初中物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)策略

探究性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)者在不知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況下，通過自己的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索、分析、研究并得出結(jié)論，從而形成科學(xué)概念的一種認(rèn)知活動(dòng)。在探究性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要自己觀察、思考，自己提出問題并解決問題，這對于培養(yǎng)他們的問題意識(shí)、動(dòng)手能力以及創(chuàng)新精神是大有裨益的。物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式之下課堂氛圍沉悶的局面，而且尊重學(xué)生的主體性，能有效發(fā)掘?qū)W生的自主探究潛能。

一、聯(lián)系生活實(shí)際，提出探究問題

興趣是最好的老師。將物理實(shí)驗(yàn)與生活實(shí)際相聯(lián)系，將抽象的物理概念轉(zhuǎn)化為具體的生活現(xiàn)象，是激發(fā)學(xué)生興趣的極佳方式。因?yàn)樯钪械默F(xiàn)象與學(xué)生息息相關(guān)，所以這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因往往能引起他們的好奇心。在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，提出探究問題容易被部分教師忽視，而這一步是有重要作用的。學(xué)生在探究性實(shí)驗(yàn)中通過完成對現(xiàn)象的解釋與對知識(shí)的驗(yàn)證，能培養(yǎng)自身的探究精神。

以“平面鏡成像”一課為例，教師借助生活中的一個(gè)常見的例子提出問題：“你們在逛商場的時(shí)候有沒有看見一些商家會(huì)在店內(nèi)很多不同的位置擺放鏡子？你們猜一猜這有什么用處呢？”問題提出之后，學(xué)生的興趣就被激發(fā)了出來。學(xué)生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)回答：“擺放很多面鏡子以后會(huì)感覺店內(nèi)的空間變大了?！笨紤]到學(xué)生用現(xiàn)有的知識(shí)無法解釋其中的原理，教師講解道：“其實(shí)，你們平時(shí)照鏡子的時(shí)候能看見自己，司機(jī)可以通過汽車兩邊的后視鏡觀察后方的路況這些現(xiàn)象都運(yùn)用到了我們接下來要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)所涉及的平面鏡成像的原理。你們能根據(jù)老師剛才敘述的內(nèi)容試著提出幾個(gè)需要我們探究的問題嗎？”根據(jù)擺放鏡子的例子，學(xué)生提出探究問題：“平面鏡成的像是放大的像還是縮小的像？”根據(jù)照鏡子的例子，學(xué)生提出探究問題：“平面鏡成的像是實(shí)像還是虛像呢？”[1]根據(jù)看后視鏡的例子，學(xué)生提出探究問題：“平面鏡成像的位置在哪？”對于這些探究問題，多數(shù)學(xué)生根據(jù)之前學(xué)過的物理知識(shí)和教師引導(dǎo)的話語就可以猜想到像的大小和物體的大小是一樣的，平面鏡成的像是虛像，像和物到鏡面的距離相等且分別在平面鏡的兩側(cè)。之后，學(xué)生只要運(yùn)用蠟燭等實(shí)驗(yàn)材料去驗(yàn)證猜想即可。

提出和生活相關(guān)的探究問題，可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)，培養(yǎng)敏銳的觀察力。在觀察、思考、分析日?，F(xiàn)象的過程中，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)對知識(shí)的掌握，并及時(shí)對知識(shí)進(jìn)行應(yīng)用。學(xué)生要善于從生活實(shí)際出發(fā)尋找物理問題，這有助于他們快速解決實(shí)際問題。

二、組內(nèi)分工合作，做出合理猜想

如果在實(shí)驗(yàn)前做出沒有根據(jù)的猜想，將會(huì)給實(shí)際的實(shí)驗(yàn)帶來不利的影響，甚至得出不準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而在合作中通過合理的猜想，學(xué)生可以更好地理解實(shí)驗(yàn)的原理，明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析的方向，在實(shí)驗(yàn)過程中更有目的性，得出正確的結(jié)論，提升整個(gè)實(shí)驗(yàn)的效率[2]。

