物理課外實驗作業的分類設計與素材獲取

［摘 要］依據教學需求和實驗內容，物理課外實驗作業可分為觀察體驗類、驗證復習類、測量應用類、知識拓展類和儀器制作類。為提高物理課外實驗作業的有效性，應針對不同類型的作業采取相應的設計策略。同時從課本、習題、網絡、生活中廣泛搜集素材，為有效設計物理課外實驗作業奠定基礎。

［關鍵詞］物理課外實驗作業；分類設計；素材獲取

［中圖分類號］ " "G633.7 " " " " " " " "［文獻標識碼］ " "A " " " " " " " "［文章編號］ " "1674-6058（2024）29-0044-03

實驗是物理教學的重要環節。部分物理教師重視課堂演示實驗與學生分組實驗，卻忽視了課外實驗對學生學習的積極影響。設計并應用有趣的物理課外實驗，可以鞏固學生知識，培養學生的實驗操作技能與物理核心素養。物理課外實驗作業，即學生按照教師要求在課外獨立或合作完成的小實驗、小制作，通常是以生活用品作為實驗器材，成本低且操作性強。與注重結果的課堂演示實驗不同，物理課外實驗更注重學生的學習體驗，其內容涵蓋課外拓展知識，方法多為非常規。分類設計并有效應用物理課外實驗作業能更好地促進學生的深度學習。本文以八年級物理為例具體闡述物理課外實驗作業的分類設計與素材選取。

一、物理課外實驗作業的分類設計

物理課外實驗作業內容豐富多樣，涵蓋觀察生活現象、驗證物理規律及解決生活實際問題等方面。教師應根據教學需求、學生情況以及作業目標，采取恰當的設計策略，以提高作業的有效性。

（一）觀察體驗類

當前，部分學生因缺少觀察物理現象的機會，導致觀察能力弱，思考動力不足，且生活體驗匱乏。同時，部分學生即使觀察，也往往流于表面，進行的是無效觀察。在課堂演示實驗中，由于學生不能近距離觀看，參與度受限，進而影響實驗效果。加之課堂時間與空間限制，能展示的實驗現象并不多。因此，設計觀察體驗類課外實驗作業，可有效彌補課堂演示實驗的不足，引導學生在生活中多觀察、勤思考。

［例1］用老虎鉗不斷折彎鐵絲，感受折彎處的溫度變化。

［例2］利用家中的放大鏡、老花鏡觀察近處物體和遠處物體。

觀察體驗類課外實驗作業，不需要借助復雜的實驗器材，且步驟較為簡單，宜于新知學習前布置。為了讓學生明確實驗目的，理解實驗原理，在設計觀察體驗類課外實驗作業時需做好以下幾點：（1）先引導學生復習實驗相關舊知識，再充分介紹所需新知識。（2）對實驗設計思路與步驟進行必要的闡述。（3）明確指出實驗觀察點，即“看什么”“聽什么”“觸摸什么”“感受什么”。（4）引導學生思考與實驗現象相關聯的物理知識。（5）鼓勵學生記錄意外現象，分析討論其產生原因。

（二）驗證復習類

設計驗證復習類課外實驗作業旨在讓學生在學習課本知識之后再次實踐，進而鞏固課堂所學知識。此類實驗不是簡單重復課堂實驗，而是對課堂實驗的溫故知新，既鞏固所學物理規律和熟悉實驗流程，側重創新。在實驗器材或方法上，其與課堂實驗有所區別。教師在設計驗證復習類課外實驗作業時應善于利用生活用品作為實驗器材，優化實驗方法，以便于學生居家操作。

［例3］用帶探頭的數顯溫度計和家用冰箱驗證水的凝固、冰的熔化過程的溫度變化規律。

［例4］用鏡子和水驗證光的色散。

驗證復習類課外實驗作業通常安排在課后復習階段，這樣有利于深化學生對物理概念的理解，提升學生的數據處理與分析技能及實驗操作技能。鑒于學生對實驗已較為熟悉，作業的文字引導可適當簡化。設計作業時，可融合實驗練習題，將書面練習與實驗操作相結合，以實驗操作加深對練習題的理解，同時利用書面練習推動實驗操作中的思維深化。設計驗證復習類課外實驗作業時需注意以下幾點：（1）了解學生對物理知識的掌握程度。（2）引導學生進行科學記錄：定性觀察實驗要準確記錄實驗現象，規范表述實驗結果；定量測量實驗要利用表格、坐標系等工具記錄和分析數據。同時，記錄實驗中的失敗操作、錯誤現象和突發情況等，為后續教學提供解析素材。（3）引導學生分析實驗誤差產生的原因，并思考改進方法。（4）篩選與實驗相配套的練習。

