論創(chuàng)新是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的生命力

周月紅

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，其以物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)之間的相互作用和運(yùn)動變化規(guī)律為研究對象，具有科學(xué)性、實(shí)用性、趣味性等特點(diǎn)——這是對物理實(shí)驗(yàn)的最基本的認(rèn)識。而一旦實(shí)驗(yàn)認(rèn)識固化、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ交?，?shí)驗(yàn)所帶來的效果就會大打折扣，這不利于物理教學(xué)的深入開展。從這個角度講，對初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新，就成為了物理教師的一個重要使命，因此將創(chuàng)新視作初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的生命力也不為過。實(shí)驗(yàn)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個要素之一，要培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)，教師如果沒有實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意識，顯然是不行的?；谶@樣的認(rèn)識，筆者下面從實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的價值、實(shí)現(xiàn)途徑與教學(xué)反思三個方面進(jìn)行闡述。

一、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新的價值

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)，過程在于創(chuàng)新，目標(biāo)在于促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)落地。具體地說，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的價值體現(xiàn)在以下兩個方面：第一，從學(xué)生能力培養(yǎng)的角度來看，實(shí)驗(yàn)本身就能夠培養(yǎng)學(xué)生的動手能力；第二，教師在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動中體現(xiàn)的創(chuàng)造思想和行為對學(xué)生創(chuàng)造力的培養(yǎng)產(chǎn)生的潛移默化的作用也是不可估量的，這也是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的獨(dú)特教育功能。事實(shí)也證明，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如果合理展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)演變與創(chuàng)新的過程，那么學(xué)生的思維就會隨著實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新而向新的知識領(lǐng)域延伸，這樣就為學(xué)生的創(chuàng)新意識與能力培養(yǎng)奠定了重要的基礎(chǔ)。

“探究冰的熔化特點(diǎn)”是初中物理熱學(xué)知識中的一個重要實(shí)驗(yàn)，這個實(shí)驗(yàn)的目的在于幫助學(xué)生認(rèn)識到晶體熔化時溫度是不變的，這個不變的熔化溫度就是該晶體的熔點(diǎn)。冰是最常見的晶體，也是熔化現(xiàn)象比較明顯的、學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)比較豐富的常見物質(zhì)。由于學(xué)生在生活中大都知道冰的熔點(diǎn)是0℃，而實(shí)驗(yàn)當(dāng)中如果冰的熔點(diǎn)不是0℃，那么實(shí)驗(yàn)的效果就要大打折扣。事實(shí)上，關(guān)于冰的熔化實(shí)驗(yàn)，好多年來實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的重點(diǎn)之一就是如何控制冰的熔點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的過程中，思路不同，改進(jìn)的效果也不同，譬如有人提出提高水的純度來制冰等。但總體而言，改進(jìn)效果并不明顯，這說明只從物質(zhì)本身嘗試改進(jìn)，效果是不佳的，要改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的效果，需要創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思路。

實(shí)際上，采用“雙重水浴法”（具體的創(chuàng)新過程在下一論述中闡述）完成這個實(shí)驗(yàn)，學(xué)生所觀察到的現(xiàn)象更加符合預(yù)期，這樣就有利于學(xué)生構(gòu)建起“冰的熔點(diǎn)是0℃”的認(rèn)識，進(jìn)而上升為晶體熔化時溫度保持在熔點(diǎn)不變的認(rèn)識。

概括地說，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)的價值在于可以通過實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生更好地建構(gòu)物理知識，幫助學(xué)生形成良好的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。尤其值得一提的是，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新必須保證創(chuàng)新后的實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)果有明顯的進(jìn)步，這來不得半點(diǎn)虛假。

二、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新的途徑

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的途徑是認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新價值后最需要思考的一點(diǎn)。筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新過程中不能只有教師一個主體存在，引導(dǎo)學(xué)生共同參與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是發(fā)揮創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)價值的最重要的選擇。

以“探究冰的熔化特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)為例，對冰的熔化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新的重點(diǎn)應(yīng)放在加熱的方式上。最初出現(xiàn)的用酒精燈直接加熱的方式已經(jīng)被摒棄了，取而代之的是用“水浴法”加熱，并且強(qiáng)調(diào)用攪拌器進(jìn)行攪拌，以確保受熱均勻。事實(shí)上，受熱均勻?qū)τ诒緦?shí)驗(yàn)而言是非常重要的，冰的熔化需要吸熱，冰熔化過程中雖然理論上是冰水混合物，但這個冰水混合物并非一個溫度分布均勻的整體，而是存在溫度梯度變化的，與試管接觸的地方因直接通過試管吸收外面水的熱量而溫度較高，溫度計所插的地方因熱傳遞需要一個過程而溫度相對較低；同時，試管外的水也存在溫度梯度，與試管接觸的地方的水溫較低，距離試管較遠(yuǎn)的地方的水溫較高，而水作為熱的不良導(dǎo)體，在熱傳遞的過程中也不能迅速達(dá)到冰熔化所需要的溫度平衡。此時盡管用了攪拌器，仍然會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。

