通過實驗提高初中生物理解題能力的教學策略研究

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A

物理作為一門實驗科學，實驗在教學過程中占據重要地位.然而，當前初中物理教學中普遍存在重概念輕實驗、重結論輕過程的現象，導致學生解題能力不足.文章聚焦初中物理“力”章節教學，探索將實驗教學與解題訓練相結合的教學方法，旨在提高學生的理解和應用能力，為初中物理教學提供參考.

1 理論基礎與研究背景

1. 1 建構主義學習理論在物理教學中的應用

建構主義學習理論指導教師精心設計符合學生認知特點的教學情境，引發已有經驗與新知識間的聯系.在力學教學中，教師可以創設日常生活中的相關情境，如觀察自行車運動或分析電梯啟動時的感受，引導學生主動探索力的本質[1].通過設計開放性實驗，如測量不同物體間的摩擦力或探究彈簧伸長與彈力的關系，學生能夠親身經歷科學探究過程，從觀察假設到驗證歸納，逐步對力學概念和規律進行深刻理解.這種教學方式不僅提高了學生的學習興趣和參與度，還培養了其批判性思維、實驗操作和數據分析能力.學生在建構知識的過程中，逐步形成文章編號：1008-0333（2025）17-0072-03了科學的思維方式，并找到了問題解決策略，從而為發展物理解題能力奠定了堅實基礎.

1.2 初中生認知特點與物理學習的關系

初中生正處于皮亞杰認知發展理論中的具體運算向形式運算過渡的關鍵階段，這一特點與物理學習的需求高度契合.學生初步具備抽象思維能力，能夠理解和運用物理學中的符號表示數學公式，如 F =ma 這種力學基本定律.然而，學生的抽象思維能力尚未完全成熟，在學習物理概念時，仍需要具體實例和直觀體驗的支持.如在學習力的合成與分解時，通過操作力的平行四邊形模型，學生能更好地理解向量加法的抽象概念[2].教師設計引人入勝的實驗，不僅能激發學生的求知欲，還能培養其科學探究能力.此外，初中生的邏輯推理能力逐漸增強，但仍需通過引導來建立系統的物理知識結構.教師通過創設情境化的問題解決過程，能夠幫助學生將零散的物理知識點串聯成連貫且有機統一的概念網絡，進而為后續的物理學習奠定基礎.

1.3 當前初中物理解題教學中存在的問題

在教學方法上，許多教師過于注重題型歸類和解題技巧的傳授，忽視了對物理概念本質的深入探討.例如，在講解力的相互作用時，往往直接給出公式 F=ma ，而缺乏對力的本質及其與加速度關系的深入分析[3].這種做法導致學生只能機械套用公式，無法靈活運用知識解決實際問題.同時，實驗教學與解題訓練之間的脫節也是一個突出問題，學生在做實驗時往往不能將實驗現象與理論知識有效結合，導致實驗流于形式，未能真正起到鞏固概念、提升解題能力的作用.在學生學習方面，普遍存在對物理概念理解不深、解題思路僵化等問題，學生往往依賴題型記憶和固定解法，缺乏對問題本質的分析.

2 實驗設計與實施

2.1基于“力”章節的實驗教學設計

設計以學生為主導的探究性實驗，將抽象概念具象化.例如，在學習摩擦力時，設計“影響摩擦力大小的因素”探究實驗.學生通過改變接觸面材料、接觸面積和壓力等因素，測量不同情況下的摩擦力，從而形成摩擦力與壓力成正比、與接觸面積無關的認知.這一實驗不僅讓學生親身體驗了摩擦力的特性，還培養了其控制變量、數據處理的能力.在實驗基礎上，引入相關的解題訓練，如計算斜面上物體的平衡條件，通過實驗數據的分析，學生能更好地理解力的分解，進而提高解決復雜力學問題的能力[4].

2.2 實驗、解題一體化教學模式的構建

實驗、解題一體化教學模式包含四個關鍵環節：問題導人、實驗探究、數據分析和解題應用.在問題導入環節，教師設置與實際生活相關的物理情境，如自行車上坡時如何減小所需的力，引發學生思考；在實驗探究環節，學生設計并進行相關實驗，如測量不同坡度下推車所需的力，收集數據；在數據分析環節，學生運用數學工具處理實驗數據，繪制力與坡度的關系圖，發現規律[5]；在解題應用環節，學生利用實驗得出的結論解決類似問題，如計算特定坡度下需要的最小力.這種模式通過實驗激發學生的探究興趣，培養其實踐能力，同時將實驗結果直接應用于解題，使抽象的物理概念具象化，加深學生對知識的理解和應用能力.

2.3 教學實施過程與方法

課堂開始時，教師展示木塊在水平面上運動的視頻，引發學生思考影響運動的因素.隨后，學生分組設計實驗，使用測力傳感器和運動傳感器測量推動木塊時的力，并探討其與加速度的關系.在實驗過程中，學生通過改變木塊重量、表面材料等因素，探究摩擦力.數據收集后，學生利用電子表格軟件處理數據，繪制力一加速度圖像，發現線性關系.在數據分析環節，教師引導學生推導 F=ma+f 的關系式.解題應用環節中，學生運用實驗得出的結論解決類似問題.整個過程中，教師注重培養學生的實驗設計、數據分析和物理建模能力，使抽象的力學概念具象化，加深學生對牛頓運動定律的理解和應用.

