初中物理實驗教學(xué)的三個重點“關(guān)注”

陳培鳳 許志

摘 要：針對初中物理實驗教學(xué)中存在的形式探究、淺層探究等問題提出三個需要重點關(guān)注的問題.結(jié)合案例從問題的引領(lǐng)、方案的改進、證據(jù)意識的培養(yǎng)等方面，闡述提高學(xué)生探究能力和促進思維進階的策略.

關(guān)鍵詞：實驗教學(xué);思維引領(lǐng);深度探究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）04-0005-03

作者簡介：陳培鳳（1979-），女，江蘇揚州人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：課堂教學(xué)設(shè)計、實驗設(shè)計;

許志（1965-），男，江蘇淮安人，中學(xué)正高級教師，南京市教學(xué)研究室物理教研員，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)研究.

物理以實驗為基礎(chǔ)，以思維為中心;實驗讓物理課堂更靈動，讓學(xué)生在經(jīng)歷科學(xué)探究的過程中形成正確的物理觀念，提升科學(xué)思維能力，樹立堅毅的個人品格.而如何在物理實驗教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生從“真”探究，走向深度探究，從而促進學(xué)生思維能力的提升，需要做到以下三個“關(guān)注”.

1 關(guān)注“問題引領(lǐng)”與“思維進階”

教育的本質(zhì)是培養(yǎng)思維，培養(yǎng)思維的策略是知識問題化，問題情境化.問題的合理進階是促進學(xué)生實現(xiàn)理解性學(xué)習(xí)的有效途徑.引導(dǎo)學(xué)生從情境中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，明晰我要做什么？怎么做？為什么這樣做？還可以怎么做？怎樣做更好等問題.

1.1 教學(xué)案例

案例1 探究阻力對于物體運動的影響

在牛頓第一定律的課題引入時，課本用了一幅圖片（如圖1所示），通過情境設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生判斷圖中的說法是否正確.隨后便提出為什么踢出去的足球還能繼續(xù)飛行？為什么足球最終還會靜止？從而提出了探究阻力對于物體運動的影響這一議題.而在實際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生很難理解為什么在研究物體的運動時不研究動力而非要研究阻力.我們需要通過問題引領(lǐng)促進學(xué)生的思維進階.

問題1：請仔細觀察圖片及對話，思考圖中的情境能否推出相應(yīng)的結(jié)論？

問題2：運動的小車，如果不施加動力，為什么會停下來？

問題3：如果不受阻力作用，運動的小車還會不會停下來？

問題4：如何探究阻力對物體運動的影響？

問題5：實驗中如何評估物體運動受到的影響？

問題6：實驗中能否實現(xiàn)讓運動的物體完全不受力？怎么解決？

問題7：物體的運動與受力之間有什么關(guān)系？

1.2 案例分析

問題1基于教材中提供的情境提出問題，引導(dǎo)學(xué)生進行批判性思考，發(fā)現(xiàn)所得結(jié)論與預(yù)設(shè)情景的條件不同.情境中小車靜止，結(jié)論中物體普適.依據(jù)情境只能得出：沒有力的作用，物體就不能由靜止變?yōu)檫\動.那么，沒有力的作用，物體能不能由運動變?yōu)殪o止呢？

問題2的提出延續(xù)基于情境提出新的問題，進一步研究小車最終停下來恰恰是由于阻力的作用，由此阻力便自然成為研究物體運動時必須要考慮的力.

問題3則通過假設(shè)進一步明確了探究目的.問題4基于目的進行分析、對比和評價，確定解決問題需要的實驗條件和方法.怎么控制變量？怎么改變變量？依據(jù)是什么？

問題5的轉(zhuǎn)換法、問題6的知識遷移應(yīng)用都是高階思維能力的應(yīng)用.具體表現(xiàn)為在面對物體運動受到的影響是抽象的，如何將其轉(zhuǎn)換成可測量的物理量？物體無法不受力的作用，又該如何設(shè)計實驗情景？此時，遷移應(yīng)用成為有效方法.在研究真空能否傳聲時無法做到絕對真空，是怎么處理的？這種方法能否用在解決物體不受力時的運動情況的研究中？在問題設(shè)計中不斷發(fā)展思維進階，促進學(xué)生的高階思維能力發(fā)展.

