淺談物理課堂中的實驗教學

程彬

摘? ?要：從2019版《義務教育物理課程標準》修訂精神入手，從物理學科特點分析，從學生的思維特征和發(fā)現(xiàn)事物本質(zhì)規(guī)律上總結，得出了物理教學中的實驗教學的必要性。從自身的教學特點和當?shù)貙W情角度上，通過實踐總結出了教學開展的五條方針。并選取代表性的幾個教學案例加以說明，這幾個案例中，有的是利用生活中尋常物品進行的實驗探究，有的是采用自制教學儀器的方式等。最后是對教學改進的經(jīng)驗總結。

關鍵詞：教改;實驗;探究;學習;引導;觀察

2019版《義務教育物理課程標準》修訂的解讀中，強調(diào)對課程功能、課程結構、課程內(nèi)容、課程實施、課程評價以及課程管理的改革?！读x務教育物理課程標準》中特別指出：“面向全體學生，提高學生的科學素養(yǎng)，從生活走向物理，從物理走向社會，注重學科滲透，關心科技發(fā)展，提倡學習方式的多樣性，注重科學探究，注重評價改革導向，促進學生發(fā)展[ 1 ]?！闭n標修訂的教學建議中特別提出了“重視科學探究式教學，充分發(fā)揮實驗在教學中的作用，注重落實三維課程目標，加強物理學與生產(chǎn)、生活的聯(lián)系[ 2 ]?！边@些精神改變課堂中過于注重知識傳授的傾向，強調(diào)了形成積極主動的學習態(tài)度，從而獲得基礎知識與基本技能的能力，同時引導學生學會學習并形成正確價值觀。在深入學習了《綱要》精神和《課標》理論之后，反復思考課改下的物理教學模式，同時深入了解學生的素質(zhì)狀況和學習能力評估之后，結合筆者的教學特點，對日常的物理教學作了相關的調(diào)整。特別注重了變“被動、機械化”學習為“主動、靈活、創(chuàng)造性地學習”。經(jīng)過一段時間的實驗親歷和不斷地改進，發(fā)現(xiàn)學生在物理課堂上，普遍興趣濃厚，學習積極性、自主性，以及合作度進一步增強。而且學習的應用能力，學以致用的理念得以良好地貫徹。

反觀物理學科的本身，它是一門十分注重實驗的科學。實驗的功能是搜集證據(jù)的主要途徑。實驗是科學家根據(jù)研究目的，使用科學儀器，在有意識地控制自然過程中的條件，模擬自然現(xiàn)象，突出主要因素，在特定的條件下去探索客觀規(guī)律，從而認識客觀世界的一種認識方法。實驗方法不僅是科學研究的重要手段，而且是科學發(fā)展的直接基礎，推動和檢驗著自然科學的發(fā)展。正如諾貝爾物理學獲獎者費曼所說：“如果想要發(fā)現(xiàn)什么東西，就去細致地做一些實驗，這要比冗長的哲學爭辯好得多”。整個物理學史可以說是整部實驗史，因此實驗教學是物理課堂中一種重要的教學手段[ 3 ]。

從人的思維特征和發(fā)現(xiàn)事物本質(zhì)規(guī)律上看，針對實驗探究的教學模式，有一位美國學者“艾倫.柯林斯”說過：“這是一種費時的教學，但如果我們的目標是培養(yǎng)學生能創(chuàng)造性地解決問題和發(fā)現(xiàn)理論，那么這是我們所擁有的唯一方法。學生如想有效掌握知識以及了解基本的物理思維，還有什么比會積極參與探究更好呢？”教育家約塞夫. 施瓦布認為：科學應該被視為概念的結構，這個結構有可能因發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)而被修改，科學教育應通過探究活動學習科學知識。為了實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，施瓦布建議教師首先著眼于實驗，在知識傳授之前而不是之后，利用實驗來引導學生學習[ 2 ]。

通過以上三個方面的學習之后，筆者加強了課堂實驗教學，著重把握好以下幾點：

（1）深入學習教材和教學用書，領會教材，教參精神，夯實堅固的專業(yè)理論知識，理清整個章節(jié)的知識脈絡。注重章節(jié)之間的知識銜接。及時了解當今物理學的前沿科技，提取對教學有用的信息。