3研究結果與分析

3.1學生對物理概念理解能力的變化

在力學概念測試中，學生對力的合成、分解和平衡等抽象概念的理解表現突出.例如，在理解摩擦力性質時，學生能夠準確解釋摩擦力與壓力的關系，并正確分析復雜情境中的力學平衡.學生對“力是相互作用\"這一核心概念的理解更為深入，能夠在多體系統中正確識別作用力和反作用力.此外，學生對力學公式的理解不再局限于機械記憶，而是能從物理本質出發解釋公式含義.在解釋 F=ma 時，學生能夠聯系日常生活中的加速和減速過程，展現出對力與加速度關系的深刻理解.學生在概念的靈活應用上也有明顯進步，能夠在新情境中遷移運用所學知識，這反映出他們對物理概念的理解已經從表面記憶轉向內在認知結構的重構.

3.2 問題分析能力與解題策略的提升

學生在面對復雜物理問題時，表現出更強的系統思維和分析能力，能夠準確識別問題中的關鍵信息，并將其與相應的物理概念和定律進行聯系.在處理涉及多個力的平衡問題時，學生能夠熟練運用力的分解和合成技巧，正確畫出受力分析圖.解題過程中，學生展現出更強的邏輯推理能力，能夠清晰地闡述從已知條件到求解結果的思路.學生在選擇和應用解題策略時變得更加靈活，不再局限于單一的解題方法，而是能夠根據問題特點選擇最優策略，如在適當情況下運用能量守恒原理代替牛頓運動定律.學生在處理實際生活中的物理問題時表現出更強的應用能力，能夠將課堂所學知識遷移到新的情境中.

3.3 學生科學探究能力的發展

學生在設計實驗、收集數據和分析結果等方面都表現出了明顯的進步.在實驗設計階段，學生能夠提出合理假設，并設計出控制變量的有效方案.例如，在研究影響摩擦力大小的因素時，學生能夠獨立設計出改變接觸面材料、壓力和接觸面積的實驗步驟.數據收集過程中，學生能夠正確使用各種測量工具，并注意到實驗誤差的來源和處理方法.在數據分析階段，學生不僅能夠熟練運用圖表等可視化工具呈現數據，還能從中發現規律和趨勢.特別值得一提的是，學生在解釋實驗結果時表現出更強的批判性思維，能夠對異常數據進行合理解釋.此外，學生在實驗報告的撰寫上也有顯著提升，能夠清晰闡述實驗過程和結論.

4 討論與建議

4.1 實驗教學對提高解題能力的作用機制

實驗過程為抽象的物理概念提供具體的感知體驗，使學生能夠將理論知識與實際現象聯系起來.例如，通過測量不同質量物體的加速度，學生能深刻理解牛頓第二定律中力、質量和加速度的關系，從而在解題時正確應用這一定律.實驗還培養了學生的觀察能力和數據分析能力，這些能力直接轉化為解題時的問題分析能力.在處理實驗數據時，學生學會了識別關鍵變量、控制無關因素，這種思維方式有助于他們在解題時快速抓住問題本質.此外，實驗過程中遇到的各種困難和異常情況，培養了學生的問題解決能力和創新思維，使他們在面對復雜題目時能夠靈活運用多種策略.實驗教學還提高了學生對物理規律的直觀認識，減少了學生對公式的盲目依賴，使他們能夠從物理本質出發進行解題.

4.2 實驗、解題一體化教學模式的優化策略

加強實驗設計與解題問題的關聯性至關重要，可通過設計與課本習題相對應的實驗來實現.引入現代信息技術也是優化該模式的有效途徑，利用傳感器和數據采集系統可以提高實驗精度，使用模擬軟件也可以擴展實驗范圍，解決難以進行的實驗.此外，培養學生的實驗設計能力也是優化策略的重要組成部分，教師可以鼓勵學生根據解題需求自主設計驗證性實驗.在評價體系方面，應建立更加全面的評估機制，不僅要關注最終解題結果，還要重視學生在實驗過程中的表現和思維發展.

4.3 在其他物理教學單元中的推廣應用

在熱學單元中，可設計熱膨脹系數測量實驗，學生通過觀察不同材料在加熱過程中的長度變化，能夠直觀理解熱脹冷縮原理，并將實驗數據應用于解決熱脹冷縮相關問題；電學單元可引入串并聯電路的搭建實驗，學生通過調節電路元件，測量電壓、電流變化，能夠加深對歐姆定律的理解，提高解決復雜電路問題的能力；電磁學單元可設計電磁感應實驗，學生通過改變磁場強度、線圈匝數，觀察感應電流變化，能夠加深對法拉第電磁感應定律的理解，提高解決電磁感應問題的能力.

5 結束語

綜上所述，運用設計實驗、解題一體化教學模式，能夠有效解決初中生物理解題能力不足的問題.實驗教學不僅加深了學生對力學概念的理解，還培養了其分析問題、解決問題的能力.未來教學中，可進一步探索該教學模式在其他學科領域的應用，將其與信息技術相結合，開發更加豐富多樣的實驗教學資源，促進學生全面發展.

參考文獻：

[1］張林峰.基于物理觀念培養的初中物理實驗教學探究[J].安徽教育科研，2024（23）：52-54.

[2］趙娟，謝慧勤，楊紅梅.指向創新能力培養的初中物理實驗教學策略[J].廣西教育，2024（19）：121 -124.

[3］高帆，閆麗麗.新課改下初中物理實驗教學的改進與創新[J].中學課程輔導，2024（19）：63-65.

[4］李明.淺談新課程下初中物理教學中如何培養學生的解題能力[J].數理化解題研究，2023（29）：86-88.

[5］張楊.初中物理力學核心概念的學習進階研究[D].沈陽：沈陽師范大學，2022.

[責任編輯：李 璟]