以“重力勢能”一課為例，教師布置以下實(shí)驗(yàn)任務(wù)：你們覺得物體的重力勢能的大小和什么因素有關(guān)呢？請各小組合作討論，做出合理的猜想并且說出依據(jù)。對此，每個(gè)小組從“回顧已學(xué)內(nèi)容”“聯(lián)想相關(guān)內(nèi)容”“搜集生活實(shí)例”這三個(gè)角度（由兩名成員負(fù)責(zé)一個(gè)角度的任務(wù)）進(jìn)行猜想，然后進(jìn)行總結(jié)。如：針對第一個(gè)角度，對之前的知識(shí)掌握得比較牢固的學(xué)生回顧相關(guān)知識(shí)后得知，動(dòng)能是物體因處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而具備的能量，其大小取決于物體的質(zhì)量與速度，物體的質(zhì)量越大，速度越快，所擁有的動(dòng)能就越大。由此，學(xué)生做出猜想：重力勢能的大小與物體的質(zhì)量、速度有關(guān)。針對第二個(gè)角度，發(fā)散性思維能力比較強(qiáng)的學(xué)生對“重力勢能”這個(gè)名詞展開聯(lián)想，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)它與物體的重力有關(guān)，而物體的重力與物體本身的質(zhì)量、重力加速度有關(guān)。由此，學(xué)生猜想重力勢能的大小也和這兩個(gè)因素有關(guān)。針對第三個(gè)角度，信息檢索能力比較強(qiáng)的學(xué)生先對“重力勢能”這個(gè)名詞進(jìn)行簡單的了解，通過搜尋資料得知，重力勢能指的是物體由于被舉高而具有的能量；再根據(jù)“一顆鉛球被拋到高處，當(dāng)它掉進(jìn)沙池時(shí)，沙池會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大坑”的生活實(shí)例做出猜想：重力勢能的大小與物體所處的高度有關(guān)。于是，小組成員基于上述猜想進(jìn)行總結(jié)：物體的重力勢能的大小與它的質(zhì)量、速度、重力加速度、所處的高度有關(guān)。

在實(shí)驗(yàn)前對結(jié)論進(jìn)行猜想是一個(gè)集思廣益的過程。小組內(nèi)的成員明確自己的分工，專注于自己研究的角度，會(huì)使猜想的全面性和準(zhǔn)確度得到保證。這樣既培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力，也為后續(xù)對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和結(jié)果的解釋提供了依據(jù)。同時(shí)，所有成員的協(xié)作還能促進(jìn)他們之間的溝通與理解，提高他們的問題解決能力。

三、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)物理規(guī)律

實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)包括材料、設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方案的選擇等。在完成一項(xiàng)自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)并且得到結(jié)果后，學(xué)生能夠深刻理解物理規(guī)律，體會(huì)到自己應(yīng)將理論和實(shí)踐相結(jié)合。這對他們開展其他學(xué)科的學(xué)習(xí)也有積極的作用。

以“影響導(dǎo)體導(dǎo)電性能的因素”這部分知識(shí)為例，“溫度對導(dǎo)體電阻的影響”是重點(diǎn)內(nèi)容?；诖?，教師給學(xué)生布置自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的任務(wù)?？紤]到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要清楚實(shí)驗(yàn)背后的原理，教師向?qū)W生提供設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本思路：利用轉(zhuǎn)化法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，把鎢絲的電阻轉(zhuǎn)化成可以測量的電流，電流的變化會(huì)影響小燈泡發(fā)出的光的亮度。明白設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本思路之后，學(xué)生便著手解決如何將電阻轉(zhuǎn)化成電流的問題。如有的小組想到可以自主制作實(shí)驗(yàn)用具。為此，該小組首先利用之前學(xué)過的電學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)用到電阻絲以及小燈泡的電路，接著用酒精燈把鎢絲加熱，然后看到燈光亮度的變化（電流變小，燈光變暗；電流變大，燈光變亮），最后初步總結(jié)其中的物理規(guī)律：溫度越高，導(dǎo)體的電阻增大；溫度越低，導(dǎo)體的電阻減小[3]?？紤]到學(xué)生自主設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)可能存在漏洞，教師邀請學(xué)生上臺(tái)展示實(shí)驗(yàn)過程，并向?qū)W生提出疑問。如針對上述實(shí)驗(yàn)提出的疑問是：在用酒精燈加熱鎢絲時(shí)溫度是不可控的，如果電路中的電流過大，電源或者導(dǎo)線會(huì)被燒壞。那么該如何防止電流超過電路的承受能力呢？學(xué)生由于已經(jīng)明白電阻和溫度、電流的關(guān)系，因此很快就提出可以串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器來控制電流，或者可以串聯(lián)一個(gè)電流表以時(shí)刻觀測電流的變化。在整個(gè)過程中，多數(shù)學(xué)生的參與度都非常高。通過親自動(dòng)手操作，他們也能牢記自己所總結(jié)的物理規(guī)律。

在自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)期間，從發(fā)現(xiàn)問題到解決問題，全部都由學(xué)生親自實(shí)踐，這讓學(xué)生獲得了最直接的感知和體驗(yàn)。另外，學(xué)生難免會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)漏洞的情況，如實(shí)驗(yàn)的條件受到限制、實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)有誤差等等。在處理這些漏洞的過程中，學(xué)生加深了對物理規(guī)律的理解與記憶。

四、改變特定條件，促進(jìn)思維拓展

物理實(shí)驗(yàn)中非常重要的一點(diǎn)就是實(shí)驗(yàn)的條件，條件的改變往往會(huì)引起整個(gè)實(shí)驗(yàn)的變化。通過改變特定的實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)生能夠更加清楚地認(rèn)識(shí)到物理規(guī)律是怎樣在不同情景中體現(xiàn)出來的。這樣能夠幫助他們打破思維定式，了解某一個(gè)物理規(guī)律的使用范圍。改變條件后，學(xué)生需要重新假設(shè)、改變方案、進(jìn)行數(shù)據(jù)再分析等。這些步驟有助于培養(yǎng)他們思維的靈活性、創(chuàng)新性，增強(qiáng)他們的應(yīng)變能力[4]。

