改進物理實驗器材，構(gòu)建高效物理課堂

摘" "要：物理學(xué)是對人類生活和科技發(fā)展起到關(guān)鍵作用的基礎(chǔ)科學(xué)。其中，物理實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，教師通過改進物理實驗器材，可以提高學(xué)生的實踐能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：“雙減”政策 物理 實驗器材 改進

學(xué)校教育的目標(biāo)不僅是傳授知識，還有培養(yǎng)全面發(fā)展的人才。在物理學(xué)科中，學(xué)生的綜合能力主要體現(xiàn)在實踐能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)思維能力上。本文主要討論如何通過改進物理實驗器材來提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、通過改進物理實驗器材來提升學(xué)生的實踐能力

在物理學(xué)科中，學(xué)生不僅需要掌握抽象的理論知識，還需要將理論與實際相結(jié)合，培養(yǎng)物理實驗?zāi)芰Α榇耍瑢W(xué)校需要改進物理實驗器材，以支持物理實驗教學(xué)。

第一，在實驗器材的改進中，我們可以采用更加先進、易于操作的技術(shù)與材料，通過對實驗器材的不斷升級與創(chuàng)新，讓學(xué)生更加直觀地感受到科學(xué)技術(shù)的進步。

例如，在一次關(guān)于“測定物體運動的速度”主題實驗課程中，筆者使用了模擬軟件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)。在教學(xué)中，筆者讓學(xué)生在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中模擬賽車駕駛，其中，模擬軟件可以有效模擬物體運動的速度和運行軌跡。最開始，學(xué)生通過觀察虛擬環(huán)境中賽車的運動狀態(tài)和路程，使用傳統(tǒng)公式來計算汽車的初速度、末速度和加速度。然后，對照模擬軟件提供的數(shù)據(jù)，核對自己的計算結(jié)果。這種實驗方式讓學(xué)生有機會在情境中盡情探索和學(xué)習(xí)，直觀地觀察并理解速度、距離和時間的關(guān)系。此次實驗教學(xué)，使得學(xué)生對物體運動的速度有了直觀、深刻的理解，也增強了他們的實踐操作能力，證實了新技術(shù)在提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)過程中的積極作用。

第二，教師要有針對性地優(yōu)化實驗方案和器材設(shè)計，將教學(xué)重點放在加深學(xué)生對物理原理的認識方面，讓學(xué)生在實驗過程中抓住關(guān)鍵點，更深入地理解物理原理，從而提高實驗教學(xué)的質(zhì)量。

例如，在“測定彈簧振動周期”的實驗中，為了優(yōu)化實驗步驟，筆者對傳統(tǒng)實驗步驟進行了如下改進：（1）為避免重復(fù)實驗，將學(xué)生進行分組，每組使用不同的彈簧振動器，以收集該實驗條件下的振動周期數(shù)據(jù)。實驗結(jié)束后，各組共享數(shù)據(jù)并討論。（2）編寫了實驗說明書，簡明扼要地描述實驗裝置、初始參數(shù)測量及彈簧周期測量方法，以便學(xué)生直接進入關(guān)鍵實驗步驟。（3）為提高數(shù)據(jù)記錄效率和準(zhǔn)確性，給學(xué)生提供一個標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)記錄表格，使學(xué)生更易于記錄和管理實驗數(shù)據(jù)。（4）為強化關(guān)鍵技能，在實驗前增加一個“技能訓(xùn)練”環(huán)節(jié)，演示測量彈簧振動周期的正確方法，讓學(xué)生在實驗中更能感知和掌握關(guān)鍵的實驗操作步驟。

通過優(yōu)化實驗步驟，學(xué)生可以更專注于關(guān)鍵技能的練習(xí)，如準(zhǔn)確測量彈簧的振動周期、理解簡諧振動與彈簧常數(shù)之間的關(guān)系等。這樣能夠增加實驗效益，提高學(xué)生的實驗操作能力。同時，還可以減少實驗誤差，提高數(shù)據(jù)的可靠性。

第三，教師可以提供更佳的實驗條件，降低實驗風(fēng)險，讓學(xué)生在安全的環(huán)境下進行學(xué)習(xí)和實踐。例如，物理實驗中存在許多潛在的安全隱患，特別是在涉及電流、電壓的電路實驗中。傳統(tǒng)的電路板可能由于接觸不良，引起電阻發(fā)熱，極端情況下甚至可能引發(fā)火災(zāi)。因此，教師要提高實驗器材的穩(wěn)定性和安全性，設(shè)計可靠的防護措施，避免意外傷害的發(fā)生。具體措施如下：（1）使用新型的電路實驗箱代替?zhèn)鹘y(tǒng)電路板。新型電路實驗箱內(nèi)置過熱保護和過流保護，當(dāng)實驗箱內(nèi)部的溫度或電流超過設(shè)定值時，器材自動斷電，防止器材過熱和電路短路。（2）實驗室門窗使用了安全玻璃，防止玻璃破裂造成傷害。（3）使用安裝在實驗器材上的傳感器可以實時上傳實驗器材的電流、電壓、溫度等數(shù)據(jù)至實驗管理系統(tǒng)，一旦數(shù)據(jù)超過設(shè)定值，管理系統(tǒng)會自動發(fā)送警報，并自動斷開對應(yīng)的電源，避免事故的發(fā)生。