（2）重視課堂的教學設計，特別是對實驗導出理論的教學過程，注重把握學生的學習特點，學習規(guī)律，有效地設計課堂教學活動。

（3）注重實驗環(huán)節(jié)的創(chuàng)新，在有可能的情況下，變演示實驗為學生實驗，盡可能發(fā)動學生采用身邊一些簡單的物品進行實驗，使實驗貼近生活。讓高深的物理知識在日常的生活中得以詮釋，使物理親近于生活，從而讓學生學會日常的觀察，日常的積累，并能很好地貫徹學以致用的精神，讓物理生活化，趣味化。

（4）加強學生課余興趣的培養(yǎng)，要求學生在家中完成“迷你實驗室”的小實驗，或布置預習作業(yè)，讓學生在家中，尋找相關的較為簡易安全的實驗器材，進行實驗，并作為新課課堂的實驗匯報。

（5）在實驗結束后，重視實驗過程中問題的剖析和實驗結論的引出。善于發(fā)現(xiàn)學生實驗過程暴露的問題，注重總結實驗的結論，避免落于“空熱鬧”一場的局面，從而造成實驗無目的、無計劃、無原則現(xiàn)象。

以下是筆者設計的若干節(jié)實驗教學課，有的是利用生活中尋常物品進行的實驗探究，有的是采用自制教學儀器的方式等。

1? 利用生活中尋常物品進行的實驗探究示例：液體的壓強探究課程設計

（1）學生準備

①預習課本知識，找出你最想了解的關于液體壓強的哪些知識。

②要求每小組攜帶一枚圖釘，醫(yī)用手套（即薄橡膠手套）、普通的礦泉水瓶

（2）實驗室準備

壓強計、大燒杯、水、硫酸銅溶液、連通器、鐵架臺、燒杯支架

（3）課堂設計以及效果回顧

①新課引入環(huán)節(jié)

以學生活動作為新課引入的方式。戴上醫(yī)用橡膠手套，再將手套反手脫下，此時五個指頭的橡皮會縮在手套內(nèi)，此時無需將縮入的橡皮指頭拉出，將手套的入口張開，用夾子將手套口朝上，固定在鐵架臺燒杯支架的圓鐵圈上，像一個張口的袋子，要求學生先觀察指頭的高低位置后，再用燒杯加水注入到手套內(nèi)，此刻手套的5個指頭在水的壓力作用下會分別彈出，而且位置較低的“指頭”會先彈出。此現(xiàn)象十分有趣，特別是一個個的水指頭的彈出，即形象又生動，很能反映液體壓強的存在，而且指頭先后彈出亦可說明液體壓強與深度有關，該實驗既方便又形象，讓學生有過目不忘的功效。若時間偏緊，亦可演示，效果也好。

②進行液體壓強特點的猜想環(huán)節(jié)

參看圖片和背景資料，猜想液體壓強隨深度的增加而增大，以及與液體密度有關可能因素之后，要求學生針對液體壓強與深度有關猜測，采用所攜帶的礦泉水瓶、圖釘，設計一個能夠證明此猜想的實驗。這個環(huán)節(jié)學生想法是五花八門，有的是將圖釘扔入裝有水的礦泉水瓶中，有的說將礦泉水瓶置于圖釘之上，再加入不等深的水之后，觀察瓶底是否扎破，有的學生是在側壁扎上眼，但隨意扎，還有的是比較有計劃的，他會在礦泉水側壁的不同深度處分別扎上孔，然后用一膠帶封上，再注入水。對于學生的各種方案，正確的肯定，錯誤的除了糾正之外，更多的是要鼓勵，以期調(diào)動學生的學習熱情。這些實驗設計的取材是廉價的生活用品，有時是廢品，這既可以培養(yǎng)學生的節(jié)約利用資源，又可起到實驗示范的作用，真是一舉兩得。

③進行液體壓強的實驗探究環(huán)節(jié)