問題7是對探究結(jié)果的提煉與總結(jié)，由生活情境到科學(xué)探究，歸納總結(jié)為物理語言的表達.從解決具體問題的思路發(fā)展為物理觀念和思維方法.對知識的理解、遷移和創(chuàng)新促進了核心素養(yǎng)的養(yǎng)成.

2 關(guān)注“證據(jù)意識”和“數(shù)據(jù)處理”

學(xué)生實驗中常出現(xiàn)“熱熱鬧鬧做實驗，做完實驗啥沒有”的情況，這源于學(xué)生證據(jù)意識的淡薄，教師在平時教學(xué)中需要不斷強化這種意識，做到“高度重視證據(jù)，全面依靠證據(jù)，合理解釋證據(jù)”.物理實驗中的證據(jù)主要包括“現(xiàn)象”和“數(shù)據(jù)”，教學(xué)中要關(guān)注支持結(jié)論的現(xiàn)象、現(xiàn)象的全面性和完整性，同時在數(shù)據(jù)處理方面也應(yīng)講究技巧.

2.1 教學(xué)案例

案例2 力的作用是相互的

在力的作用規(guī)律教學(xué)中，教師往往選擇較為常見、便于操作的彈力進行探究，那么能否僅僅由彈力的作用是相互的就得出“力的作用是相互的”這樣普適的結(jié)論呢？顯然不行.我們需要尋找更加全面的證據(jù).彈力、摩擦力、磁場力、電場力、地球與其他天體之間的力、萬有引力等，通過大量全面的證據(jù)方能得出科學(xué)的結(jié)論.教學(xué)中我們可以把如下問題拋給學(xué)生.

問題1：關(guān)于兩個物體間力的作用關(guān)系，你的猜想是什么？

問題2：你猜想的依據(jù)是什么？你還有什么經(jīng)驗支持你的猜想？請體驗并收集證據(jù).

問題3：其他性質(zhì)的力的作用是否也滿足這個規(guī)律？你覺得還需要補充哪些證據(jù)？

學(xué)生通過相互交流與討論，不斷完善證據(jù)的收集，并通過活動體驗各種力之間的相互作用，從而獲得完整的體驗.證據(jù)補充的過程有利于學(xué)生發(fā)展嚴謹?shù)目茖W(xué)探究品格，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

案例3 探究凸透鏡的成像規(guī)律

實驗數(shù)據(jù)的處理主要包括表格式和圖像式.數(shù)據(jù)的記錄與初步分析，應(yīng)符合學(xué)生的認知規(guī)律.根據(jù)學(xué)生實驗前的一般性的成像體驗，分別找放大的像和縮小的像，指導(dǎo)學(xué)生進行表格設(shè)計和數(shù)據(jù)記錄（見表1）.按成像特點分別整理歸納，尋找規(guī)律.

學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)：縮小的像，像距<物距;放大的像，像距>物距.在此基礎(chǔ)上，猜測等大的像肯定存在，且像距可能等于物距.完成從一般到特殊的完整證據(jù)收集.

圖像法是一種直觀的數(shù)據(jù)處理方式，而投影片又可以疊加多個小組的數(shù)據(jù)，以獲得更加客觀的證據(jù)（如圖2所示）.且疊加后能夠動態(tài)地觀察由物1到物6、像1到像6隨之移動的動態(tài)變化趨勢，結(jié)合學(xué)生的實驗操作，體驗物近像遠像變大的動態(tài)過程和像與物移動方向一致的規(guī)律，并進一步體會移動范圍的大小變化，為下一課時的深入研究打下基礎(chǔ).

2.2 案例分析

以上兩個案例中的處理方法在初中物理規(guī)律教學(xué)和實驗教學(xué)中具有普遍的參考意義.例如，圖像疊加法同樣適用于規(guī)律的發(fā)現(xiàn)：液體沸騰特點、固體熔化特點、光的傳播規(guī)律等等.在證據(jù)的收集和數(shù)據(jù)的處理中實現(xiàn)從一般到特殊，再從特殊到一般的雙向規(guī)律總結(jié)和認知形成，有助于學(xué)生的理解和深度學(xué)習(xí).猜想必有依據(jù)，證據(jù)需要充分，規(guī)律要具有普遍性，只有嚴格遵守這一過程才能培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和科學(xué)的責(zé)任態(tài)度.

