初中物理力學實驗教學的優化研究

摘要：初中物理課程標準在實施建議中明確提出應重視科學探究式教學，而實驗和科學探究有著緊密的聯系，實驗教學是科學探究式教學的重要方式之一。力學是整個初中階段物理學習中非常重要的內容之一，也是中考考查的重點內容之一。因此，初中物理教師有效開展力學實驗教學是非常重要的。本文從力學實驗教學經驗出發，分析了初中物理力學實驗教學中存在的一些問題，并由此提出相應的優化策略和具體的實施方案，希望能夠為廣大的初中物理教師提供相應的參考和幫助。

關鍵詞：初中物理 力學實驗 優化研究

在滬粵版教材中，力學是八年級下冊的教學內容，較之八年級上冊內容難度明顯增大。學生多是從八年級下學期開始出現兩極分化現象，甚至有一些學生失去了學習物理的興趣。教師如果能夠充分優化實驗設計，讓學生自己動起手做實驗，就能夠抓住學生們的興趣，從而實現力學教學的順利過渡。但是縱觀初中物理力學實驗教學的實際情況并不樂觀，在現行的物理實驗教學中存在著“做實驗不如講實驗，講實驗不如背實驗”的現象，尤其是力學實驗。一線物理教師深知實驗的重要性，也想盡可能多地讓學生親身經歷實驗的過程，但現實卻是占用了有限的教學時間卻往往無法收到預期的效果。優化力學實驗的教學設計，充分開發力學實驗教學的資源是一線初中物理教師的必修課。

一、初中物理力學實驗教學的問題

（一）教學目標不夠明確

在新課改的大環境下，學生對力學實驗充滿熱情，不少初中物理教師在力學實驗教學中會注重學生的主體地位，想方設法讓學生自主開展相關的力學實驗。但是，由于教材中沒有統一的力學實驗教學設計和相關的參考，大多數力學實驗都是根據教師自己制定的教學目標進行的。而很多新手教師和青年教師對實驗教學設計經驗不足，僅根據教科書上的實驗名稱就要求學生開展實驗，有時會和學生的實際操作能力和已有知識技能產生矛盾，從而導致初中物理力學實驗教學無法收到預期的效果。實驗目標、實驗步驟、任務分工都不夠明確，顯然會導致學生在分組實驗中并不知道該做些什么、怎么做、為什么這么做。所以力學實驗教學目標的確定是重中之重。

（二）實驗指導缺失

實驗指導對于學生的實驗操作過程起著至關重要的作用，它承擔著引導學生正確進行實驗、理解實驗目的和操作步驟的任務。然而，在現有力學實驗中，實驗指導往往存在著一些問題。

第一，實驗指導缺乏詳細的實驗步驟和操作要點的說明。學生在開展力學實驗活動時，需要清楚地了解實驗的整體流程和每個步驟的操作要領。然而，教師在進行實驗指導時可能只簡單列出了一些實驗步驟，尤其是探究浮力的實驗，缺乏具體的操作指導，導致學生在實驗過程中容易出現操作錯誤或不確定的情況。

第二，實驗指導缺乏實驗目的和預期結果的解釋。學生在進行實驗時，通過實驗目的的解釋可以更好地理解實驗的意義和目標，從而提高他們的實驗動力和主動參與度。然而，教師在進行實驗指導時可能只是簡單提及實驗目的，缺乏詳細的解釋或示例，導致學生對實驗的意義和預期結果產生疑慮。

第三，實驗指導缺乏對關鍵實驗概念和原理的講解。力學實驗往往涉及一些基本的物理概念和原理，學生需要在實驗中應用這些知識來解決問題。然而，教師在進行實驗指導時可能沒有對這些關鍵概念和原理進行充分講解，導致學生在實驗中缺乏相關知識的支持，很難理解實驗過程和結果背后的原理。

我們應該重視實驗指導，提供清晰詳細的操作步驟和要點說明，解釋實驗的目的和預期結果，講解關鍵概念和原理，從而提高學生的實驗操作能力和理解能力。

（三）實驗器材不足與設備滯后

物理實驗器材是進行物理實驗的前提條件，只有在實驗器材和材料充足的狀態下，物理實驗教學目標才能得以完成。但是，不少學校的力學實驗器材和材料不是很充足，學校缺乏相應的資金投入在力學實驗器材上。具體表現為一些實驗器材的精度不夠高，無法滿足實驗的要求，例如，測力計的刻度不夠清晰，導致測量力的準確度受到影響；一些實驗器材耐久性較差，容易損壞或失效，例如，實驗室中常用的天平，由于使用頻繁或使用不當，損壞后影響了實驗的進行；還有一些實驗器材的功能不夠完善，無法滿足實驗的要求，例如，一些力學實驗中需要進行數據的實時采集和分析，然而當前使用的數據采集系統功能有限，無法滿足實驗的需要。這限制了學生對實驗過程的實時監測和數據處理。

