問題引導(dǎo)下初中物理實驗演示教學(xué)

岳劍鋒

一、背景

隨著《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的落實，初中物理教學(xué)的改革與創(chuàng)新逐漸成為物理教學(xué)中的重點內(nèi)容。很多物理教師從教學(xué)實踐中認(rèn)識到：問題引導(dǎo)下物理實驗演示教學(xué)具有一定優(yōu)勢，能夠讓學(xué)生在解決實際問題的基礎(chǔ)上參與到實驗演示中，既可鍛煉學(xué)生的各項能力，又可加深他們對物理現(xiàn)象及原理的理解。這不僅有利于核心素養(yǎng)的落實，還可從某種程度上推動物理教學(xué)的改革與創(chuàng)新。

基于此，教師將以北師大版八年級下冊第八章第三節(jié)的“連通器”教學(xué)為例，以問題為引導(dǎo)為學(xué)生呈現(xiàn)一節(jié)生動有趣的實驗演示課。

二、實施過程

（一）設(shè)計導(dǎo)入型問題，激發(fā)學(xué)生的探究興趣

在初中物理實驗演示教學(xué)中，課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)是關(guān)鍵，需要教師巧妙設(shè)計，讓課堂充滿趣味，為學(xué)生參與后續(xù)實驗演示教學(xué)活動奠定基礎(chǔ)。教師為讓學(xué)生盡快投入實驗演示教學(xué)活動中，就可結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點及認(rèn)知水平，從現(xiàn)實生活角度出發(fā)，合理設(shè)計問題，讓學(xué)生從問題的探究中增強(qiáng)科學(xué)探究意識。

在課堂導(dǎo)入前，首先，教師從網(wǎng)絡(luò)中搜集了與“連通器”相關(guān)的資料，如《銀河補(bǔ)習(xí)班》是一部勵志電影，劇中有這樣一個片段：影片中的爸爸使用1根塑料軟管將爆破塔同一水平位置的兩個點成功找出。于是，教師就以該視頻片段作為課堂導(dǎo)入視頻，讓學(xué)生對“連通器”知識的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。

其次，教師向?qū)W生提問：生活中有許多塑料水管，它們能夠幫助工人解決各類問題，這是為什么？引導(dǎo)學(xué)生深入思考，讓它們試著以桌子上的“塑料管”作為實驗材料進(jìn)行“連通器”的演示，使用這種方式可以找出同一水平上的兩個點嗎？其科學(xué)依據(jù)是什么？

再次，學(xué)生圍繞此問題進(jìn)行實驗演示：在“U”型塑料水管的左側(cè)注入水后至P點后，標(biāo)注出右側(cè)水管此時的水平位置Q點。經(jīng)過學(xué)生目測觀察產(chǎn)生這樣的認(rèn)識：通過向水管中注水，可以找出水平位置相同的兩個點。

最后，教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考：怎樣才能證明這兩個點處于同一水平位置？學(xué)生經(jīng)過認(rèn)真思考與討論，最終給出問題的答案：把P點和Q點連接起來，將兩個點之間的連線和重垂線（使用直角三角板引出“重垂線”）做比較，由此可知，PQ是同一水平線上的兩個點。

（二）設(shè)計引導(dǎo)性問題，鍛煉學(xué)生的思維能力

第一步：假設(shè)水管不是豎直的，而是傾斜的，那么還能從水管中找出同一水平線上的兩個點嗎？引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合問題繼續(xù)進(jìn)行實驗演示：學(xué)生讓塑料水管處于傾斜狀態(tài)，依然按照上述方法，重新找到了P點和Q點，經(jīng)過“重垂線”檢驗，新得到的P點和Q點依然處于同一水平線上。

第二步：如果將原來的塑料水管換成粗細(xì)不同的水管后，或者彎曲形態(tài)的水管，那么水管內(nèi)的液面是否會處于同一水平線上？學(xué)生圍繞此問題進(jìn)行實驗演示：將塑料水管換成一側(cè)粗一側(cè)細(xì)的水管后，重新觀察P點和Q點，測量完成后，將水管換為彎曲的水管，再次標(biāo)記P點和Q點。通過對P點和Q點的觀察，學(xué)生發(fā)現(xiàn)管內(nèi)的P點和Q點依然處于同一水平線上。學(xué)生得出結(jié)論：不管塑料管處于傾斜狀態(tài)、粗細(xì)或者彎曲，向其內(nèi)部注入水之后，在水不再流動的情況下，水管兩側(cè)的液面均處于同一水平線上。

第三步：假若將這些不同形狀的塑料水管組合在一起，那么還會得出上述實驗結(jié)論嗎？讓學(xué)生深入思考，提高其對“連通器”的認(rèn)知。教師將實驗室中常用的“連通器”展示給學(xué)生，并分別向不同的塑料水管注入水，直至管內(nèi)的水不再流動，讓學(xué)生仔細(xì)觀察各個塑料水管的管內(nèi)液面情況。學(xué)生通過觀察發(fā)現(xiàn)，不論哪一種水管，管內(nèi)的液面均處于同一水平線上，不受管子形狀影響。

