初中物理實驗“一器多用”教法探討

摘要：實驗是物理課程教學的重要內容，也是發展學生物理學科素養的重要途徑.“一器多用”是同一實驗器材在不同物理實驗中的復用現象.近年來，中考物理試題中，“一器多用”類試題也漸成熱點.在初中物理教學中，教師要立足學科實際，圍繞“一器多用”實驗展開探究，促進學生對物理實驗相關知識、技能的熟練掌握.

關鍵詞：初中物理；實驗教學；“一器多用”

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）20-0086-03

收稿日期：2024-04-15

作者簡介：曹煒煒（1981.11—），女，江蘇省南通人，碩士，中學一級教師，從事初中物理教學研究.

在物理實驗設計中，將同一套實驗器材進行簡單改造，使其能夠滿足不同類型的物理實驗需要.這種“一器多用”的方式，一方面提升了實驗器材的利用率，另一方面有助于培養學生實驗興趣、動手能力與創新精神.

1“一器多用”在物理實驗中的應用價值

1.1“一器多用”，不同實驗器材的實驗功能

在蘇科版物理教材中，與實驗相關的知識點較多，實驗教學占據重要地位.面對不同物理實驗，實驗中需要用到哪些實驗器材？這些器材有何作用？不同實驗，用到哪些相同的實驗器材？這些實驗器材在不同實驗活動中又發揮哪些功能？顯然，實驗教學中“一器多用”現象較為普遍，針對不同實驗目標，教師通過探究同一實驗器材的不同作用，幫助學生辨析實驗的原理［1］.

例1某中考物理題，要求學生測量橡皮的長度，并完成相關實驗任務.如圖1所示.

觀察圖1所示信息，測定出橡皮的長度為________cm；當手壓在橡皮上，施加的力越大，越容易擦掉錯字，該物理原理表明________越大，________越大；用細線吊起橡皮，將一本書________放在課桌上，當________現象發生時，推斷課桌是處于水平狀態的.

對該題的解析，由一塊橡皮開展一系列實驗.一方面，學生需要動手測量、觀察實驗，著重考查學生讀數、測量技能；另一方面，學生需要運用物理規律解決問題，考查學生對物理規律的掌握情況.另外，有驗證實驗，考查學生運用物理知識解決物理問題的能力.顯然，一塊橡皮作為“一器多用”實驗的共同器材，能夠讓學生直觀感受到其不同的功能和作用.

1.2“一器多用”，拓寬學生物理學習視野

在不同物理實驗中都應用到同一套或同一個實驗器材，針對該器材本身，讓學生認識到“一器多用”的實驗價值.同樣教師在實驗活動中，立足“一器多用”視角，組織學生開展實驗器材的橫向對比與討論，既拓寬實驗觀察的維度，又通過實驗器材增強學生對實驗基本技能、操作方法、實驗現象、實驗結論的推理判斷能力.學生從“一器多用”實驗探究中，物理思維得到多向碰撞，科學態度、科學方法等能力也得到內化，為物理實驗教學打開了新的學習思路.

例如，在學習“大氣壓強”相關知識時，教材中設置以托里拆利實驗來驗證空氣中大氣壓的存在.除此之外，針對大氣壓的測量，教師還可以引入其他相關聯的實驗活動.某實驗中，相關器材有塑料吸盤、真空玻璃罩、抽氣泵，如圖2所示.

實驗過程如下：先將塑料吸盤用力壓向玻璃罩內壁，使其黏在壁上，接著，開啟抽氣泵，抽取玻璃罩內的空氣.然后，在某一時刻，觀察玻璃罩內的塑料吸盤掉下來.啟發學生分析該實驗過程，未抽氣時的最初狀態，玻璃罩內的空氣壓力與外面一致，塑料吸盤在擠壓后，受玻璃罩內的空氣壓強影響，黏在罩壁上.當抽氣時，罩內的空氣不斷減少，所形成的空氣壓力越來越小，當玻璃罩內的空氣壓力低于吸盤內的空氣壓力時，吸盤便會掉下來.由此，來證明大氣中存在大氣壓.

也可開展以下實驗：先將一個氣球吹入少量空氣，密閉后放入玻璃罩內接著，開始抽氣，觀察氣球的變化在抽到一定程度后，氣球開始由小變大，最后即將占滿整個玻璃罩.隨后，玻璃罩觀察氣球開始慢慢變小，最終與剛放入時的大小一樣.分析該實驗過程，罩內空氣與罩外一樣，氣球放入后，因抽氣泵抽走罩內的空氣，導致壓強變小，氣球內的空氣壓強大于罩內，便自然膨脹實驗現象，當罩內空氣被抽盡后，氣球從理論上將充滿整個玻璃罩.隨后，當玻璃罩的閥門慢慢打開后，外部氣壓迅速進入罩內，罩內氣壓逐漸增大，氣球又慢慢變小.最后，罩內氣壓與罩外氣壓一致，氣球回歸最初的大小.從吸盤掉落與氣球變大變小過程中，讓學生從實驗中真切大氣壓強，以及壓強差所帶來的不同實驗現象.兩個實驗，都用到玻璃罩、抽氣泵等器材，便于學生從實驗活動中積累科學知識和經驗.

