初中物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及改進(jìn)

摘 要：創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)有助于為學(xué)生搭建自主探究空間，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維、實(shí)踐能力等素養(yǎng)。在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循實(shí)踐性、開(kāi)放性、創(chuàng)新性、情境化等原則，做好學(xué)前分析、實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及改進(jìn)的價(jià)值。教師應(yīng)基于生活實(shí)際、學(xué)生興趣、思維培養(yǎng)、物理學(xué)習(xí)過(guò)程，創(chuàng)新和改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)充滿(mǎn)興趣和期待，愿意通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)物理知識(shí)，提升自身素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

作者簡(jiǎn)介：龔琪（1970—），男，上海市傅雷中學(xué)。

初中階段的物理教學(xué)應(yīng)重視學(xué)生學(xué)習(xí)能力、物理學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)態(tài)度等方面的培養(yǎng)，為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中的重要內(nèi)容，改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有助于培養(yǎng)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)態(tài)度，使學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中保持高度的學(xué)習(xí)熱情，對(duì)于提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力、打造高質(zhì)量物理課堂有著重要意義。

一、初中物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及改進(jìn)意義

物理學(xué)科作為自然學(xué)科，其核心任務(wù)是揭示自然界的規(guī)律。這些規(guī)律通常具有一定的抽象性，學(xué)生難以直接理解，因此實(shí)驗(yàn)成了一個(gè)非常重要的學(xué)習(xí)途徑。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過(guò)觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)規(guī)律，理解概念和原理，建立物理思維，并學(xué)會(huì)應(yīng)用物理規(guī)律來(lái)解決現(xiàn)實(shí)生活中的物理問(wèn)題。創(chuàng)新和改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，讓他們?cè)谟淇斓姆諊姓莆罩R(shí)和提高能力，這對(duì)于提升學(xué)生的物理學(xué)習(xí)質(zhì)量至關(guān)重要，有助于激發(fā)他們持續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對(duì)初中物理提出了更高的要求，要求培養(yǎng)學(xué)生的物理思維和物理觀念。傳統(tǒng)的物理課堂通常實(shí)施“灌輸式”教學(xué)，不利于學(xué)生理解抽象的物理概念、發(fā)現(xiàn)本質(zhì)規(guī)律、形成物理思維。而創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，可以為學(xué)生搭建直觀的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生更好地理解物理知識(shí)，并通過(guò)自我反思與探究，進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)。這對(duì)于落實(shí)新課標(biāo)、培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)具有重要作用。

二、初中物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)及改進(jìn)的原則與方法

（一）設(shè)計(jì)原則

物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和改進(jìn)需要綜合考慮多個(gè)因素，包括物理學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)生學(xué)習(xí)情況、學(xué)生興趣點(diǎn)、物理實(shí)驗(yàn)條件等，以提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，滿(mǎn)足學(xué)生需求，使學(xué)生能夠通過(guò)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)知識(shí)與提高能力。因此，物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和改進(jìn)應(yīng)遵循以下原則。其一，情境化原則。所謂的“情”，指情感、興趣、思維；“境”則指場(chǎng)景，是符合學(xué)生思考和探究興趣的具體場(chǎng)景或環(huán)境。教師需要重視物理實(shí)驗(yàn)情境設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠沉浸于實(shí)驗(yàn)中，更好地理解概念，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題［1］。其二，實(shí)踐性原則。物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)應(yīng)從學(xué)生的視角出發(fā)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與實(shí)驗(yàn)，形成高質(zhì)量的物理學(xué)習(xí)過(guò)程。其三，創(chuàng)新性原則。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通常較為詳細(xì)，但缺乏新穎性，這可能導(dǎo)致學(xué)生興趣下降。因此，教師應(yīng)該嘗試創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，引入新工具、新方法、新技術(shù)，以吸引學(xué)生的關(guān)注，提升他們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣。其四，開(kāi)放性原則。物理與社會(huì)生活密切相關(guān)，涉及多個(gè)學(xué)科，所以物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也應(yīng)融入生活案例，促使物理與其他學(xué)科融合，為學(xué)生提供一個(gè)開(kāi)放的學(xué)習(xí)空間，拓寬他們的學(xué)科視野。