第四步：找出這些塑料管之間的共性，不論管子形狀怎樣變化，都可以找出與“U”型管相似的管模型，即管子的上下部均開口，且下部是連通的，由此總結(jié)出什么是“連通器”。

由此可見，教師根據(jù)實驗現(xiàn)象設(shè)計問題，然后，學(xué)生結(jié)合實驗現(xiàn)象得出結(jié)論。

（三）設(shè)計生活類問題，提高學(xué)生的實踐能力

在實驗演示教學(xué)中，在介紹水塔模型之前，教師向?qū)W生這樣描述：“在日常生活中，高層建筑中的住戶生活用水離不開水龍頭的應(yīng)用。在不用水時，會將水龍頭關(guān)閉，用水時，再將水龍頭打開”。根據(jù)這一原理，教師輔助學(xué)生使用礦泉水瓶、飲料瓶、塑料水管等實驗材料制作一個生活中常見的水塔模型。

當(dāng)水塔模型設(shè)計完成后，教師向?qū)W生提問：高層建筑中住戶所需的飲用水是如何由水塔傳輸上去的？讓學(xué)生結(jié)合水塔模型進(jìn)行思考，經(jīng)過一番激烈的討論，學(xué)生產(chǎn)生這樣一種認(rèn)識：與住戶家輸水管相連接的部分是一個巨大的蓄水池，而水池中的水就可沿著輸水管給住戶家中供水。隨后，教師解釋水塔工作原理：水塔和每個高層建筑中的住戶家中的水龍頭是連通的，當(dāng)水龍頭被打開時，水塔及各個水龍頭均處于開口狀態(tài)，而輸水管的下部是連通的，這就構(gòu)成一個完整的“連通器”。學(xué)生借助自制水塔模型進(jìn)行實驗演示，就可以從中了解水塔在人們的日常生活中較為常見，如果連通器兩側(cè)的水位不同，那么輸水管中的水就會由高的一側(cè)流向低的一側(cè)。此時，學(xué)生可產(chǎn)生這樣的直觀認(rèn)識：高層建筑中的每一個樓層要得到供水，此時水塔的高度就要高于每個樓層。

在上述實驗演示活動中，對連通器的原理進(jìn)行了解釋，讓學(xué)生觀察連通器的特點，這讓他們對連通器有了深層次的理解。而后，教師就可將連通器知識的教學(xué)與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，教師針對生活中如何使用連通器設(shè)置問題，旨在利用連通器解決現(xiàn)實生活中的一些問題。

（四）設(shè)計實踐類問題，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力

在日常生活中，人們可借助鍋爐加入熱水的方式提供高溫高壓水蒸氣。然而鍋爐并不透明，在加熱時，怎樣判斷鍋爐內(nèi)水位高低，請大家認(rèn)真想一想，應(yīng)該怎樣解決這一問題呢？學(xué)生針對這一問題進(jìn)行思考：要想知道鍋爐內(nèi)水位高低，就需要用到“連通器”的知識，在鍋爐底部外接一根透明的塑料水管，結(jié)合液面相平原理，就可根據(jù)塑料水管中液面高度來對鍋爐內(nèi)水位高低的情況做出判斷。帶著這樣的實驗思路，教師引導(dǎo)學(xué)生對已有的“鍋爐水位的測量”實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行改進(jìn)。

首先，學(xué)生將利用卡紙將模型中透明“鍋爐”遮住，模擬生活中的不透明鍋爐，使用玻璃管模擬“水位計”，然后，將卡紙撕掉，通過觀察得知，“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面處于同一水平面上。學(xué)生對此產(chǎn)生疑問：加熱后的鍋爐會形成大量的水蒸氣，在加熱條件下，“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面還能相平嗎？帶著這種疑惑，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗演示，使用酒精燈對鍋爐做加熱處理，學(xué)生觀察到這樣一種現(xiàn)象：隨著不斷加熱，“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面并不相平，由此得出，此種實驗設(shè)計并不能將鍋爐內(nèi)部的水面高低位置呈現(xiàn)出來。一些細(xì)心的學(xué)生意識到：在加熱條件下，鍋爐與“水位計”并未構(gòu)成“連通器”，理由是鍋爐內(nèi)部的水受熱后變?yōu)樗魵?，致使“鍋爐”與“水位計”兩側(cè)液面上方的氣壓發(fā)生變化，因而液面并不相平。

其次，學(xué)生再度思考，要想讓“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面相平，就需將兩個液面上的氣壓保持一致，真的能將鍋爐蓋子打開嗎？實驗演示：把鍋爐蓋子打開后，即使“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面相平，可水蒸氣不能收集。如何在不打開鍋爐蓋子的情況下讓這兩個水面相平，具體該怎么做呢？當(dāng)學(xué)生思考能夠把鍋爐與“水位計”上端連接時，使兩者上方氣體保持連通。帶著這一思路，教師指導(dǎo)學(xué)生對已有的實驗?zāi)Ｐ妥龀鰞?yōu)化與改進(jìn)，最終讓鍋爐上方與水位計保持連通，使用酒精燈繼續(xù)加熱，就會發(fā)現(xiàn)“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面總是相平。教師通過這種與生活密切相關(guān)的實驗演示教學(xué)活動，讓學(xué)生主動參與到實驗?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計、制作及改進(jìn)中，鍛煉思維，提高創(chuàng)新能力。

