物理實驗教學的立體化思考與實踐研究

高飛

摘 要：隨著新課程改革的繼續(xù)深化，實驗在物理教學中的地位得到明顯的重視和加強。如何“導(dǎo)好”實驗課堂，教師的立體化思考與實踐是必要的。文中指出：第一，深刻分析實驗內(nèi)容，持續(xù)保持不斷優(yōu)化和改進的思考；第二，系統(tǒng)分析科學方法的杠桿作用，挖掘引導(dǎo)學生領(lǐng)悟科學方法內(nèi)涵的途徑；第三，嵌入使用原始物理問題、課外實驗，將知識的應(yīng)用進行融合設(shè)計與實施，并提出了實施建議。

關(guān)鍵詞：物理實驗內(nèi)容；優(yōu)化；串聯(lián)；融合；立體化思考

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）2-0057-4

1 問題與現(xiàn)狀

隨著新課程改革的繼續(xù)深化，實驗在物理教學中的地位得到明顯的重視和加強。從中考物理的變革來看，實踐探究和應(yīng)用是最被強調(diào)的兩個變化方向。從2014年北京中考命題以及各區(qū)縣的模考命題可以看到，實驗題的命題形式愈發(fā)多樣化，實際應(yīng)用問題的比重也明顯加大。

面對新課程改革和中考改革的嚴峻局面，如何將物理的實驗教學落到實處？首先，需要教師對實驗教學的意義有深入的認識。物理學本身就是一個有機的科學體系，具有完整、有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。實驗教學不只停留在完成實驗，同時是物理觀念、知識、方法層面的提升，即科學素養(yǎng)的培養(yǎng)，進而解決新問題。

落實在課堂上，要充分體現(xiàn)教師是學生學習、成長的“導(dǎo)師”這一理念。如何“導(dǎo)好”，教師的立體化思考與實踐是必要的。第一，深刻分析實驗內(nèi)容，持續(xù)保持不斷優(yōu)化和改進的思考；第二，系統(tǒng)分析科學方法的杠桿作用，挖掘引導(dǎo)學生領(lǐng)悟科學方法內(nèi)涵的途徑；第三，嵌入使用原始物理問題、課外實驗，將知識的應(yīng)用進行融合設(shè)計與實施。

2 實施策略研究

2.1 實驗的深度分析與優(yōu)化

2.1.1 實驗的不斷改進

同一實驗，使用不同器材，效果不同。例如：熱學部分演示實驗比較多，在“做功改變內(nèi)能”的實驗中就有這樣幾個改進和發(fā)現(xiàn)的階段。起初，是對裝有水的試管進行加熱，如圖2（a）所示。當水沸騰時，塞子會被水蒸氣頂出，同時試管口出現(xiàn)“白氣”。這個實驗現(xiàn)象比較明顯，而且能同時體現(xiàn)做功和熱傳遞兩種改變內(nèi)能的方式，缺點是由于有加熱裝置，不僅需要加熱時間，而且試管塞彈出不受控制，容易出現(xiàn)安全隱患。通過查閱資料，自制了如圖2（b）的器材，瓶內(nèi)裝些許酒精，用打氣筒向管內(nèi)打氣，塞子彈出時瓶口也會出現(xiàn)“白氣”，同時體現(xiàn)了外界對物體做功和物體對外界做功的過程。但缺點是打氣筒通過皮管與塞子連接，打氣的動作較大，塞子的彈出有被帶動拉出的影響。又繼續(xù)改進，在瓶子的側(cè)端開口，如圖2（c）所示，排除影響。

2.1.2 融入生活元素

實驗的情境往往過于嚴肅，并且與日常生活的實際脫離較遠，學術(shù)味太濃，這在相當程度上影響了學生對物理實驗的興趣?？梢栽黾右恍W生熟悉的、與日常生活密切相關(guān)的實驗，使學生有一種物理實驗并不神秘，就在自己身邊的感覺，這對激發(fā)學生對物理實驗的興趣有著很好的作用。