A.著重介紹新的儀器—壓強計，在這個環(huán)節(jié)中，讓學生多動手親身體驗，否則光靠想像則覺得抽象。通過學生用不同的力擠壓金屬盒的橡皮膜觀察發(fā)現(xiàn)U形管兩側出現(xiàn)高度差，并體驗到用力較大時，U形管兩側高度差越大，并教會他們?nèi)绾巫x出高度差。

B.按步驟進行實驗，在分析液體密度對液體壓強的影響的環(huán)節(jié)中，以往的教學安排的是用水和鹽水進行對比實驗，本人發(fā)現(xiàn)鹽水的密度與水的密度差別不大，實驗現(xiàn)象不夠明顯，我配制的是硫酸銅溶液。這個環(huán)節(jié)的實驗因為要配制硫酸銅溶液的緣故，采用個別小組進行實驗探究，主要是采用他們的有效數(shù)據(jù)進行對比分析。整套實驗完成后，本人會重點評述實驗中學生數(shù)據(jù)之間的一些差異，以及分析其差異產(chǎn)生的原因，以改進學生的實驗方法。

C.帕斯卡原理的探究實驗環(huán)節(jié)

仍用之前所說過的橡皮手套，將它注滿水，開口扎緊，分別邀請幾名學生通過握“水手套”的實驗（即雙方都握住手套的一側，一方用力，另一方感受其握力）。這個實驗十分有趣，極好地反映了加在密閉液體上的壓強能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞，使得這個原本教材中通過一段文字論述變?yōu)榫唧w的感受，充分使學生體會到了液體對壓強的傳遞。

這節(jié)課的課堂處理上，主要是在課程導入和液體壓強特點以及帕斯卡原理探究上，采用了新的實驗方法和教學方法之后，明顯增強了學生的學習興趣，課后反映是，這節(jié)課不僅有趣、生動、還很有用。在之后的跟蹤評估中發(fā)現(xiàn)有用此套教學方法的班級對這塊知識的掌握明顯較之其它未用此套教學方法的班級好。

關于浮力章節(jié)的教學中，也采用了諸如用吸管和橡皮泥，保鮮膜，自制密度計，由于增加了保鮮膜的包裹，密度計的橡皮泥不因泡水而粘滯，有效地延長了其使用的期限。同時還指導學生利用氣球和一次性筷子，自制一個外面包裹著橡皮的小型的立方體，用于觀察液體內(nèi)部的各個方向的壓強，并以此來說明浮力的產(chǎn)生是由于上下表面的壓力差。同時還組織學生在課余時間，利用小藥瓶自制小型潛艇。

在聲學的教學中，指導學生利用了吸管和棉簽制成可調(diào)音調(diào)小哨子。利用橡皮筋制作小吉它等。一切材料取自于生活用品，節(jié)能環(huán)保。

再如，凸透鏡成像規(guī)律探究中，很多學生不能很好體會什么是凸透鏡，筆者會要求學生從家中帶來一個圓柱形透明的玻璃杯，課前要求他們先蓄水，先觸摸圓柱形的玻璃杯，感受直徑部分的寬度和側邊寬度不同，從而觸覺上體會什么叫凸透鏡中間厚邊緣薄的，再指導學生眼睛透過裝有水的玻璃杯來觀察豎直放置的一把筆，近處放置，遠處放置，觀察成像不同。同時特別強調(diào)將筆豎直放置時成像為什么不會上下倒置，但是水平放置時會左右顛倒，通過這兩個現(xiàn)象強烈比較，發(fā)現(xiàn)不同成像規(guī)律，同時加深對凸透鏡的認識深度，從而感受到凸透鏡成像的魅力。通過實驗學生會對現(xiàn)象開始進行思考，調(diào)動學生濃厚的探索的愿望，在此之后再安排凸透鏡成像光具座進行實驗，更加嚴謹?shù)卣{(diào)用數(shù)據(jù)分析成像規(guī)律。

