初中物理習(xí)題實(shí)驗(yàn)化教學(xué)實(shí)踐探究

楊 柳（江蘇省江陰實(shí)驗(yàn)中學(xué)）

習(xí)題是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)情、強(qiáng)化知識(shí)運(yùn)用能力的重要形式之一。對(duì)于初中學(xué)生而言，由于物理學(xué)科知識(shí)的理論性較強(qiáng)，具有一定的學(xué)習(xí)難度，尤其是在習(xí)題分析理解方面，普遍存在問(wèn)題較多。而物理實(shí)驗(yàn)則能形象直觀地反饋物理原理，降低學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)和運(yùn)用的難度。因此，在初中物理習(xí)題講解環(huán)節(jié)采取實(shí)驗(yàn)化教學(xué)措施，能以具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生深度思考和學(xué)習(xí)，培育學(xué)生核心素養(yǎng)。

一、組織動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

物理實(shí)驗(yàn)作為一種需要?jiǎng)邮謪⑴c的教學(xué)內(nèi)容，較于常規(guī)理論知識(shí)教學(xué)法，能讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，近距離地了解物理實(shí)驗(yàn)原理，更好地激發(fā)學(xué)習(xí)和探索興趣。同時(shí)，物理實(shí)驗(yàn)還能以具體的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過(guò)程，展示物理原理，輔助學(xué)生剖析習(xí)題條件，提高解題能力。

例如，在“慣性”課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，教師設(shè)置習(xí)題“在水平放置的透明礦泉水瓶中注入水，當(dāng)注水結(jié)束后，瓶子中存在一個(gè)透明的氣泡。若對(duì)瓶子施加外力，讓瓶子從靜止?fàn)顟B(tài)向右移動(dòng)，那么礦泉水瓶中的氣泡向哪個(gè)方向移動(dòng)？選項(xiàng)：A.向右移動(dòng)；B.向左移動(dòng)；C.原位置靜止；D.不能確定”。

對(duì)學(xué)生提交的答案進(jìn)行分析可知，學(xué)生的總體錯(cuò)誤率很高，直觀地展現(xiàn)出學(xué)生對(duì)“慣性”的物理概念存在模糊性，不能完全理解“慣性”這一物理概念。針對(duì)這一情況，物理教師可為每個(gè)小組的學(xué)生分發(fā)一個(gè)透明礦泉水瓶，組織學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，將裝有水的礦泉水瓶向右移動(dòng)，觀察氣泡在瓶?jī)?nèi)的移動(dòng)情況。在這一過(guò)程中，教師要給予學(xué)生一定的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。如，學(xué)生在向瓶?jī)?nèi)注水時(shí)，要保證氣泡大小合適，留夠可以滿足氣泡成形和實(shí)驗(yàn)觀察的空間即可。若學(xué)生留有的空間較大，則無(wú)法在瓶?jī)?nèi)形成可觀察的氣泡；若留有的空間較小，氣泡微不可觀，實(shí)驗(yàn)觀察效果較差。學(xué)生用手推動(dòng)水瓶沿水平方向向右移動(dòng)，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)“水瓶中的氣泡也向右移動(dòng)”，得到結(jié)論“水瓶?jī)?nèi)氣泡的移動(dòng)方向與水瓶一致”。學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，能獲得習(xí)題答案。但是，在實(shí)際考試環(huán)節(jié)，不能滿足學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的需求。實(shí)驗(yàn)化學(xué)習(xí)僅可用于日常知識(shí)教學(xué)和習(xí)題講解環(huán)節(jié)。

在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并得到結(jié)論的基礎(chǔ)上，教師重在從“慣性”的知識(shí)角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生從物理知識(shí)入手，分析習(xí)題答案，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)“慣性”這一物理概念的理解程度。

從慣性的概念“物體具有的一種固有屬性，指物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速指向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，表達(dá)為物體對(duì)其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的一種阻抗力”著手分析，原本處于靜止?fàn)顟B(tài)的礦泉水瓶在外力的作用下，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，瓶?jī)?nèi)的水為了保持物體原有的狀態(tài)，向相反方向運(yùn)動(dòng)。即，在水瓶向右運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，瓶?jī)?nèi)的水向左運(yùn)動(dòng)，從而將氣泡向右擠壓，致使氣泡也向右運(yùn)動(dòng)。