經(jīng)過優(yōu)化的物理實驗器材可以幫助學(xué)生更全面、深入地理解物理知識，提升物理實驗的質(zhì)量和效率，降低實驗過程中的風(fēng)險，這有利于提高學(xué)生的實踐能力。

二、通過改進物理實驗器材來激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力

創(chuàng)新能力是新時代青少年的重要素養(yǎng)，細致精巧的物理實驗器材，可以讓學(xué)生在實踐中逐步掌握科學(xué)的研究方法，不斷提出并驗證自己的想法，在實驗的過程中將創(chuàng)新靈感轉(zhuǎn)化為具體的實驗操作步驟，從而提高創(chuàng)新能力。

例如，在傳統(tǒng)的自由落體實驗中，學(xué)生通常采用手動計時的方式來計算物體落地的時間，這種方法誤差較大，且難以考驗和提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。為了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力，筆者改進了物理實驗器材，設(shè)計了一款新型的自由落體實驗裝置，能自動記錄并顯示物體的高度、起落時間等信息。這類裝置有智能化測量的功能，可以記錄和顯示實時數(shù)據(jù)，減少手動操作的誤差。這樣一來，通過已改進的物理實驗器材和開放的實驗設(shè)計，學(xué)生更深入地理解了自由落體運動的物理原理。

三、通過改進物理實驗器材提升學(xué)生的科學(xué)思維能力

科學(xué)思維是對未知事物進行探索和驗證的一種思考方式。改進的物理實驗器材使學(xué)生有機會接觸到更加豐富的科學(xué)問題，運用科學(xué)思維去理解和解決問題，提高他們的邏輯思維能力和綜合分析能力，從而培養(yǎng)他們的科學(xué)思維。

第一，電路構(gòu)建實驗是物理課程的一個重要組成部分，旨在通過寓教于樂的方式，讓學(xué)生理解并掌握電路構(gòu)建的基礎(chǔ)知識和技能。然而，傳統(tǒng)的電路構(gòu)建實驗僅僅關(guān)注電路的物理組建，忽視了對學(xué)生批判性思維和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。為了改變這一局面，教師要利用改進的科學(xué)實驗器材，提升學(xué)生的科學(xué)思維能力：（1）改進的電路板通常會采用模塊化設(shè)計，每個模塊代表一個電路元件或功能，如電阻、電容、開關(guān)等。學(xué)生可以通過組合這些模塊來構(gòu)建出各種復(fù)雜的電路，這不僅使得電路組建變得容易和安全，也能激勵學(xué)生通過實踐活動探索和理解電路的工作原理。這種設(shè)計方式充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，使他們得以在實驗中鍛煉科學(xué)思維。（2）采用虛擬實驗軟件，使得學(xué)生能夠在計算機上模擬電路的創(chuàng)建和測試，而無需真實的硬件設(shè)備。這種軟件通常會提供一個“用戶友好”的界面和豐富的虛擬電路元件庫，學(xué)生可以隨意地拖放元件到電路板上，并立即看到電路的運行結(jié)果。這為學(xué)生提供了一個無風(fēng)險、無壓力的環(huán)境去探索、優(yōu)化電路設(shè)計，營造出一個良好的教學(xué)氛圍。（3）使用數(shù)據(jù)分析工具進行數(shù)據(jù)記錄和分析，并將這些數(shù)據(jù)變得可視化。學(xué)生可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)進行深入的分析和討論，從而增強自身的科學(xué)思維能力，提升自身的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

總之，改進的物理實驗器材，給學(xué)生創(chuàng)造了一個自由探索、自我挑戰(zhàn)、自我提升的學(xué)習(xí)環(huán)境，鼓勵學(xué)生運用科學(xué)思維來理解世界，培養(yǎng)了學(xué)生對學(xué)習(xí)的熱愛之情，讓學(xué)生得以在今后的學(xué)習(xí)和工作中游刃有余，面對各種挑戰(zhàn)。

參考文獻：

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[2]周青.自制演示實驗器材用于初中物理教學(xué)的實踐研究[J].中學(xué)科技，2023，（15）：3-5.

（作者單位：江西省高安市石腦鎮(zhèn)初級中學(xué)）