初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法探索

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摘要：隨著物理新課程改革的不斷深入，在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中教師應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢龈叩囊螅e極組織學(xué)生開展物理實(shí)驗(yàn)。文章主要圍繞創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、開展實(shí)驗(yàn)背景知識(shí)探究、培養(yǎng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)思維以及提高學(xué)生物理綜合素養(yǎng)這幾方面展開討論，進(jìn)而分析核心素養(yǎng)下開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略。

關(guān)鍵詞：物理；核心素養(yǎng)；教學(xué)策略

物理是一門實(shí)驗(yàn)性的科學(xué)，在物理學(xué)的發(fā)展過程當(dāng)中，理論和實(shí)踐相輔相成，互相依賴，因此進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，對(duì)于理解和掌握物理知識(shí)起著關(guān)鍵的作用。實(shí)驗(yàn)主要是運(yùn)用儀器和設(shè)備再現(xiàn)某一種物理現(xiàn)象，通過在實(shí)驗(yàn)室人為再現(xiàn)的方式，有目的性地研究某一種物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在物理學(xué)的發(fā)展歷史過程中，實(shí)驗(yàn)扮演著重要的角色，正因?yàn)橛锌茖W(xué)的物理實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)家們可以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，最終得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

一、創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

現(xiàn)如今，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在以練習(xí)代替實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，這反映出許多教師對(duì)于實(shí)驗(yàn)不夠重視，教師認(rèn)為學(xué)生可以通過習(xí)題訓(xùn)練的方式掌握物理實(shí)驗(yàn)。然而“紙上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行”，教師通過考試實(shí)驗(yàn)習(xí)題的方式，大幅度地壓縮了物理實(shí)驗(yàn)的課時(shí)，長(zhǎng)此以往，會(huì)導(dǎo)致學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室形同虛設(shè)，學(xué)生埋頭于題海之中，逐漸減弱學(xué)生對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的興趣。這會(huì)導(dǎo)致學(xué)校不采購(gòu)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材，使得物理實(shí)驗(yàn)室無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)條件，導(dǎo)致教師無(wú)法開展實(shí)驗(yàn)課程，只能通過口述講解的方式代替操作實(shí)驗(yàn)。新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出要培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》越來(lái)越注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科之間的串聯(lián)能力。筆者采用將物理實(shí)驗(yàn)課堂與數(shù)學(xué)課堂相結(jié)合的方式，根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出數(shù)學(xué)函數(shù)圖像（如圖所示）讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中，親自記錄物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，運(yùn)用物理與數(shù)學(xué)兩門學(xué)科相互交叉的方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。為開展物理創(chuàng)新課堂，筆者為學(xué)生設(shè)計(jì)了新型物理實(shí)驗(yàn)，例如，在學(xué)習(xí)“探究凸透鏡成像規(guī)律”時(shí)，利用一根蠟燭，一個(gè)凸透鏡，還有一塊光屏作為實(shí)驗(yàn)器具。首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，依次將這三種實(shí)驗(yàn)器具擺放在標(biāo)尺上，將點(diǎn)燃的蠟燭放置在標(biāo)尺的原點(diǎn)處，通過改變凸透鏡和成像光屏的位置，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，蠟燭在光屏上的成像也是不同的。當(dāng)蠟燭距離凸透鏡之間的距離為16厘米的時(shí)候，光屏上呈現(xiàn)出了一個(gè)清晰的等大的蠟燭像，根據(jù)物理公式可以得出U＝2F（物體距離等于二倍的焦距時(shí)，光屏成像與物體等大），通過標(biāo)尺可以知道U＝16厘米，因此不難算出F＝8厘米。接著，教師可以讓學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)的過程中記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，主要包括蠟燭到凸透鏡的距離（U）以及成像到凸透鏡的距離（V），然后匯總出學(xué)生記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)，作出以下函數(shù)圖像，如下圖所示。教師向?qū)W生講解相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)原理，并告訴學(xué)生當(dāng)物體到凸透鏡的距離，與成像到凸透鏡的距離相同的時(shí)候，會(huì)在光屏上看到一個(gè)倒立著的和實(shí)際物體大小相同的成像，并且此時(shí)根據(jù)算式可以列出物理算式，U＝V，而此時(shí)可以明確物體距離U等于二倍的凸透鏡焦距，從而就能夠測(cè)算出來(lái)凸透鏡的焦距。此外在該物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，筆者準(zhǔn)備了不同類型的凸透鏡，有一些凸透鏡的焦距比較大，有一些凸透鏡的焦距較小。通過多次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以自己測(cè)量出凸透鏡的焦距，從而畫出不同的函數(shù)圖像。當(dāng)學(xué)生遇到類似的數(shù)學(xué)函數(shù)與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的題目時(shí)，就能夠迎刃而解了。

