指向關(guān)鍵能力的初中物理實驗教學(xué)方法分析

朱舒雁

摘要：初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力主要包括概括理解、實驗探究、實踐應(yīng)用、求實創(chuàng)新四大方面，是學(xué)生在知識學(xué)習(xí)、科學(xué)探究、問題解決過程中需要的能力。實驗教學(xué)是物理課的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的重要載體。本文以“探究平面鏡成像規(guī)律”為例，探討通過實驗教學(xué)發(fā)展學(xué)生物理關(guān)鍵能力的方法。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵能力;初中物理;實驗教學(xué)

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗教學(xué)是初中物理課堂中的重要組成部分。初中物理實驗教學(xué)中最常涉及的是提出問題、作出猜想、設(shè)計實驗、進行實驗、證據(jù)論證、評估六個思維過程。初中物理學(xué)科關(guān)鍵能力是初中生在接受物理教育時，逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備能力，主要包括“概括理解”“實驗探究”“實踐運用”“求實創(chuàng)新”四大方面。在實際教學(xué)中，教師可根據(jù)各實驗的特點及初中物理核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，將這六部分實驗教學(xué)做適當調(diào)整。

物理實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的重要載體。通過創(chuàng)設(shè)適當?shù)那榫?，結(jié)合任務(wù)單、問題提問等手段，引導(dǎo)學(xué)生進行觀察、推理、設(shè)計、操作、論證、評價等體驗性學(xué)習(xí)，使學(xué)生真正融入實驗情境，積極參與實驗探究，靈活運用規(guī)律解決實際問題，充分提升學(xué)生的關(guān)鍵能力。

一、 問題與猜想：情境體驗，發(fā)展觀察推理能力

生活中常用的梳妝鏡就是一塊平面鏡。學(xué)生每天都能看到自己在平面鏡中成的像，但學(xué)生其實不太了解鏡中的“自己”：有的認為平面鏡成的像在鏡面上、有的認為平面鏡成像遠小近大、有的認為自己和鏡中像舉起的都是右手等?；趯W(xué)生對平面鏡成像的不同看法，提出問題：平面鏡成的像有什么特點？

在猜想環(huán)節(jié)，學(xué)生可能會受課本知識影響，馬上得到“正確”的猜想，但很難說出得到這些猜想的依據(jù)。教師創(chuàng)設(shè)情境“鏡像模仿”，即模仿像或是觀察他人模仿像。學(xué)生通過情境體驗，從自己的原認知系統(tǒng)中提取與平面鏡成像特點相關(guān)的經(jīng)驗。體驗1：教師邊說邊做動作“舉右手”“舉左手”，全體學(xué)生同步模仿教師在平面鏡中的像。體驗中會出現(xiàn)教師舉右手，學(xué)生也舉右手的情況。此時，需要給模仿失誤的學(xué)生一點時間去觀察、回憶、糾正動作。體驗2：教師和一位學(xué)生在教室前演示，教師邊說邊做動作“舉右手打招呼”“向前伸左手‘握手”“向左移動”“后退”“左轉(zhuǎn)面向?qū)W生并舉右手告別”，演示學(xué)生同步模仿像的動作，其他學(xué)生觀察。

體驗結(jié)束后，學(xué)生討論并做出有依據(jù)的猜想：平面鏡成的像可能有什么特點？學(xué)生在模仿與觀察的基礎(chǔ)上進行猜想：猜想1：“像與物是對稱關(guān)系”，依據(jù)：像與物是數(shù)學(xué)上的軸對稱圖形，平面鏡是對稱軸。猜想2：“像與物到平面鏡的距離可能相等”，依據(jù)：老師后退，同學(xué)也后退，這兩段距離可能相等。教師追問：有沒有不同的看法？有學(xué)生回答：像可能在平面鏡的鏡面上，像到平面鏡的距離為零。猜想3：“像與物大小相等”，依據(jù)：像與物是軸對稱圖形，大小相等。教師追問：有沒有不同的看法？有學(xué)生回答：像與物大小可能不相等，因為平面鏡中成的像好像近處的看上去大，遠處的看上去小。猜想4：教師通過“小孔成像成的是實像”引入猜想平面鏡成的像是虛像還是實像。學(xué)生沒有相關(guān)經(jīng)驗，感覺無從猜起，后經(jīng)引導(dǎo)知道可用光屏檢驗像的虛實。猜想至此結(jié)束，學(xué)生同時明確實驗?zāi)康摹?/p>