以“密度”一課為例，教師帶領(lǐng)學(xué)生一起做測量物體密度的實(shí)驗(yàn)，再從測量工具的角度改變實(shí)驗(yàn)的條件（有天平有量筒、有天平無量筒、有量筒無天平、只有刻度尺…），讓他們發(fā)散自己的思維，思考解決的辦法。對于“有天平有量筒”的情況，教師演示如何測量固體的密度。實(shí)驗(yàn)的器材包含石塊、天平、砝碼、量筒，以及充足的水和足夠長的細(xì)線。實(shí)驗(yàn)步驟如下：通過天平測得石塊的質(zhì)量，記為m；在量筒中倒入適量的水，將水的體積記為 V₁ ；將用細(xì)線拴住的石塊緩緩放入量筒，確保石塊完全浸沒在水中（若固體密度小于液體密度，則需采用針壓法或墜物法來實(shí)現(xiàn)），讀取此時(shí)的示數(shù)（ V₂） ；得出石塊密度的表達(dá)式，即 之后，教師繼續(xù)演示在“有天平有量

筒”的情況下測量液體密度的實(shí)驗(yàn)，并讓學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過程，回答以下問題：在這種情況下測量液體密度與測量固體密度有什么異同？教師在實(shí)驗(yàn)時(shí)拿出準(zhǔn)備好的待測液體、量筒、燒杯、天平以及砝碼，在燒杯里裝入適量的待測液體，用天平測量出燒杯和液體的質(zhì)量為 |m₁ ；把燒杯中的部分液體倒入量筒，讀取示數(shù)（；用天平測得燒杯中的剩余液體和燒杯的質(zhì)量為m；得出液體密度的表達(dá)式，即mm。 在解答關(guān)于比較異同的問題時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)：無論是測量固體的密度還是測量液體的密度，都需要測量它們的質(zhì)量和體積；固體的體積不好確定，只能通過等量的水測出。接下來，教師讓學(xué)生試著在“有天平無量筒”的情況下測量固體、液體的密度。通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生從需要什么數(shù)據(jù)的問題開始思考，如石塊密度的測量需要知道石塊的質(zhì)量與石塊的體積。因?yàn)橛刑炱?，石塊的質(zhì)量能直接測出，所以求石塊的體積就成了實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)。各小組自主討論，設(shè)計(jì)一套可行的方案，實(shí)驗(yàn)成功后上臺(tái)進(jìn)行演示。有的小組的實(shí)驗(yàn)方案提到“往燒杯中裝滿水”“讓用細(xì)線拴住的石塊完全浸沒于燒杯內(nèi)的水中”。此方案有利于實(shí)現(xiàn)等體積代換，化解實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)。經(jīng)過條件有所限制的其他實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得出：要抓住質(zhì)量與體積兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，用各種方法來實(shí)現(xiàn)等質(zhì)量代換或者等體積代換。

實(shí)驗(yàn)條件的變化以原理為核心，要求學(xué)生牢牢掌握已有的知識(shí)，不斷發(fā)散自己的思維。在這個(gè)過程中，學(xué)生還要特別注意對其他變量的控制，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。這不僅僅可以提高他們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，更可以培養(yǎng)他們系統(tǒng)思考的能力與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度[5]。

在條件有各種限制但核心知識(shí)固定的物理探究性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生只需要立足于問題的關(guān)鍵，想方設(shè)法地將條件通過代換等方式向核心知識(shí)靠攏，就能破解難題，完成實(shí)驗(yàn)。

結(jié)語

總而言之，初中物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)有重要的教育意義，能在從激發(fā)興趣到培養(yǎng)思維再到強(qiáng)化實(shí)踐能力的過程中，使學(xué)生的物理核心素養(yǎng)得到一步步的提升。這種教學(xué)模式充分尊重學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性，有利于讓他們在產(chǎn)生興趣后主動(dòng)地學(xué)習(xí)，真正理解物理知識(shí)，提高解決實(shí)際問題的能力，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。因此，初中物理教師要秉持現(xiàn)代教育理念，通過形式多樣且新穎的物理實(shí)驗(yàn)為物理學(xué)科的教學(xué)注入新的活力。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]廖明賢.任務(wù)式教學(xué)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用策略研究：以“測量小燈泡電功率”為例［J]。新課程導(dǎo)學(xué)，2024（33）：35-38.

[3]雷雨.指向思維發(fā)展的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討［J].中學(xué)教學(xué)參考，2024（35）：56-58.

[4］譚東明.深度學(xué)習(xí)視域下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀及優(yōu)化策略［J].中學(xué)物理，2025，43（4）：10-14.

[5」施耀元.初中物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用策略［J].新智慧，2021（26）：16-18.