（三）測量應用類

在教學物理量的測量方法后，教師可引導學生將其應用于生活。有的物理量可直接用儀表測量，如電流、電壓、力；有的則需間接測量，如效率、功率。測量應用類課外實驗作業常涉及間接測量的物理量，要求學生利用直接測量的結果，結合公式計算得出。測量應用類課外實驗目的明確、步驟清晰，使用生活中的測量工具就可以完成。

［例5］利用學校操場內側跑道的長度和手表，測量自己正常步行的速度。

［例6］測量并計算自己上樓梯的功率。

測量應用類課外實驗作業能加深學生對物理概念的理解，進一步提升學生的測量技能，使學生體會知識的應用價值，培養學以致用的能力。由于每個直接測量數據都直接影響最終結果，因此作業設計需注意以下幾點：（1）引導學生復習相關物理量概念和計算公式。（2）指導學生科學使用測量工具，規范記錄數據。（3）引導學生分析實驗誤差的來源及減少實驗誤差的方法。（4）引導學生對實驗進行改進。（5）引導學生將實驗過程撰寫成實驗報告，確保實驗報告內容完整，包括實驗名稱、實驗原理、實驗器材、實驗步驟、實驗數據記錄、實驗結果分析、實驗誤差分析等。

（四）知識拓展類

知識拓展類課外實驗作業依托非教材實驗，引導學生探究習題中出現的物理問題及其成因。知識拓展類課外實驗不限定實驗器材與過程，對學生綜合能力要求較高，旨在培養學生的實驗設計能力和科學探究能力。此類作業建議小組合作完成。知識拓展類課外實驗作業強調過程而非結果，因此教師要鼓勵學生在完成作業的過程中交流、討論并優化實驗方案。

［例7］探究滑動摩擦力大小與接觸面積大小的關系。

［例8］證明從冰箱里拿出的飲料瓶壁上的水是空氣中水蒸氣的液化，而非瓶中水滲出。

在學生完成知識拓展類課外實驗作業的過程中，教師應引導他們自主設計不同的實驗方案，避免直接給學生提供實驗方案或施加太多限制。設計知識拓展類課外實驗作業時，要注意以下幾點：（1）明確實驗任務和操作范圍，引導學生依據實驗原理完成實驗任務。（2）引導學生進行實驗方案的可行性分析。（3）引導學生正確操作和認真思考，并適時優化實驗方案。（4）引導學生小組間討論交流，比較不同實驗方案的優劣，以取長補短。

（五）儀器制作類

設計儀器制作類課外實驗作業旨在讓學生利用生活中的常見材料，制作簡易小儀器，并用以測量物理量。此類作業要求學生有較強的動手操作能力，且耗時較長，適合學生組建興趣小組，分工合作完成。小組內，動手能力強的學生負責制作儀器，其他成員則觀摩學習、檢驗使用效果、給出評價，并共同探討改進方法。教師應耐心引導，及時幫助，積極評價。在儀器制作過程中，學生會自然思考所用物理方法，理解蘊含的物理原理，深化對物理規律的認識。實際制作中難免會遇到問題，一旦出現問題學生就需要重溫知識點，細致分析制作過程，實現對知識的意義建構。完成儀器制作類課外實驗作業有助于培養學生的知識遷移與應用能力。

［例9］制作浮力秤，測量物體質量。

［例10］制作氣壓計，檢測高樓層的氣壓與地面氣壓。

儀器制作類課外實驗作業強調學生學以致用、手腦并用，學生需自選材料、規劃流程，最終制作出各具特色的儀器。設計作業時，應注意以下幾點：（1）復習相關物理知識和原理，明確制作依據，引導制作方向。（2）必要時展示儀器原型，凸顯材料選擇和儀器制作的重要性。（3）通過限定儀器的測量范圍與精度來提升作業挑戰性。（4）鼓勵小組動手前進行充分討論，合理規劃實驗方案。（5）重視實驗后的交流總結，探討擴大測量范圍或提高測量精度的方法，并制定改進方案。