二、開展實(shí)驗(yàn)背景知識(shí)探究

物理需要學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識(shí)通常都和學(xué)生的生活息息相關(guān)，對(duì)于初中階段的學(xué)生而言，他們正處于對(duì)這個(gè)世界充滿好奇心的階段。作為一名初中教師，應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生善于思考，善于發(fā)問的習(xí)慣。一些有趣的物理小實(shí)驗(yàn)背后往往也有十分有趣的背景知識(shí)，教師可以借助生活當(dāng)中的事件或者現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生開展探究活動(dòng)，讓學(xué)生體會(huì)到物理實(shí)驗(yàn)在生活中的作用。物理課本當(dāng)中寫了這樣一個(gè)小故事：2000多年前，古希臘學(xué)者阿基米德需鑒定國(guó)王的王冠是否是用純金制造的，所以要測(cè)量出王冠的體積，而王冠是一個(gè)不規(guī)則的物體，因此他冥思苦想了很久，都沒有想出測(cè)量王冠體積的方法。而某一天當(dāng)他跨進(jìn)浴缸時(shí)，觀察到浴缸中水向外溢出，這一現(xiàn)象給了他靈感，當(dāng)物體浸在液體當(dāng)中時(shí)，會(huì)排開一定的液體體積，那么排出的體積會(huì)是物體的體積嗎？隨即他進(jìn)行了深入的科學(xué)研究，從而發(fā)現(xiàn)了浸到液體中物體的體積等于物體排開液體的體積，從而順利測(cè)量出了王冠的體積。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了“浮力”相關(guān)知識(shí)后會(huì)了解：阿基米德原理是計(jì)算浮力大小的重要方法，因此，有很多學(xué)生以為阿基米德原理實(shí)驗(yàn)是獲得浮力大小的實(shí)驗(yàn)，而這樣的理解并不是完全正確的，阿基米德原理包括的內(nèi)容很多，學(xué)生把這一原理的適用范圍變窄了。在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)之后，有必要向?qū)W生更深一步講解實(shí)驗(yàn)的相關(guān)背景知識(shí)。隨著物理學(xué)科的發(fā)展，人們也逐漸認(rèn)識(shí)到了浸在液體中的物體都會(huì)受到液體向上的浮力。后人將阿基米德原理公式總結(jié)為：F浮＝G排。即浮力等于排出液體的重力。因此，學(xué)生所理解的阿基米德原理實(shí)驗(yàn)并不是為了計(jì)算物體所受浮力的大小，而是探究物體所受浮力大小與物體排開的液體重力之間的關(guān)系。這樣的表述方式才更加嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，更加符合物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)精神。為了讓學(xué)生更加清晰地看到實(shí)驗(yàn)的過程，在開展“探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，筆者在實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，包括：彈簧測(cè)力計(jì)、金屬塊、量筒和一定量的水。首先，筆者向?qū)W生介紹彈簧測(cè)力計(jì)這一實(shí)驗(yàn)器材的用法，彈簧測(cè)力計(jì)是一種能測(cè)量物體重力的儀器，首先把金屬塊掛在彈簧測(cè)力計(jì)的下方掛鉤處，此時(shí)彈簧被拉長(zhǎng)，在紙表盤上也會(huì)顯示出一個(gè)數(shù)值，此時(shí)這個(gè)數(shù)值就表示金屬塊的重力大小，記為F1。第二步，在量筒當(dāng)中倒入適量的水，記錄下水的體積，記為V1，接下來(lái)手提彈簧測(cè)力計(jì)，將金屬塊浸沒到水中，要使得金屬塊完全沒入水中，此時(shí)再記錄一下量杯里水的最高刻度記為V2，此時(shí)觀察手中彈簧測(cè)力計(jì)的數(shù)值，不難發(fā)現(xiàn)，此時(shí)掛著金屬塊的彈簧測(cè)力計(jì)上顯示的數(shù)值已經(jīng)與第一次顯示的數(shù)值不一樣了。根據(jù)測(cè)力計(jì)上兩次顯示數(shù)值的差值計(jì)算出金屬塊在水中的浮力，即為物體所受的浮力（F浮＝F1－F2）。再計(jì)算出兩杯當(dāng)中水體積的差異，從而得到物體排開液體的體積為（V2－V1），再通過液體重力計(jì)算公式，計(jì)算出水的重力：G水＝ρ（V2－V1）g，最后比較所得數(shù)據(jù)的關(guān)系，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)浸在液體中的物體受到的浮力大小，與物體排開液體的重力相同，即F浮＝G水。通過比較發(fā)現(xiàn)：物體受到的浮力恰好等于排開液體的重力。而且無(wú)論是什么物體和什么液體，也無(wú)論物體在液體中是完全浸沒還是浸入一部分，也無(wú)論物體在液體中是漂浮還是下沉，通過實(shí)驗(yàn)我們都會(huì)發(fā)現(xiàn)：物體受到的浮力都等于排開液體的重力。由此總結(jié)出了阿基米德原理的內(nèi)容：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力。