2? 采用自制學生分組實驗儀器的教學實況記錄

在長期進行的“光學”教學過程中，發(fā)現(xiàn)光的反射的實驗很難進行，如果是教師演示，又常常需要學生助手的協(xié)作，但臺上人一多，對實驗的可視性造成了干擾。如能讓學生用實驗器材，幾個人為一小組實驗，近距離觀察，再通過作圖、分析，達到的效果一定會比教師演示效果好。但目前實驗室中配備的器材是不宜進行光的反射的研究的。首先，我校實驗室中通用的是一種叫光學實驗盒的裝置，此裝置最大的問題是，它的光屏是一片較薄的白塑料，不可翻折，無法有效地分析光的反射三線同平面的知識。其二是它的表面不宜作圖。為了解決這個問題，我采用了多種方法，經(jīng)過大量的器材選用，對比之后發(fā)現(xiàn)木材作為光屏易形變，且不好長期保存;鋼材作為光屏除了不易切割之外，而且造價偏高。最后用厚為4mm左右的毛玻璃，并將它們切割成長、寬都為30mm的玻璃塊。一個完整的光屏由兩塊該尺寸的的玻璃塊組成，在其正反面粘上白色塑膜，即可制成一個可翻折的光屏，再請鋁合金加工店造一邊長為3cm，高為1cm的直角支架，將光屏的其中一面固定于支架上，底部配一面普通的平面鏡作為反射面。而光源采用的市面上銷售的一種名叫“激光筆”的玩具光源，此光源呈紅光，光線集中，可視性好。輔助上鉛筆、直尺、量角器，就可以進行光的反射規(guī)律和光的折射規(guī)律的研究實驗，這套器材解決了學生的探究實驗活動。以往在光的反射規(guī)律探究中，對于法線，老師通常是受器材之限，很難說清楚，只是介紹入射光線和反射光線的中間且與鏡面垂直的直線為法線。筆者教材中對于法線的引入都處理得比較含糊，實際法線何其重要，它的引入能有效展示了入射光線和反射光線共同所在的平面。通過學生的動手操作，從練習承接入射光線開始到如何尋找到反射光線開始認識起，通過調(diào)整光屏與反射面兩個面之間的位置，發(fā)現(xiàn)要在光屏上同時呈現(xiàn)入射光線和反射光線，此光屏就必須與反射面垂直，從而法線就容易確定出來了。以往此課的教學，課堂沉悶，枯燥，臺上老師為了學生較直觀看到實驗現(xiàn)象，真是急得滿頭大汗，而臺下學生由于無法參與，他們倒是一幅漠然的姿態(tài)，最后造成學生的機械式地記憶，缺乏一個良好的認知過程。這樣處理之后，學生和老師互動，而且發(fā)現(xiàn)有些后進生注意力有效得以集中，還發(fā)表了不少精妙的看法。使整個班級學習氛圍能有很大的提升。

以上是筆者教學過程中的一部分教學儀器的改進和課堂實驗方式的改進實例，這些實驗設計仍有待改進。在連續(xù)幾年的實驗教改的實踐中，以往學生“知識等老師教，思路由老師引，方法仿老師做”的依賴性的被動學習的習慣有了很大的改變，在目前的學習探究中，有了競爭意識和創(chuàng)新意識，有了主人翁的學習態(tài)度。但筆者并不贊成一種看法是：節(jié)節(jié)都是實驗探究課，每個知識點都由學生自主探究得出。因為，物理學所包涵的知識面之廣，是無法細細陳述的。教學中主要是教會學生一種思維的方式，如果兩種知識的教學過程中，所牽涉的物理思維和方法是類似的時候，主要是選擇比較有代表性一個知識點作為重點實驗探究，其它則無需過多地采用類似的探究手段，否則必會造成教學時間的緊迫性。有時教師在設計一節(jié)探究課時，因投入大量的先期準備工作，反而忽視了其它的教學環(huán)節(jié)，如學情的變化。造成了拘泥于事先的教學模式，從而使課堂陷入了形而上學的怪圈。故如何把握這個度是需要思考的和繼續(xù)探索的。今后將沿著探索之路，不斷深化教改精神，努力營造良好的教學氛圍，為物理的教育工作盡微薄之力。

參考文獻：

[1]姚曉.2019版初中物理課程標準修訂解讀[EB/OL].百度文庫，2019：1-39.

[2]物理課程標準研制組.走進課堂—初中物理新課程案例與評析[J].北京：高等教育出版社，2004：1-39.

[3]義務教育物理課程標準實驗教科書編寫組.物理教學參考[M].上海：上海科學技術出版社，2019.