（四）教師的實驗演示沒有發揮應有的效果

除了書本上少數的學生實驗外，還有很多力學演示實驗。恰到好處地利用這些小實驗，往往會收到事半功倍的效果。很多教師在課堂上一味去做各種演示小實驗，雖然吸引了學生的眼球，但后續講授的內容并不能產生有效的啟發作用。這樣的演示實驗就失去了自身的價值。因此，怎樣有效地發揮演示實驗的作用，也是我們一線物理教師應該思考研究的重要內容。

二、初中物理力學實驗教學的優化策略

（一）優化實驗步驟

通過對實驗步驟的優化，可以提高實驗的準確性、可重復性和實驗效果。教師首先需要對實驗步驟進行詳細的分析，確定每個步驟的目的和作用。然后考慮使用更加精確的儀器和設備，以提高實驗數據的準確性，或者對實驗步驟進行簡化和合并，減少實驗的耗時和復雜度。另外還可以考慮引入新的實驗步驟或調整原有步驟的順序，以收到更好的實驗效果。

（二）設置遞進式問題

我們可以通過遞進式問題設置逐步啟發學生明確實驗的目的，設計實驗的思路，找出所需要的實驗器材，并合理安排實驗的步驟，記錄實驗數據和現象，最后歸納總結實驗結論，思考與討論實驗過程中所遇到的問題。

例如：在探究“滑動摩擦力的大小與哪些因素有關”的實驗中，如果準備好實驗器材就讓同學們立刻進行實驗，顯然難度太大，學生并不知道該做些什么。為此，我在教學中設計了一系列遞進式問題。問題1：摩擦力產生在兩個物體接觸面之間，用彈簧測力計難以直接測量，我們應該怎樣測量滑動摩擦力的大小呢？問題2：請同學們根據生活經驗猜想滑動摩擦力的大小與哪些因素有關。問題3：由于我們猜想滑動摩擦力大小與兩個以上的因素有關，設計實驗時我們應該使用什么方法呢？問題4：針對每一個猜想因素你的設計思路是什么？問題5：實驗中你想如何改變接觸面的粗糙程度和壓力大小以及接觸面積的大小呢？通過這些問題的討論和解決，每個學生都會明白實驗過程中應該做什么和怎么做。

又如在“探究杠桿的平衡條件”實驗中，我設置了7個問題供學生討論。問題1：小時候我們都玩過蹺蹺板，你知道使蹺蹺板保持水平除了兩個力的大小還與什么因素有關嗎？問題2：如何才能驗證同學們的猜想，又怎樣替代蹺蹺板和兩個小朋友的壓力呢？問題3：實驗中除了需要記錄兩個力的大小外，怎樣記錄兩個力的作用點的位置呢？問題4：怎樣調節杠桿兩端的平衡螺母，才能使杠桿在水平位置平衡呢？問題5：為了實驗數據更具有普遍性，你認為杠桿兩邊所掛鉤碼的個數是相同好還是不同好呢？解決了以上問題，同學們對“探究杠桿的平衡條件”實驗就有了明確的思路。在進行實驗收集數據的過程中同學們便發現了力的大小和作用點的規律。在此基礎上提出問題6：實驗過程中去掉一側的鉤碼，改用彈簧測力計豎直向下拉，然后再慢慢改變拉力的方向，你發現彈簧測力計的示數有什么變化？這說明力的方向對杠桿的平衡有無影響？至此，我們便可順利引入力臂的概念。通過作出杠桿在水平位置平衡時兩個力的力臂，同學們就會發現實驗中記錄的力的作用點到支點的距離其實就是力臂的大小。此時再拋出問題7：該實驗中，杠桿在水平位置平衡的好處是什么？答案顯而易見。

