初中物理實驗創(chuàng)新的形式與內(nèi)涵探究

吳建兵

實驗創(chuàng)新正日益成為當(dāng)前初中物理教學(xué)的一個重要研究熱點，一個重要的原因就是在以生為本的教育背景之下，在面對核心素養(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講授，不能再滿足于應(yīng)試教育的需要。實際上，實驗創(chuàng)新并不是今天才提出來的，可以說從物理成為一門學(xué)科開始，實驗創(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，實驗創(chuàng)新也有著不同的含義，傳統(tǒng)的實驗創(chuàng)新包括多個領(lǐng)域，包括實驗教學(xué)理念的創(chuàng)新，實驗技術(shù)的創(chuàng)新，實驗評價的創(chuàng)新等，在諸多創(chuàng)新中，又以實驗技術(shù)創(chuàng)新最被教師所關(guān)注，因為實驗技術(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，如果太多的追求實驗技術(shù)的創(chuàng)新而忽視了實驗創(chuàng)新的內(nèi)涵，那實驗創(chuàng)新就很容易流于形式，更大的風(fēng)險則在于忽視了學(xué)生建構(gòu)知識的需要。因而筆者以為，初中物理實驗創(chuàng)新，更多的要關(guān)注形式與內(nèi)涵的共同創(chuàng)新，下面從三個方面加以闡述。

一、初中物理實驗創(chuàng)新的目的與現(xiàn)狀

初中物理實驗創(chuàng)新，容易陷入目的與過程糾纏的狀態(tài)，很多時候容易為了形式創(chuàng)新而忽視了實驗創(chuàng)新的目的。因此實驗創(chuàng)新要思考的第一個問題就是：對于初中物理教學(xué)而言，實驗創(chuàng)新的目的是什么？不妨來看一個實驗創(chuàng)新的例子：

在“大氣壓強”的教學(xué)中，通常會設(shè)計這樣的一些實驗：用小吸盤做的“馬德堡半球?qū)嶒灐?，生活中的小吸盤掛鉤實驗，用吸管吸飲料的實驗，覆杯實驗，瓶子吞雞蛋實驗等。通常情況下，這些實驗都是由教師向?qū)W生演示的。后來的一些改進措施則是將演示實驗變成學(xué)生實驗，由于這樣的實驗與傳統(tǒng)的學(xué)生實驗的測量、測定不同，其更多的是讓學(xué)生通過親自動手，來獲得一種體驗過程，從而建立起對實驗現(xiàn)象的感性認識。這實際上也是一種“創(chuàng)新”思路，對應(yīng)著實驗組織形式的創(chuàng)新。

這是近年來尤其是課程改革以來最常見的實驗創(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)過程中的主體作用，讓學(xué)生能夠在實驗（體驗）的過程中，更自主地觀察實驗現(xiàn)象、得出并理解實驗結(jié)論。需要注意的是，如果忽視了這個目的，那創(chuàng)新就會變味。例如有教師搜集了能夠證實大氣存在壓強的許多實驗，然后在實驗室準備了許多器材，讓學(xué)生逐個去完成這些實驗。這樣的課堂看起來熱熱鬧鬧，但是學(xué)生的思維加工效率其實非常低，因為太多的實驗必然讓學(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)前許多實驗創(chuàng)新的現(xiàn)狀。

筆者以為，實驗創(chuàng)新首先要關(guān)注創(chuàng)新的目的，而實驗創(chuàng)新的目的，應(yīng)當(dāng)是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力與興趣，讓學(xué)生高效加工實驗過程與現(xiàn)象進而得出實驗結(jié)論。明確了目的之后，還要關(guān)注實驗創(chuàng)新的過程，從過程的角度來看，實驗的創(chuàng)新主要應(yīng)突出實驗的過程教學(xué)，因為過程教學(xué)是物理現(xiàn)象和實驗結(jié)論之間的紐帶，只有搞清楚了過程，才有得出正確結(jié)論的基礎(chǔ)。