三、成效

在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，學(xué)生圍繞教師提出的導(dǎo)入問題進(jìn)行實驗演示，增強(qiáng)探究意識，提高觀察能力。

在課中實驗演示教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生結(jié)合引導(dǎo)型問題展開實驗演示，在鍛煉思維的同時，提高思維能力。

在實踐環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)教師設(shè)計的生活類和實踐型問題，提高實踐能力和創(chuàng)新能力。

四、總結(jié)與反思

（一）總結(jié)

在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，教師以視頻的方式揭開此次實驗演示教學(xué)活動的序幕，同時，設(shè)計了導(dǎo)入型問題，其目的是讓學(xué)生對“塑料水管在生活中的妙用”有初步認(rèn)識，并從“利用塑料水管找水平”這一問題的探究中對“連通器”的學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚的興趣。

在課中教學(xué)環(huán)節(jié)，教師優(yōu)先設(shè)計引導(dǎo)型問題，旨在向?qū)W生講授“連通器”的特點及原理等，讓他們從理論角度對連通器有初步認(rèn)識。當(dāng)學(xué)生對“連通器”的相關(guān)理論有了一定認(rèn)識后，教師設(shè)計生活類問題，主要目的是將“連通器”的理論教學(xué)與生活實踐結(jié)合，讓學(xué)生從生活角度理解“連通器”的特點、原理及用途等。

教師設(shè)計實踐類問題，引導(dǎo)學(xué)生利用已經(jīng)掌握的“連通器”知識對已有的實踐模型進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化，從解決問題中提高自主創(chuàng)新能力。

總的來看，教師通過這種層層推進(jìn)的問題設(shè)計方式，讓學(xué)生從初始接觸“連通器”到靈活應(yīng)用“連通器”，實現(xiàn)從理論學(xué)習(xí)到實踐應(yīng)用的跨越。不僅如此，教師還引導(dǎo)學(xué)生在回答問題的過程中展開實驗演示，對實驗現(xiàn)象認(rèn)真觀察、積極思考，并最終得出實驗結(jié)論，在這一過程中提高觀察、思維、探究及自主學(xué)習(xí)等能力，以促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（二）反思

在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師以視頻的方式開展此次教學(xué)活動，但視頻內(nèi)容相對單一，讓學(xué)生有種意猶未盡的感覺。因而，在后續(xù)的物理實驗演示教學(xué)中，教師還需豐富視頻內(nèi)容，最大限度地激發(fā)學(xué)生的探究興趣。

在課中設(shè)計問題環(huán)節(jié)，教師在設(shè)計引導(dǎo)問題的過程中，對學(xué)生之間的個體差異缺乏關(guān)注，需在后續(xù)的實驗演示教學(xué)中采用層次化引導(dǎo)問題的設(shè)計，讓不同層次的學(xué)生逐步投入實驗探究中。

在設(shè)計生活類問題的過程中，教師列舉了水塔這一生活實例，倡導(dǎo)學(xué)生利用“連通器”原理制作水塔模式，由于課堂時間有限的緣故，學(xué)生自主制作時間受限，故對一些實踐能力差的學(xué)生提出一定的挑戰(zhàn)，在后續(xù)的教學(xué)中，教師可嘗試讓學(xué)生以小組合作的方式彌補(bǔ)這方面的不足。

在借助實踐類問題展開實驗演示教學(xué)活動時，雖然學(xué)生能夠積極主動地回答教師提出的問題，并能夠參與到實踐活動中，但依然有部分學(xué)生無法參與其中，還需要教師在后續(xù)的教學(xué)活動中關(guān)注班級中每一名學(xué)生的參與情況，力爭實現(xiàn)班級學(xué)生的共同提升。

五、改進(jìn)計劃

1.選擇科普類視頻與故事型視頻相結(jié)合的方式，讓學(xué)生從精彩的視頻內(nèi)容中對物理現(xiàn)象及知識進(jìn)行探究。

2.在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，教師先將學(xué)生劃分為不同層次，設(shè)計一些基礎(chǔ)性引導(dǎo)問題，為學(xué)困生的積極參與創(chuàng)造機(jī)會。

3.設(shè)計課前水塔模型制作任務(wù)，讓學(xué)生利用課外時間完成模型的制作，減少占用課堂教學(xué)時間。

4.在借助生活類及實踐類問題展開教學(xué)活動期間，讓學(xué)生以小組合作的方式完成實驗演示活動，促進(jìn)彼此合作，強(qiáng)化團(tuán)結(jié)協(xié)作意識，彌補(bǔ)個體差異方面引起的不足。

（作者單位：寶雞市新建路中學(xué)）

編輯：溫雪蓮

注：本文系陜西省“十四五”教育科學(xué)規(guī)劃2023年度課題“深度學(xué)習(xí)視域下的初中物理課外實驗開發(fā)與實施實踐研究”（項目編號：SGH23Y0971）的研究成果。