（三）巧用生活中現有的工具

在短時間內增加學校中的物理實驗器材和設備是有一定難度的，所以教師可以充分利用學生生活中的小工具來開展力學實驗教學。一方面，學生能夠學會在生活中思考和學習物理知識，養成學習初中物理知識的好習慣；另一方面，教師可以借助這樣的方式提高初中物理力學實驗教學的趣味性。例如：教師在開展“摩擦力方向”的相關教學時，可以利用教室內打掃衛生的掃帚進行實驗，讓學生觀察掃帚苗彎曲的方向和物體運動方向，從而使學生對滑動摩擦力的方向有形象的認識。

（四）適時安排演示實驗

在八年級下冊力學教學中，教師的演示實驗比學生實驗還要多，有效發揮演示實驗的作用不僅對課堂教學有很大的幫助，也可以啟發學生的邏輯思維。例如，在浮力的教學中，有這樣一個演示實驗：將乒乓球放置在倒立的礦泉水瓶中壓緊，加入水后讓同學們猜測乒乓球會不會浮起來，擰上瓶蓋后觀察乒乓球又立即浮了起來。看似簡單的小實驗由于與學生預測的現象不相符，對學生的認知產生了一定的沖擊，從而激發學生的思考。該實驗對于啟發學生思考“浮力是怎樣產生的”能起到事半功倍的作用。

（五）加強對實驗結果的解析與討論

我們首先分析實驗結果的數據。通過仔細觀察和計算實驗數據，我們可以發現實驗中的一些規律和關聯。例如，我們探討彈簧的彈性系數與彈簧伸長量之間的關系。通過解析這些實驗數據，我們可以進一步理解力學實驗中的物理現象和規律。然后，我們以真實的實驗數據為基礎，討論實驗結果的誤差來源和影響因素。實驗過程中，誤差是無法完全避免的。我們需要深入分析實驗結果的誤差來源，例如儀器誤差、操作誤差和環境影響等因素。通過討論這些誤差來源，我們可以提出相應的改進措施，以減小誤差對實驗結果的影響，從而提高實驗指導的準確性和可靠性。接著，我們進行實驗結果的比較與驗證。在優化研究中，我們可能會進行多組實驗以比較結果的一致性和可靠性。我們可以多次重復同一實驗，或者與其他實驗數據進行對比，以驗證研究結論的有效性。通過比較與驗證，我們可以進一步加深對初中物理力學實驗的優化方向的認識，并為實驗指導的改進提供實證依據。最后，我們探討實驗結果的意義和應用價值。通過對實驗結果的解析與討論，我們可以從理論和實際應用的角度，探討初中物理力學實驗的意義和應用價值。例如，我們可以研究實驗結果在工程設計、科學研究和日常生活等方面的應用潛力，以提出更有針對性的實驗指導建議。

三、結語

綜上所述，實驗設備不足、實驗步驟復雜、實驗數據分析和處理失當等方面都是影響實驗教學質量的重要因素。為此，本文提出了一些改進措施，比如簡化實驗步驟、提供清晰的實驗指導和數據處理方法等。這些改進措施，可以提高實驗的可行性和可靠性，使實驗結果更加準確和可信。此外，教師還可以在初中物理力學實驗教學中通過遞進式問題的合理設置確定實驗教學內容，使其能夠貼合學生的實際，巧妙借助生活中的小工具以及適時安排必要的演示實驗，提高初中物理力學實驗教學的效果。當然，對初中物理力學實驗的優化研究將是一項長期的工作，任重而道遠，我們應當持之以恒地探索，形成更多的有益經驗。

參考文獻：

［1］曹艷.STEM教育理念下初中物理力學實驗的優化策略［J］.中學物理教學參考，2022，51（20）：9-10.

［2］李莉.談如何調動學生學習物理的主動性［J］.教育實踐與研究（中學版），2007（8）：59-60.

［3］馬雪.基于5E教學模式的初中物理摩擦力教學初探［J］.湖南中學物理，2021，36（4）：17-19.

［4］楊紹強.關于物理初高中教學銜接的幾點建議［J］.西藏教育，2012（5）：3637.

［5］陳軍.關于初中物理力學實驗教學的研究［J］.名師在線，2016（10）：13-14.

［6］石家文，李洪祥.初中物理力學低成本演示實驗的研究與開發［J］.黑龍江科學，2017，8（7）：1-3.

［7］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2012.

［8］龍富波.“發生在肺內的氣體交換”教學設計［J］.中學生物教學，2019（20）：68-69.

責任編輯：趙瀟晗