總的來說，實驗創(chuàng)新需要不忘“初心”——實驗創(chuàng)新的目的是為了讓實驗以更新穎的形式、更簡潔的過程吸引學(xué)生，不辱“使命”——實驗創(chuàng)新促進學(xué)生的知識建構(gòu)與運用。只有這樣才能讓實驗創(chuàng)新發(fā)揮真正作用。

二、技術(shù)創(chuàng)新是物理實驗創(chuàng)新的必然

其實，對于初中生的物理學(xué)習(xí)而言，實驗創(chuàng)新很大程度上體現(xiàn)為形式創(chuàng)新。因為初中物理知識的描述是相對固定的，而如何理解這些知識，需要的是實驗的支撐。因此除了實驗組織形式的創(chuàng)新之外，實驗技術(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，運用通用技術(shù)課程的理念、方法、技能，進行物理實驗教具（或?qū)嶒炑b置）技術(shù)的創(chuàng)新，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力、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”這一實驗中，“玻璃鐘罩”實驗是最為經(jīng)典的實驗之一。眾所周知，這個實驗的思想是實驗基礎(chǔ)上運用邏輯推理，得出“真空不能傳聲”的結(jié)論的，而之所以要運用邏輯推理，一個重要原因就是玻璃鐘罩內(nèi)的空氣無法真正全部抽完，因而得不到真正的真空;同時，另外一個原因就是鐘罩內(nèi)的聲源置于底座之上，其必然會導(dǎo)致聲音通過鐘罩向外傳播。

分析可知，憑初中物理實驗的條件，沒有真正能夠抽空玻璃鐘罩內(nèi)空氣的裝置（實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因素消除掉，那在運用實驗基礎(chǔ)上進行邏輯推理的方法時，學(xué)生將會更加有興趣。那么，如何使得聲源與底座之間隔開呢？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（不是簡單的兩塊磁鐵，網(wǎng)上可郵購一些磁懸浮的工藝品），從而實現(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，這樣在實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進行推理的時候，思路會更加清晰，學(xué)生對自己的推理結(jié)果也更加相信。由此判斷，從實驗技術(shù)創(chuàng)新的角度來看創(chuàng)新思路三，該思路的最大特點，不只在于“磁懸浮”技術(shù)的應(yīng)用，而在于簡化學(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，還有這樣的一個實驗創(chuàng)新案例：

在“探究動能的大小與哪些因素有關(guān)”實驗中，用控制變量法設(shè)計實驗是一個重點。在教學(xué)中通常教師會讓學(xué)生去設(shè)計實驗，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候，常規(guī)的思路是用同一個物體A從不同高度滑下來去撞擊物體B，然后看B在同樣的水平面上運動的距離，來判斷A物體動能的大小。筆者在讓學(xué)生設(shè)計實驗的時候，學(xué)生剛開始的思路比較亂，后來通過引導(dǎo)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)設(shè)計實驗的過程，實際上就可以理解為在傳統(tǒng)基礎(chǔ)上進行實驗創(chuàng)新的過程，只要抓住本實驗的實質(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、改變變量就會比較新穎，這實際上就是創(chuàng)新的關(guān)鍵。

實際上有一個學(xué)生的設(shè)計就比較巧妙：在桌面上準備兩個玻璃彈球，然后準備一把直尺。當(dāng)用尺“平動”著將兩個質(zhì)量不同的彈球推出去時，就可以研究動能大小與質(zhì)量的關(guān)系;而如果用尺“轉(zhuǎn)動”著將兩個質(zhì)量的彈球推出去時，就可以研究動能大小與速度的關(guān)系。在這樣的實驗創(chuàng)新中，沒有新穎的器材，沒有眩目的操作，一個簡單的平動保證了速度相同，一個簡單的轉(zhuǎn)動保證了速度不同，這樣的控制變量對于學(xué)生的理解而言，沒有任何的難度，這顯然有助于學(xué)生的思維高效加工實驗現(xiàn)象，從而認識到動能大小與哪些因素有關(guān)。尤其值得贊賞的是，這樣的思路來自于學(xué)生，也就是說這樣的一個實驗實際上學(xué)生實驗創(chuàng)新的成果，這顯然是意義非凡的。