進(jìn)一步分析其原因，本質(zhì)上還是因?yàn)樵嚬軆?nèi)外溫差較大，那么降低水浴法的水溫行不行呢？實(shí)踐表明效果并不明顯，因?yàn)槿绻麥夭钐?，熱傳遞效果就不明顯，那么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不明顯。在這樣的背景下，一個新的實(shí)驗(yàn)思路逐步浮出水面——雙重水浴法。

雙重水浴法是指用容器套容器的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最外層提供開水，兩個容器之間加熱水。這樣的裝置有三個特點(diǎn)：一是最里面的容器（可以用金屬容器代替試管，這樣導(dǎo)熱性能更好）中放碎冰，因?yàn)樗楸浅＜?xì)，所以便于攪拌，這樣就可以保證試管內(nèi)的冰在熔化的過程中受熱均勻；二是最外面的容器中裝開水，保證充足的熱量，從而不至于因?yàn)闊嵩床环€(wěn)定而影響實(shí)驗(yàn)效果；三是要控制兩個容器中間的熱水的溫度，這是最關(guān)鍵的一點(diǎn)，而要解決兩個容器間的水溫較高且溫差梯度較小，在創(chuàng)新的過程中曾經(jīng)出現(xiàn)過兩種方案，首先想到的是攪拌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這不僅使得熱量更快地散失到空氣中，而且不能保證溫度均勻，后來有學(xué)生突發(fā)奇想，提出了另一種方案，他說既然金屬容易導(dǎo)熱，那么可以在兩個容器中間的水中轉(zhuǎn)上一圈金屬清潔球——這是一個非常了不起的創(chuàng)意，因?yàn)榍鍧嵡蛴山饘僦瞥桑鋰±锩娴慕饘偃萜鞯臅r候，通過自身的良好導(dǎo)熱性能，既保證了兩個容器之間的水溫溫差梯度較小，也保證了能夠?qū)锩娼饘偃萜髦械谋峁┓€(wěn)定的熱量，這樣就保證了冰在熔化的時候，吸熱是穩(wěn)定的。事實(shí)也證明，通過這樣的雙重水浴法，冰在熔化過程中溫度計的示數(shù)確實(shí)能夠在0℃附近，誤差極小，實(shí)驗(yàn)效果極好。

三、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新的反思

反思初中物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，還有很多可以挖掘的地方。

從實(shí)驗(yàn)地位的角度來看，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)思路與步驟的超越，這種超越更多體現(xiàn)在對實(shí)驗(yàn)盲點(diǎn)的探究上。比如上述“探究冰的熔化特點(diǎn)”這一實(shí)驗(yàn)中，雙重水浴法是好多人想不到的，那怎么就會有一些人想到了這個方法呢？這是因?yàn)樗麄冊趯?shí)驗(yàn)原理進(jìn)行充分分析的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了裝冰的容器周圍的溫度梯度是影響溫度計測量結(jié)果的一個重要原因，才有了創(chuàng)新思路。

從物理教學(xué)的角度來看，物理實(shí)驗(yàn)作為物理教學(xué)中的重要組成部分，同時也是物理科學(xué)探究的重要思想和方法，對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重要的意義。新的課程要求更加重視物理實(shí)驗(yàn)，還要求加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新。顯然，實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新有助于優(yōu)化教學(xué)方法，有助于提高初中物理課堂的教學(xué)效率。

從學(xué)生思維的角度來看，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可以很好地將學(xué)生的注意力集中在實(shí)驗(yàn)本身，進(jìn)而集中在物理知識的學(xué)習(xí)與運(yùn)用中，有助于學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的原理，這對于初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，是一個非常重要的補(bǔ)充。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只強(qiáng)調(diào)看到現(xiàn)象，得出結(jié)論，至于為什么這么做實(shí)驗(yàn)，很少有教師帶領(lǐng)學(xué)生去研究。而在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的過程中，學(xué)生無法回避實(shí)驗(yàn)的原理，無法回避實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新過程中的每一個細(xì)節(jié)，因而物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，實(shí)際上能夠更好地吸引學(xué)生的思維參與，從而達(dá)成知識的高效建構(gòu)與運(yùn)用，并促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落地。

總之，創(chuàng)新是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的生命力，教師在教學(xué)過程中要本著實(shí)事求是的原則，積極引導(dǎo)學(xué)生共同參與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新過程，高效完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。

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