如上述“做功改變內(nèi)能”的實驗，除了利用實驗室的器材外，也可指導(dǎo)學生在課下做相關(guān)的趣味實驗。

2.1.3 拓展實驗內(nèi)容

同一個實驗可以證實不同原理，同一原理可以用不同實驗體現(xiàn)。

例如：“氣壓降低沸點降低”的實驗。將燒瓶內(nèi)裝有水，用酒精燈進行加熱，待水沸騰后，撤掉酒精燈，水不再沸騰。實驗的下一步驟是降低燒瓶內(nèi)的氣壓，當氣壓降低后，水會重新沸騰起來。降低氣壓的方法，可以有兩種，一種是用抽氣筒抽氣，另外一種是將燒瓶倒置，潑冷水，如圖3所示。

同時，這個實驗也可以用在液化放熱的實驗中。

再如：分組實驗“溫度計的使用”中，學生不僅體驗溫度計的基本使用，而且還恰當?shù)貙⒄舭l(fā)吸熱制冷的部分整合進去。準備裝有酒精的燒杯和適量棉花，用蘸有酒精的棉花包裹溫度計的玻璃泡，待觀察到示數(shù)降低后，拿開棉花，示數(shù)又會逐漸升高，這也體現(xiàn)了蒸發(fā)吸熱制冷的作用。

2.2 用科學方法串聯(lián)實驗

現(xiàn)行初中物理教材中的物理實驗，都是配合教材內(nèi)容設(shè)置的，主要是為了幫助學生對教材的內(nèi)容加深理解，對實驗的思想與方法討論較少。雖然在教學中已經(jīng)或多或少提及所運用的科學方法，但由于教材是按知識系統(tǒng)排序的，方法的教育難免蜻蜓點水，加之方法的理解不可能一蹴而就。因此，往往對教材中重要的、常用的思想方法不甚明了，這也在一定程度上削弱了實驗教學特有的教育價值。

為了培養(yǎng)學生的實驗?zāi)芰Γ處熡斜匾龑?dǎo)學生進行必要的歸納與總結(jié)。在教學中，筆者利用科學方法串聯(lián)實驗的做法，起到了較好的教學效果。具體的操作途徑是以某個科學方法為橫坐標，不同的實驗內(nèi)容為縱坐標，進行羅列，引導(dǎo)學生在對比中領(lǐng)悟方法的內(nèi)涵，體驗科學方法的根基作用（如表1所示）。以“壓強和浮力”的知識為例，如表2所示。

2.3 應(yīng)用的融合設(shè)計與實施

2.3.1 嵌入使用原始物理問題

現(xiàn)象是物理學的根源，在課堂教學中恰當“還原”科學問題的實際情景，可以增強知識應(yīng)用的靈活度和現(xiàn)實意義。原始物理問題呈現(xiàn)的是對現(xiàn)象的描述，而解決問題的模型或解題途徑是具有隱蔽性的或者非現(xiàn)成的，是需要學生去思考而尋求的。

將原始物理問題與課堂教學進行融合設(shè)計，嵌入式使用，有利于學生形成清晰的物理概念和對物理規(guī)律的正確理解，幫助學生學習體會思維方法，領(lǐng)悟物理思想，提高學生的科學思維能力和物理技能。

例如：在學習了《壓強和浮力》一章后，給出“魚缸換水”的問題，解決的過程需要調(diào)動學生所有已學的相關(guān)知識，從物理抽象方法的使用到數(shù)學推導(dǎo)，模擬了解決實際問題的過程性體驗。

魚缸換水問題：生活中有一個簡便的給魚缸換水的方法：用一根較長的軟管，將其一端沒入魚缸內(nèi)的水面下，在另一端用嘴吸，待水充滿軟管后將這一端在缸外立即放下，使出水口下垂并低于魚缸內(nèi)的水面，水就會自動流出。針對水通過軟管“翻越”魚缸邊沿自動流出的現(xiàn)象，請運用所學的物理知識推導(dǎo)出相關(guān)表達式，并進行解釋。

2.3.2 課外實驗融入實驗教學

中考物理實驗的考查，注重由課內(nèi)向課外遷移，部分實驗內(nèi)容是學生沒有實踐過的，但是實驗的分析過程與課內(nèi)相同，即過程性考查。教師要在課堂教學中注意引導(dǎo)學生體驗結(jié)論得出的過程，恰當融入課外實驗，使分析能力得到遷移。