（二）設(shè)計(jì)方法

在物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)做好學(xué)前分析，分析內(nèi)容要包括學(xué)生的知識(shí)水平、能力水平、興趣點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)條件，從學(xué)生能力和客觀條件出發(fā)選擇合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。其次，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)。教師要考慮采用哪些方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以及如何引導(dǎo)學(xué)生，同時(shí)引入新穎的實(shí)驗(yàn)方法，例如小組合作實(shí)驗(yàn)、學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)、“實(shí)驗(yàn)＋活動(dòng)”等，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。再次，做好結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)與教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度相契合，確保實(shí)驗(yàn)與教學(xué)緊密聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)有助于學(xué)生更好地理解教學(xué)內(nèi)容、鞏固知識(shí)和培養(yǎng)物理思維。最后，做好實(shí)驗(yàn)反思和改進(jìn)。物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)需要結(jié)合實(shí)踐，通過(guò)實(shí)際實(shí)施實(shí)驗(yàn)、觀察物理過(guò)程、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師可以對(duì)不理想之處進(jìn)行改進(jìn)，確保實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性，為學(xué)生的物理學(xué)習(xí)創(chuàng)造有利條件。

三、初中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及改進(jìn)中存在的問(wèn)題

（一）實(shí)驗(yàn)難度較大，學(xué)生參與性較低

在物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，部分教師過(guò)于注重知識(shí)學(xué)習(xí)，而忽略了學(xué)生的實(shí)際參與，同時(shí)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)難度較大，學(xué)生難以獨(dú)立完成，導(dǎo)致學(xué)生不愿意采用實(shí)驗(yàn)的方式學(xué)習(xí)。此外，部分教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和工具的考慮較少，過(guò)于重視實(shí)驗(yàn)的新穎性，沒(méi)有充分考慮實(shí)驗(yàn)物品的可獲得性和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景的安全性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和能力提升。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容枯燥，學(xué)生興趣較低

部分教師沒(méi)有根據(jù)學(xué)生的需求豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)興趣不高。一些教師盡管具備創(chuàng)新意識(shí)，但創(chuàng)新僅限于形式，如改變工具或場(chǎng)景，換湯不換藥，導(dǎo)致學(xué)生難以感受到物理實(shí)驗(yàn)的趣味性，從而失去主動(dòng)探究、思考物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程的熱情。

（三）實(shí)驗(yàn)缺乏探究性，不利于物理思維形成

一些教師給出實(shí)驗(yàn)要求和步驟過(guò)于詳細(xì)，導(dǎo)致學(xué)生缺乏思考和探究的機(jī)會(huì)，只是機(jī)械地根據(jù)要求做實(shí)驗(yàn)。在這種情況下，學(xué)生會(huì)失去培養(yǎng)創(chuàng)新思維和探究能力的機(jī)會(huì)。此外，缺乏懸念和情境創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也使學(xué)生難以發(fā)揮想象力和拓展思維。

（四）缺乏課外實(shí)驗(yàn)融入，難以構(gòu)建持續(xù)學(xué)習(xí)過(guò)程

物理學(xué)習(xí)需要走向?qū)嵺`，和學(xué)生生活緊密相連，但是一些教師的實(shí)驗(yàn)教育限于課堂內(nèi)，缺乏課外實(shí)驗(yàn)的融入，場(chǎng)景單一，導(dǎo)致學(xué)生在課后難以繼續(xù)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，只能依賴(lài)于“刷題”和死記硬背。這限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)行動(dòng)，不利于學(xué)生構(gòu)建持續(xù)的學(xué)習(xí)過(guò)程。

