初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的形式與內(nèi)涵探究

江蘇省江陰市桐岐中學(xué) 吳建兵

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新正日益成為當(dāng)前初中物理教學(xué)的一個(gè)重要研究熱點(diǎn)，一個(gè)重要的原因就是在以生為本的教育背景之下，在面對(duì)核心素養(yǎng)培育需要的背景下，物理教學(xué)已經(jīng)不能再滿足于純粹的知識(shí)講授，不能再滿足于應(yīng)試教育的需要。實(shí)際上，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新并不是今天才提出來(lái)的，可以說(shuō)從物理成為一門學(xué)科開(kāi)始，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新就伴隨著物理教學(xué)而不斷發(fā)展。只是在不同的背景下，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新也有著不同的含義，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新包括多個(gè)領(lǐng)域，包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)的創(chuàng)新等，在諸多創(chuàng)新中，又以實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新最被教師所關(guān)注，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新往往能夠讓教師耳目一新，也能夠吸引學(xué)生的注意力。但是，如果太多的追求實(shí)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新而忽視了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的內(nèi)涵，那實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新就很容易流于形式，更大的風(fēng)險(xiǎn)則在于忽視了學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的需要。因而筆者以為，初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，更多的要關(guān)注形式與內(nèi)涵的共同創(chuàng)新，下面從三個(gè)方面加以闡述。

一、初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的目的與現(xiàn)狀

初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，容易陷入目的與過(guò)程糾纏的狀態(tài)，很多時(shí)候容易為了形式創(chuàng)新而忽視了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的目的。因此實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要思考的第一個(gè)問(wèn)題就是：對(duì)于初中物理教學(xué)而言，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的目的是什么？不妨來(lái)看一個(gè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的例子：

在“大氣壓強(qiáng)”的教學(xué)中，通常會(huì)設(shè)計(jì)這樣的一些實(shí)驗(yàn)：用小吸盤做的“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”，生活中的小吸盤掛鉤實(shí)驗(yàn)，用吸管吸飲料的實(shí)驗(yàn)，覆杯實(shí)驗(yàn)，瓶子吞雞蛋實(shí)驗(yàn)等。通常情況下，這些實(shí)驗(yàn)都是由教師向?qū)W生演示的。后來(lái)的一些改進(jìn)措施則是將演示實(shí)驗(yàn)變成學(xué)生實(shí)驗(yàn)，由于這樣的實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)的測(cè)量、測(cè)定不同，其更多的是讓學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手，來(lái)獲得一種體驗(yàn)過(guò)程，從而建立起對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)。這實(shí)際上也是一種“創(chuàng)新”思路，對(duì)應(yīng)著實(shí)驗(yàn)組織形式的創(chuàng)新。

這是近年來(lái)尤其是課程改革以來(lái)最常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新形式，其目的是什么？筆者以為不是為了創(chuàng)新本身，而是為了激活與釋放學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體作用，讓學(xué)生能夠在實(shí)驗(yàn)（體驗(yàn)）的過(guò)程中，更自主地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、得出并理解實(shí)驗(yàn)結(jié)論。需要注意的是，如果忽視了這個(gè)目的，那創(chuàng)新就會(huì)變味。例如有教師搜集了能夠證實(shí)大氣存在壓強(qiáng)的許多實(shí)驗(yàn)，然后在實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備了許多器材，讓學(xué)生逐個(gè)去完成這些實(shí)驗(yàn)。這樣的課堂看起來(lái)熱熱鬧鬧，但是學(xué)生的思維加工效率其實(shí)非常低，因?yàn)樘嗟膶?shí)驗(yàn)必然讓學(xué)生的思維走向重復(fù)，而重復(fù)必然降低效率。坦率地講，這正是當(dāng)前許多實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的現(xiàn)狀。

筆者以為，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新首先要關(guān)注創(chuàng)新的目的，而實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的目的，應(yīng)當(dāng)是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力與興趣，讓學(xué)生高效加工實(shí)驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)象進(jìn)而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。明確了目的之后，還要關(guān)注實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的過(guò)程，從過(guò)程的角度來(lái)看，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新主要應(yīng)突出實(shí)驗(yàn)的過(guò)程教學(xué)，因?yàn)檫^(guò)程教學(xué)是物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論之間的紐帶，只有搞清楚了過(guò)程，才有得出正確結(jié)論的基礎(chǔ)。