三、培養(yǎng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)思維

美國(guó)心理學(xué)家布魯納在發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論中強(qiáng)調(diào)，在學(xué)習(xí)知識(shí)的過程當(dāng)中，學(xué)生是一個(gè)獨(dú)立而積極的探索者，其中教師的作用是要為學(xué)生提供一個(gè)能夠獨(dú)立探究的情景，而不是提供現(xiàn)成的知識(shí)。所以在初中階段，在物理課堂的教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)十分注重學(xué)生科學(xué)思維的養(yǎng)成和建立，學(xué)生所面臨的物理實(shí)驗(yàn)的難度大部分并不大，并且很多實(shí)驗(yàn)都能夠在家中自主完成，因此教師可以借助有效的課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，這樣能夠激發(fā)學(xué)生在課下自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的動(dòng)力，幫助學(xué)生完成知識(shí)的掌握和內(nèi)化，從而提高課堂教學(xué)效果，逐漸使學(xué)生養(yǎng)成問題意識(shí)。在初中物理教學(xué)課堂上，教師要精心設(shè)置問題，通過提問的方式來(lái)引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的自主意識(shí)和獨(dú)立人格。在物理學(xué)科中，要想培養(yǎng)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)思維，要從以下幾個(gè)方面做起：首先教師要善于抓住事物的本質(zhì)屬性和內(nèi)在規(guī)律，對(duì)物理問題進(jìn)行概括；其次是在分析物理問題時(shí)，要善于建立物理模型，物理模型是對(duì)初中高年級(jí)學(xué)生提出的更高要求，雖然建立物理模型這一概念相對(duì)比較抽象，但是利用模型的概念，能夠幫助學(xué)生解決很多物理邏輯思維的問題；最后要引導(dǎo)學(xué)生善于運(yùn)用數(shù)學(xué)手段（數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)和函數(shù)圖像）來(lái)解決物理問題，數(shù)學(xué)是物理學(xué)科的基礎(chǔ)，因此學(xué)會(huì)利用好數(shù)學(xué)工具是解決物理問題的基礎(chǔ)。比如，教學(xué)“光現(xiàn)象———光的直線傳播”的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)課上準(zhǔn)備了一個(gè)大水缸和一支激光筆。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生知道在空氣當(dāng)中光線是沿直線進(jìn)行傳播的，但是光記住這一知識(shí)點(diǎn)還不夠，還需要通過實(shí)驗(yàn)的方式讓學(xué)生親眼看到。筆者用激光筆朝著天花板進(jìn)行照射，學(xué)生能夠清楚地看到一條射向天花板的直線，接著進(jìn)行進(jìn)一步的思考：光線在水中還會(huì)是直線傳播嗎？將激光筆放在水缸的左側(cè)，向水缸的方向進(jìn)行照射。學(xué)生依然能夠觀察到，激光穿過整個(gè)水箱，在光的傳播過程當(dāng)中仍然呈現(xiàn)出一條直線。此外通過提問的方式，引發(fā)學(xué)生對(duì)于光現(xiàn)象的深入思考：①光為什么是以直線的形式來(lái)傳播的？②你能夠舉出哪些現(xiàn)象表明光是以直線形式來(lái)傳播的？這些問題對(duì)于認(rèn)真學(xué)習(xí)新課的學(xué)生來(lái)說并不難回答，答案全部都在課本當(dāng)中。在課堂上為了檢查學(xué)生的掌握情況，教師可以讓學(xué)生合上課本，用自己的語(yǔ)言來(lái)回答。考查學(xué)生是否理解了什么是光的直線傳播。學(xué)生A回答道：“在日常生活當(dāng)中，人們所見到的光線都是直線，沒有曲線。”這種回答完全正確，因?yàn)槿藗冊(cè)谏瞵F(xiàn)象當(dāng)中看到的光線確實(shí)沒有呈曲線形式的。學(xué)生B在課前查閱了相關(guān)的資料，給出了更加專業(yè)的回答：“光之所以是直線傳播，這是由光的本性所決定的。一般情況下光可以被看成是一種特殊的粒子，光粒子在不受任何外力的作用下，會(huì)一直沿著直線前行。”這時(shí)學(xué)生C提出質(zhì)疑：“既然光是沿直線傳播的，那么為什么在下雨天，人們看到的閃電不是一條直線呢？”能夠提出這樣有創(chuàng)造性的問題，說明學(xué)生對(duì)光現(xiàn)象有自己的認(rèn)識(shí)和思考。關(guān)于“閃電為什么不是一條直線”這一問題，很多學(xué)生都有這樣的疑惑，當(dāng)學(xué)生無(wú)法回答的時(shí)候，筆者再對(duì)學(xué)生的提問進(jìn)行解答。下雨天出現(xiàn)的閃電，實(shí)際上并不是一束光線，而是天地之間形成導(dǎo)電通路發(fā)生的放電現(xiàn)象。在慢速觀察當(dāng)中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)閃電實(shí)際上是高溫電離激發(fā)出來(lái)的等離子體。由此可見，通過提問的方式進(jìn)行思考和探究，學(xué)生能夠在討論的過程當(dāng)中收獲更多的新知識(shí)，也能夠在探究的過程當(dāng)中逐漸鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維，使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。