在教師組織實(shí)驗(yàn)之前，大部分學(xué)生未深入剖析習(xí)題的題目要素和物理規(guī)律，知識(shí)學(xué)習(xí)停留在淺層。教師以簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)素材水瓶、水、氣泡和外力，能夠具體展示習(xí)題要素，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)思考；同時(shí)，實(shí)驗(yàn)化講解習(xí)題，能夠帶給學(xué)生直觀的實(shí)驗(yàn)觀察體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探索物理學(xué)知識(shí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)意識(shí)。

二、借助物理實(shí)驗(yàn)，展現(xiàn)物理知識(shí)

初中物理學(xué)科涉及大量抽象的物理概念。主要是以習(xí)題為載體，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行思考和學(xué)習(xí)。如果教師僅以書(shū)面化的物理習(xí)題圖解分析為習(xí)題講解的主要方式，學(xué)生不僅無(wú)法更好地理解物理概念，甚至?xí)?duì)物理學(xué)科的學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸心理，不利于核心素養(yǎng)的形成。要取得更好的習(xí)題教學(xué)效果，就要積極創(chuàng)新習(xí)題教學(xué)方法，尋求可替代習(xí)題實(shí)驗(yàn)的可操作實(shí)驗(yàn)，以該實(shí)驗(yàn)為載體，帶領(lǐng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各物理要素的變化情況。

例如，在習(xí)題“蹦極具有刺激性，是深受年輕人喜愛(ài)的一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。參與蹦極的勇敢者需要在腰部拴有一根橡皮繩，繩子的另一端與跳臺(tái)相連。當(dāng)人從高臺(tái)上跳下，經(jīng)過(guò)幾次起伏，最終停在最低的C 點(diǎn)處。以C 點(diǎn)為最低點(diǎn)，從下至上依次為B 點(diǎn)、A 點(diǎn)。已知，當(dāng)人下落至B 點(diǎn)時(shí)，橡皮繩給人的拉力與人自身的重力相等。那么，在不考慮空氣阻力的條件下，同學(xué)們能否分析人下落到不同點(diǎn)位的動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的變化情況嗎？”教師可以采取電子白板展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，也可采用實(shí)心小球拋下平臺(tái)的直觀實(shí)驗(yàn)，以小球模擬蹦極的人，帶領(lǐng)學(xué)生分析小球在不同點(diǎn)位勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化情況，對(duì)小球進(jìn)行受力分析。

教師為學(xué)生提供實(shí)心小球、皮筋、記號(hào)筆、白板，學(xué)生一起組裝實(shí)驗(yàn)器材，用皮筋將白板與實(shí)心小球連接在一起，用記號(hào)筆在白板上記錄小球下落前的位置、皮筋未被抻拉的長(zhǎng)度、實(shí)心小球運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)的位置和平衡點(diǎn)的位置。在這一過(guò)程中，人力無(wú)法控制小球下落的速度，人眼觀察存在一定的局限性。教師可采用手機(jī)攝影和慢放的方法，錄制小球下落的全過(guò)程視頻，將其投放在多媒體教具上，將視頻慢放五倍，讓學(xué)生直觀地觀察小球下落過(guò)程中所做的各類(lèi)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)能、勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化情況，全面掌握“蹦極”過(guò)程中人的運(yùn)動(dòng)軌跡和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化情況。學(xué)生通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)“小球在下落過(guò)程中，從起跳點(diǎn)到平衡點(diǎn)之間，小球的運(yùn)動(dòng)速度加快，一直做加速運(yùn)動(dòng)；當(dāng)小球到達(dá)平衡點(diǎn)后，小球開(kāi)始做慢速運(yùn)動(dòng)，在這一過(guò)程中，橡皮筋對(duì)小球釋放彈性勢(shì)能，橡皮筋的長(zhǎng)度超過(guò)原始狀態(tài)下的長(zhǎng)度?！?/p>

教師合理利用各類(lèi)教學(xué)工具，以可觀察、可行性實(shí)驗(yàn)代替不可操作性的習(xí)題實(shí)驗(yàn)，給予學(xué)生直觀的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為學(xué)生分析機(jī)械能轉(zhuǎn)化提供直觀可察的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以實(shí)驗(yàn)更好地展現(xiàn)物理知識(shí)。