三、物理實驗創(chuàng)新必須關(guān)注實驗內(nèi)涵

其實在上面的案例分析中，已經(jīng)明確了一個觀點，那就是初中物理實驗創(chuàng)新，在追求實驗技術(shù)又或者是實驗形式創(chuàng)新的時候，是不能忽視實驗內(nèi)涵的。如果說實驗技術(shù)的創(chuàng)新更多的是保證實驗有創(chuàng)新的形式，能夠更好地吸引學(xué)生的注意力之外，那對實驗內(nèi)涵的關(guān)注，則是實驗創(chuàng)新的源泉。

例如，在上面的實驗創(chuàng)新案例中，無論是“探究聲音傳播的條件”，還是“探究動能大小與哪些因素有關(guān)”，都緊扣了“聲音傳播過程中的介質(zhì)”與“控制影響動能大小的質(zhì)量與速度因素”兩個本質(zhì)，而只要扣住了本質(zhì)，那在尋找更好的實驗技術(shù)的時候，也就不會偏離實驗的方向，這樣的創(chuàng)新過程無論是對于教師而言，還是對于學(xué)生而言，都是對創(chuàng)新實驗內(nèi)涵的一種理解。

其實，在初中物理實驗中，好多實驗都可以通過實驗內(nèi)涵分析的方法，抓住實驗內(nèi)涵，再改變實驗形式，從而就可以實現(xiàn)實驗的創(chuàng)新。對于初中物理而言，這可能是最為有效的實驗創(chuàng)新思路了。

此外，實驗的內(nèi)涵還在于“做”，在中學(xué)物理實驗教學(xué)過程中，應(yīng)確定以實驗為基礎(chǔ)，用實驗來激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，發(fā)揮學(xué)生參與教學(xué)的主動性和積極性，培養(yǎng)學(xué)生操作實驗、設(shè)計實驗的實踐能力和創(chuàng)造能力。做是一種動手動腦的綜合性體驗過程，在體驗的過程中，學(xué)生的思維會被激活，學(xué)生的思維會圍繞實驗現(xiàn)象而進行精細加工，于是實驗現(xiàn)象與實驗結(jié)論之間，就可以得到一個較好的匹配，這顯然是有利于學(xué)生建構(gòu)物理知識的。

當(dāng)然，好的實驗創(chuàng)新應(yīng)當(dāng)是技術(shù)創(chuàng)新與內(nèi)涵堅守的結(jié)合，技術(shù)創(chuàng)新支撐下的物理創(chuàng)新實驗，堅守著實驗的內(nèi)涵不變，這實際上就形成了一種變式教學(xué)的思路，在此基礎(chǔ)上，物理實驗創(chuàng)新還要立足于做、著重于思、著眼于疑、著力于放，從其實踐性、啟發(fā)性、探索性、自主性等方面促進學(xué)生手腦的有機結(jié)合，這樣實驗創(chuàng)新就能夠較好地融入到學(xué)科教學(xué)中去，所創(chuàng)新的實驗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)新實驗促進物理教學(xué)創(chuàng)新的作用。

總之，初中物理實驗需要創(chuàng)新，物理教師建立創(chuàng)新實驗的思想，通過創(chuàng)新實驗推動創(chuàng)新教學(xué)，從而實現(xiàn)學(xué)生的高效學(xué)習(xí)與教師的專業(yè)成長。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。

基金項目：江蘇省江陰市教育科研專項資金項目——指向“學(xué)科素養(yǎng)”培育的物理課堂轉(zhuǎn)型（JY2019C02）階段性成果之一

編輯/魏繼軍