四、提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合素養(yǎng)

對(duì)于初中階段的學(xué)生而言，在物理課堂上除了要準(zhǔn)確理解物理課上的基礎(chǔ)公式和定理之外，能夠獨(dú)立完成基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)操作，也是物理學(xué)習(xí)的另外一個(gè)重點(diǎn)，新課標(biāo)改革對(duì)學(xué)生能力的要求變得越來(lái)越高，物理實(shí)驗(yàn)的分值也將增大。所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是物理教學(xué)的重難點(diǎn)，甚至從某種程度上來(lái)講，學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)操作能力比他的理論知識(shí)點(diǎn)更實(shí)用，并且學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力的高低對(duì)他們今后的工作和學(xué)習(xí)有著重要的影響。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程當(dāng)中培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，有利于提高學(xué)生物理的綜合能力，從而使得學(xué)生具備更強(qiáng)的解決問題的能力。因此教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置課堂問題，創(chuàng)設(shè)出良好的學(xué)習(xí)情境，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)。新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出在課堂中教師和學(xué)生應(yīng)保持良性互動(dòng)，不斷對(duì)物理學(xué)習(xí)進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)展。生活中，小到照明電路的安裝，各種物體質(zhì)量的測(cè)量，大到交通運(yùn)輸和生產(chǎn)勞動(dòng)，都需要這方面的能力。所以，教學(xué)大綱把培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力作為素質(zhì)教育重要的一個(gè)方面。物理實(shí)驗(yàn)本身就是一個(gè)操作過程。教師最好能讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，每個(gè)人都有操作機(jī)會(huì)，在演示實(shí)驗(yàn)中，可讓部分學(xué)生配合教師一起完成實(shí)驗(yàn)，條件許可時(shí)，可將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，盡力地提升學(xué)生的動(dòng)手操作能力，這樣對(duì)他們學(xué)習(xí)物理是有極大幫助的。教師可以開展物理趣味實(shí)驗(yàn)比賽來(lái)提高學(xué)生的參與程度。學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比拼，在一個(gè)個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中，每一個(gè)小組能否進(jìn)行高效的配合是比賽的關(guān)鍵，這樣既能夠鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，也能夠提高學(xué)生對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)的熟練程度。實(shí)踐表明，實(shí)驗(yàn)比賽能夠激發(fā)學(xué)生的討論和思考，也能夠加深學(xué)生對(duì)于相關(guān)物理知識(shí)的理解和印象。在實(shí)驗(yàn)比賽的過程中，學(xué)生在物理知識(shí)的海洋當(dāng)中進(jìn)行深入思考，既增長(zhǎng)了自身的物理知識(shí)，又提高了自身的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ欣谂囵B(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成團(tuán)結(jié)協(xié)作、共同進(jìn)步的學(xué)習(xí)氛圍。在物理實(shí)驗(yàn)比賽的過程當(dāng)中充分展現(xiàn)出了每個(gè)班級(jí)小組的風(fēng)采。因此，開展趣味物理實(shí)驗(yàn)比賽的活動(dòng)意義在于，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的濃厚興趣，提高學(xué)生對(duì)于物理學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會(huì)到物理之美。綜上所述，教師組織學(xué)生開展有效的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，需要為學(xué)生提供足夠的自由發(fā)展空間，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中掌握主動(dòng)權(quán)，從而提高學(xué)生的參與度，豐富學(xué)生的物理學(xué)科知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率。在物理學(xué)習(xí)階段，教師的主要任務(wù)是使學(xué)生養(yǎng)成良好的物理學(xué)科思維以及科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，通過組織實(shí)驗(yàn)的方式培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］薛鈺康．運(yùn)用知識(shí)圖譜指向核心素養(yǎng)的物理復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)：以初中物理力學(xué)綜合復(fù)習(xí)教學(xué)為例［J］．物理教師，2020（2）：41－43．

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作者：王錫龍