四、初中物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)及改進(jìn)有效策略

（一）基于生活創(chuàng)新和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生參與度

物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)緊密結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)生的日常生活相關(guān)，以便學(xué)生理解知識(shí)。首先，教師應(yīng)考慮學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)，找出與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的情境或例子，這樣學(xué)生會(huì)更容易理解實(shí)驗(yàn)的背景和目的，從而更愿意參與其中［2］。其次，實(shí)驗(yàn)不宜太復(fù)雜，時(shí)間應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)。復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生花費(fèi)許多時(shí)間與精力，可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生失去興趣和耐心，難以保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。

例如，滬教版初中物理八年級(jí)上冊(cè)（第一學(xué)期）“二力平衡”一課涉及摩擦力知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)。為了幫助學(xué)生理解摩擦力以及摩擦力在社會(huì)生產(chǎn)生活中的作用，筆者進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（1）“筷子提米”——摩擦力小實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料：瓶子（或者空紙杯）、大米、筷子

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：取一個(gè)瓶子（或者空紙杯）裝入適量大米，將大米壓實(shí)。在瓶子中插入一根筷子，再次壓實(shí)大米，然后通過(guò)提筷子嘗試將裝有大米的瓶子提起來(lái)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，操作難度適中。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠直觀地感受到大米與筷子之間的摩擦力，理解為什么通過(guò)提筷子能夠提起瓶子。此外，這個(gè)實(shí)驗(yàn)基于日常生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生容易理解，從而加深對(duì)摩擦力概念的認(rèn)識(shí)。

（2）“筷子夾玻璃球”實(shí)驗(yàn)——體會(huì)摩擦力

實(shí)驗(yàn)材料：筷子、玻璃球、粗糙布、雙面膠、沙子等

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：使用筷子夾住玻璃球，觀察夾取的效果，感受摩擦力。思考如何更有效地夾住玻璃球，可以嘗試在玻璃球上粘貼粗糙的布，或者在筷子上貼雙面膠，并在雙面膠上撒上沙子等。

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生將更深入地理解摩擦力的的概念，同時(shí)培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維。

（二）基于學(xué)生興趣創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生興趣

在物理學(xué)習(xí)中，興趣是提升學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力的關(guān)鍵，教師應(yīng)從激發(fā)學(xué)生興趣的角度出發(fā)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。教師可在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)懸念，調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究欲望，讓學(xué)生通過(guò)查閱資料或者合作探究的方式來(lái)參與實(shí)驗(yàn)，引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)［3］。此外，教師可以關(guān)注學(xué)生的興趣愛(ài)好，結(jié)合他們?cè)谌粘Ｉ钪兴鶇⑴c的活動(dòng)來(lái)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，從而激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值。

例如，在滬教版初中物理九年級(jí)上冊(cè)（第一學(xué)期）“大氣壓強(qiáng)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以設(shè)計(jì)“神秘的瓶子——探究大氣壓”實(shí)驗(yàn)。即取一個(gè)瓶子裝滿(mǎn)水，接著在瓶子不同的面、不同的高度扎幾個(gè)小孔，然后觀察瓶子中水流的狀況。為了激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，教師可以在實(shí)驗(yàn)前設(shè)置“水流是否會(huì)從四面八方涌出”的懸念。通過(guò)設(shè)計(jì)這個(gè)懸念，學(xué)生會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)情境充滿(mǎn)好奇和期待。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象實(shí)際上不會(huì)發(fā)生時(shí)，他們會(huì)積極探究原因，嘗試在不同情境下扎孔，例如擰緊瓶蓋后再扎孔，或者扎更多的孔，以更深入地理解大氣壓的作用。這種基于學(xué)生興趣的實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生更積極地參與到學(xué)習(xí)中，提高實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

（三）設(shè)置探究性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生物理思維

物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)是學(xué)生主動(dòng)參與的實(shí)驗(yàn)，教師只有發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主動(dòng)性，才能讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)深化學(xué)習(xí)、總結(jié)規(guī)律、形成概念、提升認(rèn)知。因此，在物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)特別關(guān)注實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為學(xué)生搭建思考和探究的平臺(tái)，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)進(jìn)行思考和實(shí)踐，使他們總結(jié)物理規(guī)律。此外，教師還應(yīng)堅(jiān)持因材施教的原則。對(duì)于那些在物理學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)出較強(qiáng)能力的學(xué)生，可以設(shè)置開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，鼓勵(lì)他們根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論。這種方式不僅能夠豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，還能夠?yàn)樗麄儎?chuàng)造廣闊的探究空間，使他們能夠自主思考和探究，從而形成積極的學(xué)習(xí)過(guò)程。