二、物理課外實驗作業的素材獲取

物理課外實驗作業的素材來源廣泛，并不僅限于教材中的“想想做做”“動手動腦學物理”“實驗”等欄目，還蘊藏于學生的奇思妙想、社會生活及習題之中。教師獲取物理課外實驗素材可從以下幾個方面入手：

（一）挖掘學生的奇思妙想

在日常教學中，學生常會帶著疑問求助教師，而教師不一定能準確解釋清楚，或學生不一定能聽明白教師的解釋。此時，可將這些問題轉化為課外實驗作業，讓學生動手探究，這樣效果往往勝過教師講解。比如在講解溫度計的使用時，有學生提問：要想使溫度計的測量準確度更高，它的玻璃泡是要大一些還是要小一些？液柱是要粗一些還是細一些？針對這兩個問題，教師可引導學生根據溫度計的原理進行猜想，并自行組裝簡易溫度計，進行對比實驗驗證。這要求教師平時多收集學生的問題，探索將其轉化為課外實驗作業的途徑，并且積累學生的實驗成果。

（二）開發效果不佳的課堂演示實驗

有些課堂演示實驗因各種原因導致教學效果欠佳。以氣體膨脹對外做功實驗為例，即使實驗前教師已強調觀察重點為瓶塞彈開瞬間的現象，但在實驗中學生往往更關注打氣過程中玻璃瓶是否會脹裂。加之實驗條件限制，瓶口產生的白霧可能淡且出現時間短，致使學生難以看清。為了提高實驗效果，教師可結合該實驗與學生常玩的游戲，設計物理課外實驗作業。具體實驗操作為：先將塑料礦泉水瓶的蓋子調整至不漏氣且松緊適度的狀態，再用力旋擰瓶身，當瓶內空間壓縮至一定程度時，瓶蓋會突然彈開，并伴有白霧產生。此簡易實驗易于操作，每個學生都能完成并看清相應實驗現象，且在保證安全的前提下，還能引導學生探究增加白霧量的方法，從而進一步激發學生的學習興趣。

（三）開發難懂的練習題

學生有時會碰到一些看似簡單，但實際難解的練習題，即便教師解釋，學生也因缺乏生活體驗或知識體系不完整而難以理解。比如“凸透鏡成像實驗中，當物體成實像時，用紙片遮住凸透鏡的一半，其所成的實像會有什么變化？”，對于這一習題，很多學生誤認為實像也會減半。鑒于學生是初學者，其知識儲備并不足以支撐他們理解這個問題，教師不應反復講解，而應讓學生親身體驗。將此類習題開發設計為物理課外實驗作業，不但能讓學生迅速找到答案，而且能讓他們探究鏡頭尺寸、光圈大小與圖像亮度之間的關系。

（四）篩選書籍、網絡資源

除了教材和習題，教師還可以從物理實驗類書籍及網絡資源中篩選物理課外實驗作業的素材。例如，書籍《趣味物理實驗》《玩轉科學系列：超有趣的物理小實驗》，前者由俄羅斯著名科普作家別萊利曼所著，含近100個趣味物理實驗；后者由國內教師籍欽光所著，精選了47個有趣的小實驗。此外，專業教育網站如初中學習物理網（https：//www.xwuli.cn/）、中學生科技網（http：//www.zxskj.com/wulixiaoshiyan）等以及短視頻App（如快手、抖音）中的實驗欄目，均提供了豐富的實驗資源。教師可利用這些實驗資源開發設計物理課外實驗作業，幫助學生更好地開展物理課外實驗。

課外實驗作業相較于課堂實驗作業擁有更靈活的時間和空間。在完成課外實驗作業的過程中，學生能更深入地參與實驗設計、操作、評估及改進，拓展物理學習的深度與廣度。因此，教師應多渠道搜集實驗素材，設計多樣化的物理課外實驗作業，為學生的物理核心素養提升搭建更廣闊的平臺。

［ " 參 " 考 " 文 " 獻 " ］

[1] "徐繼迎.初中物理課外實踐活動設計：以靜電實驗為例[J].中學教學參考，2023（17）：45-48.

[2] "岳劍鋒.“雙減”背景下初中物理家庭實驗作業開發與實施路徑[J].中學物理教學參考，2023（15）：7-10.

[3] "李芳.課外小組合作實驗：培養物理學科素養的有效途徑[J].中學教學參考，2021（5）：49-51.

（責任編輯 " "黃春香）