基于問題導(dǎo)向的初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新策略

李駿

摘 ? 要：實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中成功與否將直接影響到學(xué)生對知識(shí)的理解、解決問題能力和思維能力的提升。針對教材中存在的諸如實(shí)際操作難以適應(yīng)理論設(shè)計(jì)、現(xiàn)象呈現(xiàn)效果差、結(jié)論獲得不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐栴}，提出變動(dòng)態(tài)為靜態(tài)、變瞬逝為反復(fù)、變隱性為顯性、變特殊為普遍、變傳統(tǒng)為現(xiàn)代等創(chuàng)新策略，用以指導(dǎo)更多的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動(dòng)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：問題導(dǎo)向;物理實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新策略

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）1-0051-3

物理是一門注重實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，實(shí)驗(yàn)成功與否將直接影響到學(xué)生對知識(shí)的理解、解決問題能力和思維能力的提升?！冻踔锌茖W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，“科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì)特征，具有重要的教育意義?？茖W(xué)探究不僅涉及邏輯推理和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，同時(shí)還是一個(gè)充滿創(chuàng)造性思維的過程” [1]。教材為開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了基本思路和范例，經(jīng)多輪修改，已經(jīng)日趨完美。但在日常教學(xué)中，受到設(shè)備、材料等因素的制約，有些實(shí)驗(yàn)依然存在實(shí)際操作難以適應(yīng)理論設(shè)計(jì)、現(xiàn)象呈現(xiàn)效果差、結(jié)論獲得不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)葐栴}，需要我們不斷創(chuàng)新，加以改進(jìn)。

科學(xué)課程目標(biāo)之一是為了讓學(xué)生初步養(yǎng)成科學(xué)探究的習(xí)慣，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。作為教學(xué)的引領(lǐng)者，教師首先要具備創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，積極投入到充滿創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，總結(jié)、提煉形成策略，用以指導(dǎo)更多的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動(dòng)，提升教學(xué)效率。筆者根據(jù)日常教學(xué)實(shí)踐，針對在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的各類問題，結(jié)合具體案例，提出五種實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的策略。

1 ? ?變動(dòng)態(tài)為靜態(tài)

有的實(shí)驗(yàn)需要通過控制條件使物體處于特定的狀態(tài)，觀察物體發(fā)生的現(xiàn)象或測量物體的有關(guān)數(shù)據(jù)。但是，在原來的狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)不易操作或者數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，這時(shí)我們可以嘗試改變實(shí)驗(yàn)中物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，比如將原來動(dòng)態(tài)的事物變?yōu)殪o態(tài)，達(dá)成所需的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

案例1 在“影響摩擦力大小的因素”實(shí)驗(yàn)中，最大的難點(diǎn)在于不易控制木塊在長木板上保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)如圖1所示，木塊放在長木板上，細(xì)線一端連接到木塊上，另一端通過定滑輪連接到豎直固定的彈簧測力計(jì)上，水平拉動(dòng)長木條，觀察彈簧測力計(jì)示數(shù)即為木塊受到的摩擦力。

2 ? ?變瞬逝為反復(fù)

有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象肉眼不易直接觀察，作用于學(xué)生的感官時(shí)間非常短，難以捕捉，影響實(shí)驗(yàn)效果。如能使現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)或持續(xù)一段時(shí)間，留給學(xué)生足夠的時(shí)間觀察、思考，往往能取得較好的教學(xué)效果。

案例2 在“壓縮空氣做功”實(shí)驗(yàn)中，需要以一定的力度向下迅速壓活塞，浸有乙醚的棉花（或硝化棉）被引燃。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程很短，往往學(xué)生還沒有反應(yīng)過來，現(xiàn)象就已經(jīng)消失。此外，受到材料、操作等因素的影響，成功率不高。如取用浸有乙醚的棉花（或硝化棉）量不當(dāng)?shù)脑?，還存在快速下壓過程中有機(jī)玻璃筒爆炸的隱患。如何讓瞬間現(xiàn)象“持續(xù)”，同時(shí)消除安全隱患？經(jīng)文獻(xiàn)查閱和反復(fù)試驗(yàn)，我們最終找到了一種可逆溫變消色油墨來改進(jìn)本實(shí)驗(yàn)（圖2）。這種油墨常溫下顯紅色，溫度升高時(shí)會(huì)消色，溫度降低又變?yōu)榧t色。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將涂有這種變色油墨的金屬片置于密封的注射器內(nèi)，推動(dòng)活塞，觀察金屬表面顏色的變化，只要活塞不向外拉，現(xiàn)象就能持續(xù)一段時(shí)間。學(xué)生很容易根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出：壓縮空氣做功，空氣內(nèi)能增加;向外拉活塞，空氣內(nèi)能減少。類似的，我們還可以使用這種變色油墨演示“熱傳導(dǎo)”實(shí)驗(yàn)，在金屬棒上涂原來為紅色的油墨，用酒精燈加熱金屬棒中央，可以看到以金屬棒為中心兩邊的顏色依次消失，讓學(xué)生很容易觀察到熱傳導(dǎo)的方向，理解相關(guān)物理特性。