例如，大氣壓強(qiáng)這個(gè)概念比較抽象，不少學(xué)生對(duì)于“大氣對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)叫大氣壓”這樣的定義感到一頭霧水。對(duì)此，教師可以設(shè)計(jì)“覆杯”探究實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)工具較少，步驟簡(jiǎn)單，容易操作，重點(diǎn)是讓學(xué)生自己完成實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)探究的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：（1）取一個(gè)杯子，不裝滿(mǎn)水。（2）在杯口蓋上紙片，倒置杯子，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（3）將杯子裝滿(mǎn)水，在杯口蓋上紙片，再次倒置杯子，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（4）在杯子的頂部鉆一個(gè)小孔，然后用透明膠帶封孔，在杯口蓋上紙片，倒置杯子，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。（5）揭開(kāi)膠帶，使空氣重新進(jìn)入杯子中，再次倒置杯子，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)索引，學(xué)生可自主完成實(shí)驗(yàn)探究，思考大氣壓強(qiáng)的概念，并用自己的話表達(dá)出來(lái)，如：“大氣壓強(qiáng)是指大氣對(duì)物體表面產(chǎn)生的沖擊力，由大量的大氣分子共同施加在物體表面上的壓力所形成?！边@種方法可以幫助學(xué)生更深刻地理解壓強(qiáng)概念，培養(yǎng)他們的物理思維能力。

（四）融入課外實(shí)驗(yàn)，拓展物理學(xué)習(xí)空間

“雙減”政策下，物理新課標(biāo)的實(shí)施對(duì)課后物理學(xué)習(xí)提出了更高的要求。教師應(yīng)根據(jù)“雙減”政策和核心素養(yǎng)要求，積極設(shè)計(jì)課外實(shí)驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的探索興趣，讓他們享受物理學(xué)習(xí)的樂(lè)趣［4］。課外實(shí)驗(yàn)?zāi)転榻處熀蛯W(xué)生提供更廣闊的探索空間：一方面，教師可以克服場(chǎng)景和設(shè)備的限制，擁有更高的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)自由度；另一方面，學(xué)生可以得到家長(zhǎng)的幫助或者查詢(xún)課外資料，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的拓展，確保學(xué)習(xí)的深度。因此，在設(shè)計(jì)課外實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以融入多種元素，如木板、乒乓球、玻璃片、“熱風(fēng)車(chē)”等，提升實(shí)驗(yàn)的新穎性。教師還可以組織家庭類(lèi)的小實(shí)驗(yàn)，讓家長(zhǎng)參與其中，這不僅可以起到監(jiān)督的作用，確保實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，還能培養(yǎng)學(xué)生的合作精神。

結(jié)語(yǔ)

物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于幫助學(xué)生理解概念、掌握知識(shí)具有積極的意義。在初中物理教學(xué)中，教師應(yīng)該充分考慮學(xué)情，從學(xué)生的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)和改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)更加有趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，幫助學(xué)生形成科學(xué)的物理學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)質(zhì)量。

［參考文獻(xiàn)］

王想敏.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)：以“大氣壓強(qiáng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例［J］.物理教學(xué)，2022，44（2）：38-40.

吳玉茹.初中物理實(shí)驗(yàn)“分組合作”學(xué)習(xí)模式構(gòu)建的實(shí)踐探索［J］.讀寫(xiě)算，2022（5）：153-155.

單佳麗，陸增友，崔愷.在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提升學(xué)生創(chuàng)新思維能力的實(shí)踐研究［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（33）：28-30.

高學(xué)哲.讓理性課堂充滿(mǎn)智慧之光：論初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)［J］.數(shù)理化解題研究，2021（14）：76-77.