例如：在“比熱容”一課，教材在分析了吸放熱本領(lǐng)的物理量后還提到了物質(zhì)的導(dǎo)熱性，這為學生提供了很好的課外遷移素材。將2016年北京市物理中考的一道比熱容題恰當融入，模擬實驗過程，重點練習分析方法的應(yīng)用。

這個問題恰恰考查了本節(jié)課的兩個核心：一是定義物理量的方法，比熱容衡量的是物質(zhì)的吸放熱性質(zhì)，本題中的物理量k用來衡量導(dǎo)熱性能，定義方式可進行類比遷移；二是圖像分析能力，對于比熱容實驗中的數(shù)據(jù)曲線，與題目中的曲線相似，分析方法相同。當然，兩者都是對物理量內(nèi)涵、實驗分析的應(yīng)用。

3 實施建議

3.1 根據(jù)學生的認知水平進行實驗內(nèi)容的調(diào)整

不同班級的學生，接受知識的水平不同，在實驗教學時，也要有的放矢地進行剪裁或增容。例如：在學習《壓強和浮力》一章的內(nèi)容時，《壓強》一節(jié)的學習，對于接受能力較強的班級，可以補充了解密度均勻、高度相同、粗細均勻的物體在平面上產(chǎn)生的壓強與其底面積無關(guān)。這樣，在液體壓強的實驗教學中，對液體壓強的大小與液體的高度和密度有關(guān)，而與液體的多少無關(guān)的認識起到了鋪墊作用，對實驗結(jié)論的得出也有了一個說服作用。

3.2 逐步拓展學生自主實驗的空間

初中物理教學是啟蒙的時期，所以學生剛剛接觸物理實驗時，需要教師示范實驗過程、教授儀器使用規(guī)則和實驗分析方法等。待到一定時段后，可以逐步放開，讓學生自主完成實驗內(nèi)容，能夠更有效地發(fā)展創(chuàng)造精神和創(chuàng)新能力。

例如：在測量性實驗教學中，學生已經(jīng)學習了刻度尺的使用，在后續(xù)使用電流表、電壓表時，只需要提前印發(fā)使用說明，學生自主進行閱讀和實驗。在探究性實驗教學中，學生已經(jīng)熟悉基本的探究環(huán)節(jié)，在進行新的探究實驗中時，可以將重點放在分析實驗數(shù)據(jù)和評估方面。這樣既學習了新測量儀器的使用，也提高了閱讀理解、數(shù)據(jù)分析等能力，增強了實驗的寬松度。

3.3 通過課堂對話升華學生對實驗的精神需要

教學的本質(zhì)是師生交往的過程，是師生通過課堂對話在交往與溝通活動中共同創(chuàng)造意義的過程。因此，實驗教學的好與差，在很大程度上取決于參與教學活動的人。實驗中師生的角色是否投入，師生的情感交流是否融洽，學生是否愉快地投入實驗的全過程，并升華到自己精神的需要是檢驗的標準。

例如：在“探究串并聯(lián)電路的電流和電壓關(guān)系”實驗中，筆者先設(shè)計了一系列問題：“串聯(lián)電路中電流經(jīng)過用電器電流會減少嗎？”“串聯(lián)電路中電流經(jīng)過用電器電流不會減少，而用電器是耗電的，矛盾嗎？”“上述實驗中，每組只進行了一次測量，各個組的燈泡規(guī)格相同，得出的結(jié)論偶然性的幾率很大。為了使實驗結(jié)論具有普遍性，你該怎樣做？”這些問題恰恰是學生認知的矛盾之處，欲言又止，需要實驗驗證才能得出結(jié)論，促使學生自始至終都興趣盎然、精神飽滿地投入實驗，尋找答案。

參考文獻：

[1]喬際平，邢紅軍.物理教育心理學[M].南寧：廣西教育出版社，2003.

[2]邢紅軍，陳清梅.對原始物理問題教學的思考[J].中國教育學刊，2006（8）：67-69.

（欄目編輯 王柏廬）