3 關(guān)注“方案的改進”與“成果分享”

實驗是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，實驗方案的優(yōu)化與改進能改善物理現(xiàn)象的觀察效果和數(shù)據(jù)收集的效度信度.實驗成果的智慧分享則可以促進現(xiàn)象證據(jù)的觀察和學(xué)生間的交流與評價，有效促進學(xué)生的思維素養(yǎng).

3.1 方案改進教學(xué)案例

案例4 探究影響滑動摩擦力的影響因素

教材實驗中發(fā)現(xiàn)的問題：（1）水平勻速直線拉動操作困難;（2）拉動距離短，測力計示數(shù)難以穩(wěn)定;（3）運動中讀數(shù)困難;（4）增減鉤碼改變壓力大小，學(xué)生誤認為重力（質(zhì)量）就是壓力;（5）長木板鋪設(shè)不同材料，平整度不夠，影響勻速拉動等.基于上述問題，傳統(tǒng)改進方法如圖3所示，但該改進方案仍然不能解決上述（2）（4）（5）問題，且長木板拉動需要較大空間，測力計無支撐，測力計自重會影響實驗結(jié)果.

基于以上問題，我們提出創(chuàng)新改進方案如圖4所示，將長木板改成自制傳送帶，在滑塊各面貼上不同材料接觸面，將測力計改成豎直向上拉動等，取得了良好的改進效果.

3.2 案例分析

改進1將長木板改成自制傳送帶有以下好處：（1）不需要勻速拉動，且可安裝電動機實現(xiàn)不同速度拉動，進而探究滑動摩擦力大小與速度大小是否有關(guān);（2）可持續(xù)時間長，便于觀察測力計讀數(shù);（3）便于理解相對滑動.改進2在滑塊各面貼上不同粗糙程度的材料可用于探究滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系，還可用手壓等方式改變壓力，避免得到摩擦力大小與物體重力有關(guān)的錯誤觀念.改進3加定滑輪，改變測力計的拉動方向為豎直方向，能避免測力計自重的影響，易于控制水平拉動，還能結(jié)合力傳感器，連接電腦得到更直觀的圖像，獲得更可靠的證據(jù).

用身邊的器材，做簡單的實驗，得到明顯的現(xiàn)象，是實驗改進的目的.改進后效果良好，體現(xiàn)為：（1）傳送帶運轉(zhuǎn)中（不停下），測力計示數(shù)很穩(wěn)定，讀數(shù)方便，用力傳感器可量化實驗;（2）改變轉(zhuǎn)速，測力計示數(shù)不變;（3）操作便捷，加裝電動機能徹底解放雙手.

3.3 成果分享

實驗成果的分享可以是實驗現(xiàn)象的分享，數(shù)據(jù)結(jié)論的分享，也可以是活動成果的分享，還可以是相互間的交流與評價.

如大量光學(xué)實驗中需要借助暗箱才可以觀察到明顯的現(xiàn)象，教學(xué)條件難以滿足，這時我們可以運用現(xiàn)代化教學(xué)手段使實驗現(xiàn)象的觀察由“個體”到“群體”.如利用手機攝像頭代替人眼進行觀察，利用西沃投屏到大屏幕上（如圖5所示），完成分組與演示的完美結(jié)合.此法可應(yīng)用于大量現(xiàn)象不便于整體觀察的演示實驗中.

物理實驗的結(jié)論需要不斷的論證，尋找客觀的事實和普遍的規(guī)律需要在不斷的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及個體體驗的分享中獲得，以促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí).教學(xué)中不僅要采用智慧的分享方式，更要以學(xué)生的發(fā)展為本，以多樣化的評價內(nèi)容、多元化的評價主體為核心，結(jié)合多種評價方式促進學(xué)生對實驗成果的交流與評價，充分發(fā)揮評價的激勵功能.

4 結(jié)語

重視實驗教學(xué)，凸顯科學(xué)思維.實驗教學(xué)中將情境化為問題，用問題引領(lǐng)探究，在探究中培養(yǎng)能力.做好三個重點“關(guān)注”，從形式探究走向深度探究，為學(xué)生的終身發(fā)展服務(wù).

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（收稿日期：2020-11-12）