總的來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新需要不忘“初心”——實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的目的是為了讓實(shí)驗(yàn)以更新穎的形式、更簡(jiǎn)潔的過(guò)程吸引學(xué)生，不辱“使命”——實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)與運(yùn)用。只有這樣才能讓實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新發(fā)揮真正作用。

二、技術(shù)創(chuàng)新是物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的必然

其實(shí)，對(duì)于初中生的物理學(xué)習(xí)而言，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新很大程度上體現(xiàn)為形式創(chuàng)新。因?yàn)槌踔形锢碇R(shí)的描述是相對(duì)固定的，而如何理解這些知識(shí)，需要的是實(shí)驗(yàn)的支撐。因此除了實(shí)驗(yàn)組織形式的創(chuàng)新之外，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新也不可忽視。研究表明，以“做中學(xué)”和“學(xué)中做”理念，運(yùn)用通用技術(shù)課程的理念、方法、技能，進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教具（或?qū)嶒?yàn)裝置）技術(shù)的創(chuàng)新，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、提高學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的一種有效途徑。

例如，在“探究聲音的傳播條件”這一實(shí)驗(yàn)中，“玻璃鐘罩”實(shí)驗(yàn)是最為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)之一。眾所周知，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的思想是實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上運(yùn)用邏輯推理，得出“真空不能傳聲”的結(jié)論的，而之所以要運(yùn)用邏輯推理，一個(gè)重要原因就是玻璃鐘罩內(nèi)的空氣無(wú)法真正全部抽完，因而得不到真正的真空；同時(shí)，另外一個(gè)原因就是鐘罩內(nèi)的聲源置于底座之上，其必然會(huì)導(dǎo)致聲音通過(guò)鐘罩向外傳播。

分析可知，憑初中物理實(shí)驗(yàn)的條件，沒(méi)有真正能夠抽空玻璃鐘罩內(nèi)空氣的裝置（實(shí)際上真空度與真正的真空相差還是比較大的），但如果能夠采取創(chuàng)新的思路，將玻璃鐘罩底部傳聲這個(gè)因素消除掉，那在運(yùn)用實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行邏輯推理的方法時(shí)，學(xué)生將會(huì)更加有興趣。那么，如何使得聲源與底座之間隔開(kāi)呢？梳理相關(guān)創(chuàng)新手段，可以發(fā)現(xiàn)這樣的一些思路：

創(chuàng)新思路一：用隔音棉墊在聲源下面，阻隔聲音從此處傳播的路徑。

創(chuàng)新思路二：用棉線及膠帶，將聲源懸掛在鐘罩內(nèi)，這樣與鐘罩接觸的只有一根棉線，雖然理論上仍然有傳聲的效果，但影響已經(jīng)非常小了。

創(chuàng)新思路三：用“磁懸浮”的方法，在底座與聲源之上，分別安裝磁懸浮裝置（不是簡(jiǎn)單的兩塊磁鐵，網(wǎng)上可郵購(gòu)一些磁懸浮的工藝品），從而實(shí)現(xiàn)聲源與底座之間的完全隔離。

相比較而言，創(chuàng)新思路三能夠讓學(xué)生的觀感比較直接，學(xué)生的思維可以不再受聲源與底座接觸而產(chǎn)生的干擾，這樣在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理的時(shí)候，思路會(huì)更加清晰，學(xué)生對(duì)自己的推理結(jié)果也更加相信。由此判斷，從實(shí)驗(yàn)技術(shù)創(chuàng)新的角度來(lái)看創(chuàng)新思路三，該思路的最大特點(diǎn)，不只在于“磁懸浮”技術(shù)的應(yīng)用，而在于簡(jiǎn)化學(xué)生的思維，讓學(xué)生的邏輯推理的基礎(chǔ)更純粹。類似于此的，還有這樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新案例：

在“探究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)”實(shí)驗(yàn)中，用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重點(diǎn)。在教學(xué)中通常教師會(huì)讓學(xué)生去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。在控制質(zhì)量不變而改變速度的時(shí)候，常規(guī)的思路是用同一個(gè)物體A從不同高度滑下來(lái)去撞擊物體B，然后看B在同樣的水平面上運(yùn)動(dòng)的距離，來(lái)判斷A物體動(dòng)能的大小。筆者在讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，學(xué)生剛開(kāi)始的思路比較亂，后來(lái)通過(guò)引導(dǎo)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，實(shí)際上就可以理解為在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的過(guò)程，只要抓住本實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)——控制m或v不變，去改變v或m，如果所用的更為巧妙，那控制變量、改變變量就會(huì)比較新穎，這實(shí)際上就是創(chuàng)新的關(guān)鍵。