三、設(shè)計(jì)課堂實(shí)驗(yàn)，探究物理規(guī)律

初中物理學(xué)科知識(shí)多以實(shí)驗(yàn)為載體，教師在習(xí)題講解環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)和應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)，能為學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)、分析題目和探索物理規(guī)律提供明確的物理實(shí)驗(yàn)載體。以2019年寧波市的物理中考題為例。題目為“小科在學(xué)習(xí)‘凸透鏡’觀察物體知識(shí)時(shí)，透過(guò)裝滿水的玻璃水瓶，觀察一個(gè)箭頭向左的環(huán)保標(biāo)志，那么小科觀察到的環(huán)保標(biāo)志的箭頭是朝向哪一個(gè)方向的？”教師布置課前準(zhǔn)備任務(wù)是從家中帶一個(gè)玻璃杯。在習(xí)題講解環(huán)節(jié)，教師組織學(xué)生動(dòng)手還原實(shí)驗(yàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)裝滿水的玻璃杯，觀察其在白紙上畫(huà)出的左向箭頭。學(xué)生通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)“透過(guò)玻璃杯觀察到的箭頭方向發(fā)生了改變，箭頭方向由左向右變化。原本向左的箭頭透過(guò)玻璃杯之后，變成了向右的箭頭”。再者，教師帶領(lǐng)學(xué)生將箭頭豎立起來(lái)，讓學(xué)生再次觀察箭頭，發(fā)現(xiàn)“箭頭方向向上”。教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)，制作凸透鏡，在實(shí)驗(yàn)觀察中認(rèn)識(shí)和掌握“凸透鏡觀察物體”的物理規(guī)律，加深對(duì)這一物理知識(shí)的理解程度。

再如，在“凸透鏡成像”原理為核心的物理習(xí)題講解過(guò)程中，教師為了強(qiáng)化學(xué)生對(duì)該物理原理的正確認(rèn)知，可將前一段時(shí)間內(nèi)學(xué)生存在的此類(lèi)錯(cuò)題整合在一起，組織開(kāi)展“凸透鏡成像”專(zhuān)題習(xí)題講解活動(dòng)。

首先，教師將學(xué)生帶至物理實(shí)驗(yàn)室，將同桌兩人劃分為一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，一組同學(xué)擁有一套實(shí)驗(yàn)儀器。主要包括：蠟燭、工作臺(tái)、凸透鏡、支撐座、光屏板等。在習(xí)題講解之前，教師帶領(lǐng)學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)步驟，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行組裝，先不點(diǎn)燃蠟燭。隨著習(xí)題的講解，教師引導(dǎo)學(xué)生點(diǎn)燃蠟燭，將儀器調(diào)整到相應(yīng)位置，實(shí)際觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并分析該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的物理原理。以具體的物理實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化學(xué)生的物理認(rèn)知，將文字類(lèi)的物理習(xí)題以立體化的實(shí)驗(yàn)過(guò)程呈現(xiàn)出來(lái)。對(duì)于部分空間想象力較弱、物理實(shí)驗(yàn)原理不明確的學(xué)生而言，習(xí)題的實(shí)驗(yàn)化呈現(xiàn)的講解，能降低學(xué)生對(duì)物理習(xí)題的分析和實(shí)驗(yàn)原理的理解難度，促進(jìn)學(xué)生更為深刻地分析物理知識(shí)、獲得較好的物理知識(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)和較好的習(xí)題分析效果。

最后，教師結(jié)合具有具體數(shù)據(jù)的物理習(xí)題，根據(jù)習(xí)題的數(shù)據(jù)，調(diào)整蠟燭和光屏板的位置，直到在光屏板上找到一個(gè)清晰的火焰成像，輔助學(xué)生了解凸透鏡“聚光”的性質(zhì)以及相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

四、合理運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，提供分析依據(jù)

雖然物理學(xué)科重在以物理現(xiàn)象展示科學(xué)知識(shí)，但是對(duì)于初中學(xué)生而言，物理學(xué)科知識(shí)難免具有一定的抽象性。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)、分析物理習(xí)題時(shí)，存在部分學(xué)習(xí)難點(diǎn)。因此，教師要合理運(yùn)用具體的物理實(shí)驗(yàn)，以具體的實(shí)驗(yàn)展示抽象的物理學(xué)知識(shí)，降低學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)和理解的難度。

