創(chuàng)意設(shè)計(jì) 靈活運(yùn)用 以實(shí)驗(yàn)搭建物理教與學(xué)的新橋梁

林坤水

摘? ?要：面對(duì)物理教學(xué)中的難點(diǎn)痛點(diǎn)，教師們常常把實(shí)驗(yàn)演示作為解決問(wèn)題的好辦法。從一個(gè)新的視角來(lái)挖掘物理實(shí)驗(yàn)的妙用，結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和具體案例，就何時(shí)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)以及如何運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來(lái)突破教學(xué)重難點(diǎn)、激發(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的自主性進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué);實(shí)驗(yàn);物理規(guī)律

著名學(xué)者呂叔湘曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“教學(xué)，就是教學(xué)生學(xué)，主要不是把現(xiàn)成的知識(shí)教給學(xué)生，而是把學(xué)習(xí)的方法教給學(xué)生，這樣學(xué)生就可以受用一輩子 [ 1 ]?！闭\(chéng)哉斯言，在中學(xué)物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，如果學(xué)生能夠掌握適當(dāng)?shù)姆椒ǎ锢韺W(xué)習(xí)將會(huì)變得事半功倍;而在教師的授課過(guò)程當(dāng)中，如果運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ材軌蜃屛锢斫虒W(xué)中的很多難題迎刃而解。

在實(shí)際物理教學(xué)中，一些物理規(guī)律、物理概念比較抽象深?yuàn)W、晦澀難懂，成為學(xué)生們學(xué)習(xí)中難啃的硬骨頭。在教學(xué)互動(dòng)中學(xué)生常常表示，這些原理規(guī)律太晦澀高深了，記不住，更無(wú)法理解。面對(duì)這個(gè)攔路虎，筆者在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中，琢磨出了一套行之有效的方法：運(yùn)用小實(shí)驗(yàn)發(fā)揮大作用，幫助學(xué)生們學(xué)習(xí)、理解、掌握并鞏固物理知識(shí)，激發(fā)他們的物理學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)參與熱情，培養(yǎng)物理思維，真正做到學(xué)有所得、學(xué)有所悟、學(xué)以致用。

實(shí)驗(yàn)，是科學(xué)研究的基本方法之一。在中學(xué)物理教學(xué)中，除了最常見(jiàn)的利用實(shí)驗(yàn)直接呈現(xiàn)自然現(xiàn)象、性質(zhì)、規(guī)律之外，實(shí)驗(yàn)還有很多妙用。因此，什么時(shí)候需要用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)、如何運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)來(lái)有效提升課堂教學(xué)效果便成為值得探討的重點(diǎn)話題。作為一名物理教師，不能僅僅停留在按部就班地操作實(shí)驗(yàn)，而更要做到靈活地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，讓物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新化，在不同的物理教學(xué)場(chǎng)景中發(fā)揮其不同的作用。

下面結(jié)合一些物理實(shí)際教學(xué)過(guò)程中的案例來(lái)談一談物理實(shí)驗(yàn)在提升教學(xué)質(zhì)量的過(guò)程中應(yīng)該何時(shí)運(yùn)用以及如何運(yùn)用的小技巧。

1? 形象作圖，實(shí)驗(yàn)為輔，物理不再“無(wú)理”

1.1? 通過(guò)作圖讓物理規(guī)律形象化

在八年級(jí)物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，凸透鏡成像規(guī)律常常成為學(xué)生們難啃的一塊硬骨頭：當(dāng)物體位于凸透鏡的二倍焦距之外，成倒立、縮小的實(shí)像，像在一倍焦距和二倍焦距之間;當(dāng)物體位于凸透鏡的一倍焦距與二倍焦距之間，成倒立、放大的實(shí)像，像在二倍焦距之外;當(dāng)物體位于一倍焦距之內(nèi)，成正立、放大的虛像，像與物體同側(cè)。

這些規(guī)律原理枯燥乏味，讓人忘了又背，背了又忘。因此筆者在課堂教學(xué)過(guò)程中，常常會(huì)在黑板上給學(xué)生們演示凸透鏡成像規(guī)律的光路圖，并帶著學(xué)生一起動(dòng)手來(lái)畫(huà)。如圖1、2、3所示，通過(guò)將這些枯燥的規(guī)律文字轉(zhuǎn)化為生動(dòng)形象的成像圖，讓學(xué)生們的記憶變得簡(jiǎn)單。

1.2? 借助實(shí)驗(yàn)讓物理作圖更輕松

生動(dòng)形象的光路圖能夠讓學(xué)生們的記憶效率大大提高，然而，要想讓學(xué)生們真正學(xué)會(huì)物理、懂得物理、愛(ài)上物理，僅僅記得住是不夠的。對(duì)于物理知識(shí)，最好的掌握程度是不僅要知其然，更要知其所以然。同時(shí)，學(xué)生們?cè)谧鲌D過(guò)程中也時(shí)不時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種各樣的疑問(wèn)：這些光線是怎么畫(huà)出來(lái)的呢？光線的走勢(shì)為什么是這樣偏轉(zhuǎn)的呢？為什么是偏轉(zhuǎn)這個(gè)角度呢？這個(gè)時(shí)候便是物理實(shí)驗(yàn)派上用場(chǎng)的絕佳時(shí)機(jī)。借助一些實(shí)驗(yàn)來(lái)展示凸透鏡作用下光線的形成規(guī)律，讓學(xué)生充分理解光路圖是怎樣“煉”成的。