1.3“一器多用”，發展學生物理學科素養

在物理實驗探究中，教師指導學生參與實驗，從實驗中驗證物理知識，幫助學生獲得學科關鍵能力[2].

在學習“探討凸透鏡成像規律”時，很多教師將物距、像距、實像、虛像作為教學重點，而對于相關實驗過程，以及不同實驗現象的比較、論證不夠.學生對凸透鏡并不熟悉，對光屏與蠟燭之間為何要保持同一高度也不理解，在觀察像時，不知道如何辨析實像還是虛像.為此，將凸透鏡作為重要實驗材料，借之組織學生展開多種實驗探究活動.實驗如下：利用凸透鏡、白紙，通過調整凸透鏡與白紙間的距離，觀察白紙上所呈現的窗外“美景”.利用凸透鏡、小字卡片，讓學生想辦法觀察小字卡片上的字.學生通過動手實驗，體會凸透鏡既可以呈現正立的像，還可以呈現倒立的像，還具有放大、縮小像的作用.

同樣，根據學生分組，設置不同層次的問題，驅動學生參與物理實驗的操作.通過分組討論，讓學生圍繞凸透鏡成像規律展開交流，教師通過問題啟發和引領，讓每個學生慢慢理解物理規律.“一器多用”實驗探究，讓學生明白凸透鏡成像性質，與物距、焦距都有關系.從小組分層實驗中，突出學生合作意識、探究精神、良好學習品質的養成.

2“一器多用”物理實驗教學課例實施

本節圍繞“一器多用”在物理實驗中的應用，以蘇科版初中物理力學實驗為例，討論斜面這一器材在力學實驗中的復用情況.

2.1對比實驗中斜面的作用

所涉及的實驗有“探究阻力對物體運動的影響”“測量提升物體所做的功”“探究動能大小與哪些因素有關”“判斷重力的方向”.通過對四個實驗流程進行對比，梳理斜面在不同實驗中的作用如表1所示.

在力學實驗中，結合上述四項實驗過程，都用到斜面這一器材.分析各實驗過程，對斜面這一裝置的作用進行對比和分析.在“阻力與影響物體運動”實驗探究中，斜面為小車提供動能，小車在重力作用下，滑至水平面獲得相應動能，在受到不同材料摩擦力的作用下，使其行駛距離存在差異性.在“提升物體做功”實驗中，沿斜面提升重物與垂直提升重物形成對比，將總功與有用功進行區分.在“動能影響因素”實驗中，斜面的高度變化，為小車提供初始動能.在“重力方向”實驗中，主要借助于斜面，讓學生辨析斜面傾角與重力方向無關，重力的方向與水平面相垂直.另外，結合斜面，鼓勵學生動腦思考，動手設計驗證物理規律的實驗方案.通過交流，有學生想到利用斜面設計“重力勢能和動能轉化”的實驗，提高學生“一器多用”意識.

2.2不同實驗中的問題啟發教學

“一器多用”視角下，對不同實驗過程進行分析，教師要通過問題啟發，促進師生互動，共同探討物理實驗中同一器材的作用和特點，幫助學生完成實驗目標.對照四項實驗，問題1：請說明共用哪一器材？對于斜面，在不同實驗中有何功能？在探究阻力與物體運動時，斜面為物體提供一個“速度”值；不同質量物體，在同一高度斜面下，到達底部所得速度值是否相同？問題2：圍繞提升物體所做的功與重力方向的判斷實驗，對其實驗現象、實驗結論進行探討.問題3：對阻力與物體運動關系，影響動能大小的因素，試說明實驗所采用的方法，以及如何推導實驗結論？可見，“一器多用”讓物理實驗更加豐富、多樣，利用問題引領，對比不同實驗中斜面的使用方法及作用.學生通過探究斜面，物理思維得以拓展，物理實驗教學成效得以提高.

2.3“一器多用”教學注意事項

初中物理實驗中“一器多用”的運用，教師要注意三點：一是注重實驗器材的整合，以“一器多用”為抓手，幫助學生理清實驗內容及目標，提高實驗教學效率.二是在“一器多用”實驗中，教師要善用問題鏈啟發教學.三是實驗設計要科學.物理實驗具有多樣性，教師在“一器多用”實驗設計中，要明晰實驗器材的應用價值.依托任務驅動，指導學生運用實驗器材，驗證物理規律，推導物理結論，增強物理實驗綜合能力.

另外，實驗教學還要重視評價的運用，實驗評價要聚焦物理知識點，細化評價標準，選擇合適的評價方式，鼓勵學生開展實驗探究，注重反思實驗過程，掌握實驗操作方法和能力.3結束語

在物理實驗中，“一器多用”是培養學生實驗綜合能力的重要手段.教師要結合所學物理知識、實驗目標、儀器設備的工作原理，拓寬“一器多用”實驗思路.教師要樹立“一器多用”意識，整合和創新物理實驗方案，抓住學生好奇心，促進學生物理實驗知識、經驗、技能的積累，讓學生從實驗探究中獲得科學精神.參考文獻：

［1］ 蔣新，李秋霞.“一器多用”實驗整合式教學的實踐與思考：以蘇科版初中物理力學實驗為例[J].湖南中學物理，2022，37（04）：56-59.

[2] 甘貴川.論初中化學實驗教學中“一器多用”策略的實現[J].課程教育研究，2017（04）：144.

［責任編輯：李璟］