例如，習(xí)題“將額定電壓相同的兩個(gè)燈泡串聯(lián)后接入到電路中。當(dāng)接通電路后，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，一個(gè)燈泡比另一個(gè)燈泡更亮，那么造成這一現(xiàn)象的原因?yàn)楹?？下面哪一個(gè)選項(xiàng)說(shuō)法正確：更亮的燈泡比另一個(gè)燈泡的電阻??？較亮的燈泡額定功率比另一燈泡大？亮燈正常工作時(shí)較亮的燈泡發(fā)光要暗一些？”。

電功率是初中物理的一個(gè)難點(diǎn)。大部分學(xué)生由于對(duì)串聯(lián)、并聯(lián)缺乏全面性認(rèn)知，而無(wú)法靈活運(yùn)用物理知識(shí)，習(xí)題檢驗(yàn)出學(xué)生在電功率環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題較大。故而，物理教師把“220V 40W”和“220V 100W”兩個(gè)燈泡串聯(lián)在220V 電路中。首先，教師在白板上展示公式R=U2/P，學(xué)生根據(jù)教師給出的數(shù)據(jù)和信息，分別求出兩個(gè)燈泡的電阻大小1210Ω 和484Ω。教師提出問(wèn)題“將電路接通之后，哪個(gè)燈泡更亮？”有的學(xué)生猜測(cè)額定功率大的燈泡更亮。教師接通電路，學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)，最亮的燈泡竟然是額定功率較小的40W 燈泡，而額定功率較大的100W 燈泡基本不亮。實(shí)際物理現(xiàn)象和學(xué)生認(rèn)知之間存在的矛盾性，能有效激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索欲望。其次，物理教師引出公式P=I2R，分析串聯(lián)電路中電功率與電阻關(guān)系。學(xué)生從中認(rèn)識(shí)到：在串聯(lián)電路中，各個(gè)位置的電流相同。由于電阻與電功率存在正比例關(guān)系，電阻越大則燈泡的實(shí)際電功率越大，在電路中分配的電壓越大，因此，電阻大的燈泡更亮一些。學(xué)生通過(guò)這一物理實(shí)驗(yàn)，對(duì)串聯(lián)電路中電流、電阻、電功率之間的關(guān)系認(rèn)知更為明確。

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生自主動(dòng)手操作儀器，將不同功率的燈泡接入到串聯(lián)電路中，控制開(kāi)關(guān)，以具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈現(xiàn)電阻與電功率之間的關(guān)系。學(xué)生根據(jù)歐姆定律，明確不同功率或相同功率燈泡的電阻大小。據(jù)歐姆定律可知，燈泡的電阻與電壓、功率相關(guān)，題目中僅提供了一個(gè)明確的信息“額定電壓相同”，電阻與功率這兩個(gè)關(guān)鍵數(shù)據(jù)不可知，則無(wú)法根據(jù)燈泡實(shí)際現(xiàn)象對(duì)比兩個(gè)燈泡存在的電阻、功率大小關(guān)系，排除第一、二個(gè)選項(xiàng)；同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和物理分析，驗(yàn)證第三個(gè)判斷的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

在初中物理習(xí)題講解教學(xué)中，采用物理實(shí)驗(yàn)法，能以直觀的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)形式，拉近學(xué)生與物理知識(shí)之間的關(guān)系，以實(shí)驗(yàn)輔助學(xué)生理解題目、剖析題目中涉及的物理知識(shí)點(diǎn)，在理解物理知識(shí)的基礎(chǔ)上，掌握物理規(guī)律，分析和解決物理習(xí)題。要推動(dòng)習(xí)題教學(xué)實(shí)驗(yàn)化，就要重點(diǎn)關(guān)注實(shí)驗(yàn)的選擇和實(shí)踐，以具有可行性的物理實(shí)驗(yàn)，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，以實(shí)驗(yàn)帶動(dòng)學(xué)生回顧知識(shí)，分析物理習(xí)題，抓住習(xí)題重點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生將自己對(duì)物理知識(shí)的感性認(rèn)知轉(zhuǎn)化為理性認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)能力、問(wèn)題解決能力，為學(xué)生核心素養(yǎng)的強(qiáng)化奠定良好的基礎(chǔ)。