3 ? ?變隱性為顯性

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一般以多種形式呈現(xiàn)出來，不同現(xiàn)象對學(xué)生的刺激程度也不同。有的實(shí)驗(yàn)，一些關(guān)鍵性的現(xiàn)象往往不一定以強(qiáng)刺激形式出現(xiàn)，甚至學(xué)生察覺不到，效果可想而知。這就要求教師要善于突出這些對象或者現(xiàn)象，想辦法顯示關(guān)鍵性“隱性”或“不明顯”的現(xiàn)象，變隱性為顯性。

案例3 在“真空不能傳聲”實(shí)驗(yàn)中，華師大版《科學(xué)》八下教材中將發(fā)聲的音樂芯片置于泡沫塑料上，在抽氣過程中感知聲音的變化。對這個(gè)實(shí)驗(yàn)有學(xué)生提出瓶內(nèi)的空氣是不是在被抽去，在聲音變小的同時(shí)芯片是不是在振動(dòng)？學(xué)生不易清楚地感受到實(shí)驗(yàn)過程中所發(fā)生的現(xiàn)象和現(xiàn)象變化的過程，即呈“隱性”。為了解決上述問題，我們對實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)（圖3）：事先在瓶內(nèi)放入點(diǎn)燃的蚊香，制造出煙，這樣在空氣被抽出時(shí)現(xiàn)象就很明顯;為了顯示抽氣后芯片仍在振動(dòng)，我們將芯片與一個(gè)LED燈串聯(lián)（可以用手機(jī)替代）。抽氣前，芯片振動(dòng)聽到聲音的同時(shí)看到LED燈在閃爍;抽氣后聽不到聲音，LED燈（手機(jī)屏幕）仍在閃爍，從另一個(gè)角度說明芯片還在振動(dòng)。

4 ? ?變特殊為普遍

有些實(shí)驗(yàn)只是根據(jù)特殊條件下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或結(jié)論就推廣到一般結(jié)論，其嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性都值得商榷。更重要的是這樣的設(shè)計(jì)不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)和科學(xué)方法的學(xué)習(xí)。我們需要進(jìn)一步改進(jìn)、創(chuàng)新，研究或測量一般情況下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，這樣得出的結(jié)論才具有普遍性。

案例4 在“研究杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中，在調(diào)節(jié)至水平的杠桿兩端分別掛上鉤碼，記下動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂，學(xué)生探究得到杠桿平衡條件。因?yàn)楦芨芴幱谒綘顟B(tài)，力臂都剛好落到杠桿上，所以在杠桿上可以直接讀出動(dòng)力臂和阻力臂。如果有學(xué)生問：有時(shí)力臂沒有在杠桿上，杠桿的平衡條件還成立嗎？教材中的實(shí)驗(yàn)過程顯然難以回答學(xué)生的疑問。如何得出一般條件下杠桿的平衡條件？我們對這個(gè)實(shí)驗(yàn)也進(jìn)行了改進(jìn)（圖4）：用切割工具割出下端寬5 cm、長40 cm，上端寬3 cm、長8 cm的有機(jī)玻璃T形板，在下端尺上鑿一個(gè)長為20 cm的長方形凹槽。將紅色塑料板箭頭固定在T形尺上端，并使紅色箭頭和下端尺子垂直。以紅色箭頭的一邊為尺子的0刻度線，在T形尺上標(biāo)出尺子的刻度。杠桿一邊掛鉤碼，一邊用彈簧測力計(jì)斜拉，使杠桿靜止。測量力臂時(shí)，把T形尺凹槽套在杠桿支點(diǎn)上，移動(dòng)T形尺，使T形尺的紅色箭頭與拉力作用線重合，讀出支點(diǎn)處T形尺上的刻度，即為對應(yīng)的力臂。使用這樣的T形尺能測出動(dòng)力、阻力作用線與杠桿不垂直情況下的力臂，探究的結(jié)果更具普遍性。

5 ? ?變傳統(tǒng)為現(xiàn)代

隨著手持傳感器、攝影攝像、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地拓展了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的空間，合理地應(yīng)用這些現(xiàn)代技術(shù)，能顯著增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

案例5 在學(xué)習(xí)“流體速度與壓強(qiáng)的關(guān)系”時(shí)，教師往往通過向兩張豎直下垂的紙張中間吹氣、吸管噴霧器等實(shí)驗(yàn)得出“流速越大的地方壓強(qiáng)越小，流速越小的地方壓強(qiáng)越大”的結(jié)論，但據(jù)此要求學(xué)生理解飛機(jī)機(jī)翼產(chǎn)生升力的原因還是存在一定困難。我們通過自制機(jī)翼模型，在理論分析的同時(shí)在機(jī)翼模型的上下方分別用壓強(qiáng)傳感器測量壓強(qiáng)大小予以證實(shí)，解決了學(xué)生理解上的障礙（圖5）。

基于問題導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新策略關(guān)鍵是教師要善于發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在的問題，在不斷的改進(jìn)、創(chuàng)新中去提煉和總結(jié)。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新策略遠(yuǎn)不止筆者總結(jié)的這些，在實(shí)踐過程中使用的策略也并不是單一的，往往是互相交融，僅是側(cè)重點(diǎn)有所區(qū)別。希望能拋磚引玉，與廣大同仁探討更多創(chuàng)新策略用以指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：6-10.

（欄目編輯 ? ?王柏廬）