實(shí)際上有一個(gè)學(xué)生的設(shè)計(jì)就比較巧妙：在桌面上準(zhǔn)備兩個(gè)玻璃彈球，然后準(zhǔn)備一把直尺。當(dāng)用尺“平動(dòng)”著將兩個(gè)質(zhì)量不同的彈球推出去時(shí)，就可以研究動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系；而如果用尺“轉(zhuǎn)動(dòng)”著將兩個(gè)質(zhì)量的彈球推出去時(shí)，就可以研究動(dòng)能大小與速度的關(guān)系。在這樣的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中，沒(méi)有新穎的器材，沒(méi)有眩目的操作，一個(gè)簡(jiǎn)單的平動(dòng)保證了速度相同，一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)保證了速度不同，這樣的控制變量對(duì)于學(xué)生的理解而言，沒(méi)有任何的難度，這顯然有助于學(xué)生的思維高效加工實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而認(rèn)識(shí)到動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)。尤其值得贊賞的是，這樣的思路來(lái)自于學(xué)生，也就是說(shuō)這樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)際上學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的成果，這顯然是意義非凡的。

三、物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新必須關(guān)注實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵

其實(shí)在上面的案例分析中，已經(jīng)明確了一個(gè)觀點(diǎn)，那就是初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，在追求實(shí)驗(yàn)技術(shù)又或者是實(shí)驗(yàn)形式創(chuàng)新的時(shí)候，是不能忽視實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵的。如果說(shuō)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的創(chuàng)新更多的是保證實(shí)驗(yàn)有創(chuàng)新的形式，能夠更好地吸引學(xué)生的注意力之外，那對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵的關(guān)注，則是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的源泉。

例如，在上面的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新案例中，無(wú)論是“探究聲音傳播的條件”，還是“探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”，都緊扣了“聲音傳播過(guò)程中的介質(zhì)”與“控制影響動(dòng)能大小的質(zhì)量與速度因素”兩個(gè)本質(zhì)，而只要扣住了本質(zhì)，那在尋找更好的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的時(shí)候，也就不會(huì)偏離實(shí)驗(yàn)的方向，這樣的創(chuàng)新過(guò)程無(wú)論是對(duì)于教師而言，還是對(duì)于學(xué)生而言，都是對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵的一種理解。

其實(shí)，在初中物理實(shí)驗(yàn)中，好多實(shí)驗(yàn)都可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵分析的方法，抓住實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵，再改變實(shí)驗(yàn)形式，從而就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新。對(duì)于初中物理而言，這可能是最為有效的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新思路了。

此外，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵還在于“做”，在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)確定以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，用實(shí)驗(yàn)來(lái)激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，發(fā)揮學(xué)生參與教學(xué)的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐能力和創(chuàng)造能力。做是一種動(dòng)手動(dòng)腦的綜合性體驗(yàn)過(guò)程，在體驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生的思維會(huì)被激活，學(xué)生的思維會(huì)圍繞實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象而進(jìn)行精細(xì)加工，于是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與實(shí)驗(yàn)結(jié)論之間，就可以得到一個(gè)較好的匹配，這顯然是有利于學(xué)生建構(gòu)物理知識(shí)的。

當(dāng)然，好的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)是技術(shù)創(chuàng)新與內(nèi)涵堅(jiān)守的結(jié)合，技術(shù)創(chuàng)新支撐下的物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，堅(jiān)守著實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵不變，這實(shí)際上就形成了一種變式教學(xué)的思路，在此基礎(chǔ)上，物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新還要立足于做、著重于思、著眼于疑、著力于放，從其實(shí)踐性、啟發(fā)性、探索性、自主性等方面促進(jìn)學(xué)生手腦的有機(jī)結(jié)合，這樣實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新就能夠較好地融入到學(xué)科教學(xué)中去，所創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)也就能夠與日常的教學(xué)結(jié)合在一起，從而就能夠起到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)促進(jìn)物理教學(xué)創(chuàng)新的作用。

總之，初中物理實(shí)驗(yàn)需要?jiǎng)?chuàng)新，物理教師建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的思想，通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)推動(dòng)創(chuàng)新教學(xué)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的高效學(xué)習(xí)與教師的專業(yè)成長(zhǎng)。在核心素養(yǎng)的視角下，這可能是初中物理教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展的途徑。