如圖4、5、6所示，三束特殊光線穿過(guò)凸透鏡后形成了不同的走向：（1）過(guò)光心的光線傳播方向不變;（2）平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后通過(guò)焦點(diǎn);（3）通過(guò)焦點(diǎn)的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主光軸。

借助這些小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很快就明白光路圖的光線應(yīng)該怎么畫(huà)了，凸透鏡成像規(guī)律記不住、搞不懂的教學(xué)問(wèn)題也迎刃而解。實(shí)驗(yàn)的輔助不僅讓學(xué)生們很好地掌握了凸透鏡成像規(guī)律這類(lèi)比較復(fù)雜的知識(shí)點(diǎn)，更在潛移默化中讓他們掌握了物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的一個(gè)好方法——實(shí)驗(yàn)+作圖。擁有物理學(xué)習(xí)中的這把“金鑰匙”，能夠讓學(xué)生舉一反三，融會(huì)貫通，在今后的規(guī)律原理學(xué)習(xí)中事半功倍，更能為他們今后學(xué)習(xí)其他更難的模塊知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)。

2? 化繁為簡(jiǎn)，妙用工具，原理也很有趣

物理學(xué)中有一些概念和原理比較抽象，這對(duì)于剛剛接觸物理學(xué)習(xí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)難以理解。例如，學(xué)生一開(kāi)始對(duì) “大氣壓”這個(gè)概念疑惑不解，空氣那么輕盈，又怎么會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)呢？這時(shí)，物理實(shí)驗(yàn)就能很好地幫助學(xué)生體會(huì)宏觀抽象的物理概念。

然而，教科書(shū)上關(guān)于大氣壓的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)于復(fù)雜，可操作性不強(qiáng)。在傳統(tǒng)的證明大氣壓存在的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)中，需要用到黃銅半球殼、橡皮圈等材料，還要把半球殼灌滿水后合并在一起，再把水全部抽出形成真空，并用十六匹馬來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。這一系列操作對(duì)于成本、時(shí)間、場(chǎng)地等多方面都具有很高的要求，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中往往難以實(shí)現(xiàn)。因此，在實(shí)際的物理課堂中將這個(gè)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單化，運(yùn)用生活中大家都很熟悉的物件——塑料掛鉤來(lái)替代黃銅半球殼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，具有異曲同工之妙，不僅節(jié)能環(huán)保簡(jiǎn)便，還能讓學(xué)生們真真切切地感受到大氣壓強(qiáng)的作用。

再比如“浮力”這個(gè)物理概念，看不見(jiàn)摸不著，學(xué)生們也不容易真正理解什么叫做液體對(duì)物體向上和向下的壓力差。于是，在教學(xué)的過(guò)程中就會(huì)舉一些生活中的例子，比如夏天在泳池游泳、船在河上、海上航行等，讓學(xué)生更好地體會(huì)浮力與物體之間的關(guān)系。

除此之外，還利用生活中最常見(jiàn)的乒乓球和礦泉水瓶作為道具，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)證實(shí)浮力產(chǎn)生的原因，如圖7所示：取一個(gè)礦泉水瓶，去掉礦泉水瓶底并使其倒立，將兩個(gè)乒乓球放入其中，加入水之后，將觀察到乒乓球一個(gè)上浮，另一個(gè)沉在瓶口。通過(guò)這個(gè)小實(shí)驗(yàn)，學(xué)生一下子就明白了為什么當(dāng)物體與容器底面密切接觸（或物體的底面沒(méi)有接觸到液體）時(shí)物體不受浮力這個(gè)道理，輕松地掌握了浮力的成因。

心理學(xué)表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)和智能結(jié)構(gòu)的形成不是一個(gè)被動(dòng)的單向接收過(guò)程，而是一個(gè)以已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的積極主動(dòng)多項(xiàng)組合的構(gòu)建過(guò)程。因此，在物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師可以借助一些生活實(shí)際場(chǎng)景，依托學(xué)生現(xiàn)有的生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)有效地簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生投入物理問(wèn)題的思考，培養(yǎng)物理思維，搭建物理知識(shí)思考的邏輯體系。大道至簡(jiǎn)，通過(guò)將復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單化、生活化，妙用生活中的一些小道具，不僅能夠讓學(xué)生們親身體驗(yàn)物理概念規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，讓他們印象深刻，更能讓這些原理規(guī)律走下神壇，不再高深莫測(cè)，有效地拉近了學(xué)生和物理知識(shí)的距離。

