一名學生持繩子一端固定在中心點（可以是手持或固定在桌面上的小鉤子），另一端綁上小物品作為旋轉體，如小球或其他輕質物品，確保它可以自由旋轉。學生輕輕旋轉繩子，讓綁有小物品的繩子在水平面內進行勻速圓周運動。第四步：觀察記錄。旋轉過程中，其他組員觀察并記錄不同顏色標簽的運動情況，尤其是它們的運動速度。同時，學生需要觀察和討論，哪些標簽移動得更快，哪些移動得慢，分析速度快慢與它們在繩子上的位置（即半徑大小）有何關系。第五步：總結。實驗結束后，每組學生需要基于觀察結果，共同討論并總結勻速圓周運動中線速度和角速度的關系，尤其是不同半徑對線速度的影響，進而通過實踐活動直觀地理解勻速圓周運動的相關概念。

（四）開展課后反思，總結實驗收獲

迷你實驗結束后，教師還應重視總結反思，這是優化實驗效果的重要步驟。首先，教師應組織學生對實驗過程進行全面回顧，包括實驗操作、觀察記錄以及結果分析等方面，鼓勵學生表達自己的看法和感受。其次，教師可以指導學生識別實驗中存在的問題和不足，如操作失誤、數據記錄不準確或結論推理上的邏輯漏洞，從而加深學生對物理概念的理解和應用。接著，教師與學生共同探討如何改進實驗設計和操作方法，提出具體的改進建議和策略。通過這樣的課后反思活動，不僅能夠促進學生的自我評價和批判性思維能力，還能激發他們對物理學習的持續興趣和探究精神。

例如，在“勻速圓周運動快慢的描述”主題下“圓周運動——彩色標簽或彩帶”迷你實驗之后，教師課組織一次課后反思會議，學生分享自己在實驗中的觀察、困惑以及收獲。總結中，一位學生提到，通過觀察不同顏色標簽在繩子上的運動，他明顯感受到了離旋轉中心越遠，標簽移動得越快，直觀地驗證線速度與半徑大小的關系。同時，還有一個小組分享了自己遇到的實際問題：在實驗開始時，他們沒有將彩色標簽牢固地粘貼在繩子上，在進行圓周運動的旋轉實驗時，由于旋轉速度的增加，部分彩色標簽因粘貼不穩而中途脫落。這個意外的情況打斷了實驗的進行，迫使該小組暫停實驗，重新粘貼標簽。通過這次經歷，學生深刻意識到了實驗準備階段對整個實驗成功的重要性，特別關注對實驗中細節的處理，他們在后續的實驗中更加注重準備工作，確保所有實驗材料都能滿足實驗過程的需要，從而避免類似問題的發生。通過這樣的討論，教師引導學生深入理解勻速圓周運動的物理概念，并指出了實驗過程中的不足之處，如需要提前檢查實驗器材的穩定性等。教師還可鼓勵學生思考如何改進實驗，以獲得更準確的觀察結果，加深學生對勻速圓周運動知識點的理解。

結束語

綜上所述，迷你實驗在高中物理教學中具有積極的應用價值，能夠為傳統的物理教學注入新活力。因此，教師應當重視迷你實驗的應用，從實驗內容選擇、實驗材料制作、實驗流程設計和實驗收獲總結等方面著手，通過采用迷你和直觀的實驗操作，將抽象的物理理論與實際現象相結合，不斷增強學生的理解和記憶，引導學生在主動參與和探究中強化對知識的掌握，實現對學生科學素養、創新能力和問題解決能力的培養。

參考文獻

[1]冷高勇.從“迷你實驗室”看高中物理實驗教學改進[J].中學物理教學參考，2014（1）：2.

[2]趙惠松，嚴云佳.設計迷你實驗突破思維障礙：高中物理習題課課堂教學手段探索[J].中學物理教學參考，2016，45（11）：48-51.

[3]徐為為.“迷你實驗室”視角下高中物理課堂教學[J].新課程（下），2018（11）：176.

[4]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.

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