二、 設(shè)計與實驗：任務(wù)導(dǎo)向，發(fā)展設(shè)計操作能力

實驗前，先向?qū)W生介紹實驗器材：可使物體成像的鏡子、茶色玻璃板;5號電池兩節(jié)、7號電池兩節(jié)、正方體木塊一個;白紙兩張;學(xué)生身邊可以用到的文具等。學(xué)生以兩人為一組，每組一張實驗任務(wù)單。任務(wù)共三項：選擇實驗器材定位像、設(shè)計實驗表格并確定實驗方案、實驗收集證據(jù)，學(xué)生每完成一項任務(wù)進行一次反饋。

任務(wù)一：選擇實驗器材，定位像。（1）確定研究對象（成像的物體）;（2）選擇實驗器材并正確擺放;（3）選擇另一物體確定像的位置。

實驗器材的合理選擇，不僅可以簡化實驗過程，還可以方便地觀察并得到結(jié)論。學(xué)生一般都能夠快速且有依據(jù)地確定研究對象及找像物體，如學(xué)生基本會選擇兩節(jié)5號電池或兩節(jié)7號電池而不會做出其他選擇，原因是5號電池與7號電池大小不同，正方體木塊則與電池大小、形狀都不同。

該任務(wù)的難點是平面鏡的選擇。由于平面鏡是不透明的，學(xué)生無法同時看到物體的像和找像的物體。同時，學(xué)生也會受到平面鏡定義（鏡子的表面是平的）的影響，較難想到物體通過玻璃板成的像也屬于平面鏡成像。為了突破這個難點，教師給每個小組提供一面鏡子和一塊單面鍍膜的茶色玻璃板，并且告訴學(xué)生物體通過玻璃板表面成的像也屬于平面鏡成像。學(xué)生通過“嘗試—錯誤—討論歸因—再嘗試”的過程發(fā)現(xiàn)茶色玻璃板雖然是透明的，但也可以使物體成像，且可以同時看到物體成的像和找像的物體。用茶色玻璃板代替平面鏡可方便地確定像的位置。

學(xué)生在選擇器材時，通常不會想到用白紙記錄平面鏡、研究對象、像（找像物體）的位置。因此，在學(xué)生成功定位像后，教師提問：這兩張白紙可能是用來做什么的？由于教師在猜想階段已經(jīng)介紹過用光屏檢驗像的虛實，故學(xué)生馬上能反應(yīng)出來其中一張白紙是用來檢驗平面鏡成像的虛實。另一張白紙呢？教師馬上提醒學(xué)生：實驗留痕，這張白紙是用來記錄平面鏡、研究對象以及像（找像物體）的位置的。同時，引出任務(wù)二。

任務(wù)二：設(shè)計實驗表格，確定實驗方案。

實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象是結(jié)論得出的重要依據(jù)。一張合理的實驗數(shù)據(jù)表能夠體現(xiàn)出實驗?zāi)康暮退悸?。學(xué)生由猜想討論得到表格中需要記錄的項目：實驗次數(shù)、物體到鏡面的距離、像到鏡面的距離、物的大小、像的大小、光屏上是否有像（像的虛實）。

學(xué)生一般認為可以通過測量研究對象與找像物體的高度就可以比較像與物的大小，忽略物體寬度、形狀等。教師首先肯定測量是可行的，然后提醒學(xué)生：為什么同學(xué)們在找5號電池的像的位置時不用7號電池也不用正方體木塊？引導(dǎo)學(xué)生理解用“等效替代法”（即若研究對象與找像的物體完全相同，且找像的物體與研究對象的像完全重合，則研究對象的像與研究對象完全相同）也可比較像與物的大小。因此將表格中的項目“物的大小”和“像的大小”改為“B與A的像完全重合/不重合”（如表1）。

實驗次數(shù) 物到鏡面的距離/cm 像到鏡面的距離/cm B與A的像完全重合/不重合 光屏上是否有像

任務(wù)三：實驗收集證據(jù)。（1）在白紙上標記平面鏡、研究對象及其像的位置;（2）比較像與物的大小;（3）觀察光屏上是否有像（像的虛實）;（4）測量像與物到鏡面的距離。

學(xué)生在實驗過程中會遇到一些問題，如將非鍍膜的一面作為反射面，致使研究對象成的像不夠清晰，影響找像位置的精確度等。教師在巡視過程中也要提醒學(xué)生如實填寫實驗數(shù)據(jù)，并思考或討論實驗中遇到的問題及其可能的產(chǎn)生原因，在時間允許（約15分鐘）的情況下可再多做幾組實驗。