3? 巧妙設(shè)計(jì)，靈活運(yùn)用，創(chuàng)新教學(xué)模式

實(shí)驗(yàn)貴在巧思。一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，既能夠展現(xiàn)一些最基本的物理知識(shí)，又能夠與物理作圖巧妙結(jié)合，幫助學(xué)生更好地記憶物理規(guī)律，還可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中的具體場(chǎng)景、具體需求，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不同程度的簡(jiǎn)化，在做到環(huán)保高效的同時(shí)讓學(xué)生更好地理解物理知識(shí)。

俗話說(shuō)：“好鋼就要用在刀刃上”。物理實(shí)驗(yàn)雖然不是學(xué)習(xí)中的萬(wàn)金油，但在遇到宏觀抽象的物理概念以及復(fù)雜難記的物理規(guī)律原理時(shí)能大顯身手，讓物理課堂教學(xué)變得高效而有趣。同時(shí)，物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)也是一門(mén)學(xué)問(wèn)：當(dāng)實(shí)驗(yàn)與作圖相結(jié)合時(shí)，往往能碰撞出思維的火花，幫助學(xué)生理解重、難點(diǎn)問(wèn)題;面對(duì)傳統(tǒng)的多流程實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要教師借助生活中的常見(jiàn)物品進(jìn)行設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生在生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上共同優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)操作過(guò)程。除此之外，在實(shí)驗(yàn)形式上也可以與時(shí)俱進(jìn)不斷創(chuàng)新。例如，教師可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需要組織分組實(shí)驗(yàn)，在達(dá)成教學(xué)目的的同時(shí)，還能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力;根據(jù)實(shí)驗(yàn)難易程度有針對(duì)性地采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生在課下進(jìn)行部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠讓教師在課堂上把時(shí)間更多集中到學(xué)生不理解的重、難點(diǎn)環(huán)節(jié)，在引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的同時(shí)提高物理課堂的效率[ 2 ]。

結(jié)合日常教學(xué)的具體案例，不斷反思和審視如何把物理實(shí)驗(yàn)做得更好，不斷探究何時(shí)需要實(shí)驗(yàn)、如何設(shè)計(jì)并運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，是對(duì)新課標(biāo)背景下物理教與學(xué)的一種創(chuàng)新式探索，也是對(duì)中學(xué)物理教師教學(xué)素養(yǎng)的新要求;是助推學(xué)生培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的新機(jī)遇，更帶來(lái)了素質(zhì)教育發(fā)展趨勢(shì)下物理教學(xué)模式的新啟示。

物理教學(xué)模式的不斷升級(jí)創(chuàng)新，其本質(zhì)依然離不開(kāi)物理教學(xué)的核心目的，即培育學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。物理核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探索等，它是學(xué)生在學(xué)習(xí)中逐步形成的內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的能力品質(zhì)，基于此，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)探究中從定性和定量?jī)蓚€(gè)維度進(jìn)行科學(xué)推理、找出規(guī)律、形成結(jié)論[ 3 ]。

當(dāng)下，物理核心素養(yǎng)培育的體系與物理實(shí)驗(yàn)的意義不謀而合，也為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)指出了一個(gè)更為清晰的方向：正所謂“授人以魚(yú)，不如授人以漁”，在物理教學(xué)過(guò)程中，不能僅僅停留在做實(shí)驗(yàn)的表面，而要去體悟物理現(xiàn)象背后的深刻規(guī)律。作為一名物理教師，不是簡(jiǎn)單地去給學(xué)生示范操作，擺弄一下儀器，而是要當(dāng)一個(gè)引導(dǎo)者、領(lǐng)路人，帶著學(xué)生親身去感受、去記錄、去思考、去發(fā)現(xiàn);不是簡(jiǎn)單地走過(guò)場(chǎng)，搞形式，而是結(jié)合不同的物理知識(shí)、不同的物理教學(xué)需求、不同的物理場(chǎng)景，因地制宜、因時(shí)制宜地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，完善實(shí)驗(yàn)，讓物理實(shí)驗(yàn)的作用最大化。通過(guò)一個(gè)個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)，不但解決了物理教學(xué)中的難題，而且讓物理教學(xué)走出了傳統(tǒng)的“傳道授業(yè)解惑”的育人模式，轉(zhuǎn)變?yōu)樵趯?shí)驗(yàn)當(dāng)中激勵(lì)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生去研究，組織學(xué)生去探索，形成一種沉浸式的物理教與學(xué)的體驗(yàn)。只有這樣，才能夠真正解放學(xué)生的手，讓他們多操作，解放學(xué)生的腦，讓他們多思考，讓學(xué)生真正享有物理學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)，從“要我學(xué)物理”，變?yōu)椤拔乙獙W(xué)物理”，從“學(xué)會(huì)物理”變?yōu)椤皶?huì)學(xué)物理、學(xué)好物理”。

參考文獻(xiàn)：

[1] 呂叔湘.《葉圣陶語(yǔ)文教育論集》序[M]//葉圣陶.葉圣陶語(yǔ)文教育論集.北京：教育科學(xué)出版社，1980.

[2] 龔志芳.試論初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的創(chuàng)新思路[J].課程教育研究，2019（25）：190.

[3] 楊永和.立足物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)? 落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2017，27（5）：13-16.