三、 論證與評估：信息處理，發(fā)展分析總結(jié)能力

論證即得出結(jié)論，要求學(xué)生選用合適的方法對收集的信息進行處理，并根據(jù)證據(jù)對猜想做出合理判斷，解決提出的問題并得出實驗結(jié)論。學(xué)生實驗過程中，錯誤經(jīng)常會存在，誤差也是不可避免的。評估階段要求學(xué)生在得出結(jié)論后，分析實驗中遇到的問題、產(chǎn)生錯誤及誤差的原因等，再通過實驗驗證分析的合理性，最后提出改進實驗的方法。本實驗的證據(jù)論證和實驗評估有三個方面。

（一）證據(jù)論證平面鏡成像特點

①根據(jù)實驗現(xiàn)象“找像物體能夠與研究對象的像完全重合”，得出結(jié)論“像與物大小相等（等大）”。②連接像與物所標記的位置，測量并比較數(shù)據(jù)“物到鏡面的距離”和“像到鏡面的距離”，發(fā)現(xiàn)在誤差允許范圍內(nèi)兩段距離大小大致相等，得出結(jié)論“像與物到平面鏡的距離相等（等距）”。③根據(jù)實驗現(xiàn)象“光屏上無像”，得出結(jié)論“平面鏡成的是虛像”。④“對稱”是物體對某個平面而言，在大小、形狀和排列上具有一一對應(yīng)關(guān)系。學(xué)生根據(jù)信息“像與物完全相同（大小、形狀）”“等距”“像與物位置的連線與平面鏡垂直”，得出結(jié)論“像與物關(guān)于平面鏡對稱（對稱）”。

（二）討論實驗信息處理新方法

學(xué)生在本學(xué)期數(shù)學(xué)學(xué)科中剛學(xué)習(xí)過軸對稱圖形，知道如何從數(shù)學(xué)角度判斷兩物體是否關(guān)于某對稱軸對稱，也知道如何利用對稱剪出軸對稱的圖形。故教師由問題“若沒有刻度尺，要如何比較像與物到平面鏡的距離？”出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從數(shù)學(xué)、剪紙等角度展開討論，尋找新的比較方法。有學(xué)生想到：將記錄實驗痕跡的白紙沿平面鏡所在位置的標記對折，然后用筆尖將研究對象的位置標記點依次戳破，最后打開白紙觀察其像的位置標記點是否也被戳破。若被戳破，則像與物到平面鏡的距離相等;若沒有，則不相等。學(xué)生用這種方法嘗試后，大部分能得出結(jié)論“等距”。

（三）從“問題”信息評估實驗“問題”

學(xué)生在實驗過程中雖然會遇到各種各樣的問題，但對問題本身卻不夠敏感。如果直接提問學(xué)生在實驗中遇到什么問題，學(xué)生可能一下子無從下手。比如由于平面鏡在擺放時沒有與桌面垂直，導(dǎo)致找像物體無法與像完全重合。盡管如此，很多學(xué)生仍會繼續(xù)實驗，當兩者差不多已經(jīng)完全重合，定位出錯直接影響像到平面鏡的距離出錯。因此，在評估時可直接從顯性的“問題”信息切入，讓學(xué)生分析“問題”信息（像與物到鏡面的距離不相等）出現(xiàn)的原因，增強分析的目的性，增加分析的廣度。最后實驗驗證對問題的分析是否合理，討論改進方法。

四、 結(jié)語

綜上所述，“問題與猜想”是以同一個情境的不同層次進行教學(xué)，學(xué)生在真實的情境體驗中發(fā)展觀察與推理能力?！霸O(shè)計與實驗”是以一系列任務(wù)為導(dǎo)向，學(xué)生通過“試誤”理解實驗難點并在不斷改進實驗方案的過程中發(fā)展實驗設(shè)計與操作能力?！罢撟C與評估”是先初步分析實驗收集到的信息并以“證據(jù)”+“結(jié)論”的方式進行總結(jié)，后深入分析“問題”信息產(chǎn)生的原因并對實驗過程進行評估，發(fā)展分析與總結(jié)能力。教師發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科關(guān)鍵能力的方法有很多，只要適合自己的學(xué)生就是合適的方法。當然，在實際教學(xué)過程中，效果與設(shè)想可能會有一定的差距，但只要學(xué)生的某個關(guān)鍵能力能夠有些許發(fā)展，相信積少成多，量變終會質(zhì)變。

參考文獻：

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