微型實驗在物理教學中的應用策略

李從芮

摘 要：實驗是物理課程學習中的重要組成部分。微型實驗通常指的是取材方便、操作簡單、現(xiàn)象明顯的實驗。微型實驗的自創(chuàng)性和體驗性較強，是物理教學中不可或缺的一類重要實驗。本篇旨在闡述微型實驗在物理教學過程中的重要性，以及選取原則和教學應用策略，并對其與其他自然科學學科進行有機融合的可能性進行展望。

關鍵詞：微型實驗；教學應用；初中物理；學科融合

【中圖分類號】G622 【文獻標識碼】A 【文章編號】2097-2539（2023）24-0167-03

實驗是物理教學過程的重要組成部分，微型實驗與常規(guī)物理實驗比較而言，具有價格低廉、來源廣泛、貼近生活、攜帶方便、體現(xiàn)自創(chuàng)等特點，是常規(guī)物理實驗的重要補充，因此越來越受到一線教師的重視。微型實驗的實驗原料和器材主要來源于生活，通過生活中的物品和材料進行形式多樣、內容豐富的獨特性微型實驗，給學生以不一樣的學習體驗，對學生而言不僅具有啟迪作用，還可以讓學生感到物理學科在生活中的應用，從而產生親近感與真實感，更深入地理解學習物理的過程就是從本質上探究和認識周圍的世界、認識生活的過程。

微型實驗所使用的材料及物品在生活中很容易得到，使學生在課后自主進行實驗和親身體驗成為可能。相對而言，微型實驗的操作簡單、時間較短、實驗現(xiàn)象、體驗性明顯，這些都可以增強學生實驗的成就感，加深學生的理解和感悟，獲得難能可貴的直接經(jīng)驗，提高學生實驗的興趣和積極性，讓他們更樂于進行物理實驗，喜歡物理實驗，從而有了更進一步學習物理的動力，有助于學生學科核心素養(yǎng)的長期培養(yǎng)。

一、微型實驗在物理教學中的選取原則

在物理課程的學習過程中微型實驗的應用要遵循一定原則，才可以保障物理教學的科學性和有效性、培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、助力學生的進步與發(fā)展。

第一，遵循科學性、準確性原則。能準確地反映物理學相關知識的應用，通過學習，學生能夠利用相關知識原理對其現(xiàn)象進行解釋，發(fā)揮微型實驗的實用價值，為學生提供有效的直接經(jīng)驗，便于學生理解與掌握。

第二，遵循趣味性、明顯性原則。實驗現(xiàn)象明顯、易于觀察，能夠產生懸念或與原認知產生沖突，使學生獲得難能可貴的認知沖擊和切身感受，有助于學生由被動學習向主動學習轉變，充分調動學生學習的積極性并發(fā)揮學生的主體作用，有助于學生加深對相關物理知識的理解和抽象邏輯思維的建立。

第三，遵循可操作性、可重復性原則。微型實驗的材料易獲得，操作步驟較簡單，對外在環(huán)境條件要求較低，學生易獲得實踐操作的成就感，提高學生做實驗的興趣和積極性，使學生更樂于進行物理實驗，喜歡物理實驗，從而使學生在課后自主進行實驗和親身體驗成為可能，有更進一步學習探索物理的動力。

二、微型實驗在物理教學中的應用策略

（一）利用微型實驗進行課堂引入，激發(fā)學習內驅力

經(jīng)研究證明，學生在物理課堂活動中的思維分為啟動、最佳和疲勞三個階段，在啟動階段，學生的注意力往往無法集中，思維比較遲緩。針對這一現(xiàn)象，巧妙地利用微型實驗進行引入，創(chuàng)設情境，調動學生多感官參與課程內容的學習，以較快速度進入理想學習狀態(tài)。

微型實驗的儀器多為生活中常見的物品，學生面對這種熟悉的“實驗儀器”，從心理上縮短了與物理實驗的距離，消除了對物理實驗的陌生感和畏難心理。再者，微型實驗在操作上更為簡單，成功率更高，學生敢于動手，更容易增加自信心。另外，微型實驗的實驗現(xiàn)象明顯，實驗過程充滿張力、吸引眼球，實驗現(xiàn)象出乎意料，從而激發(fā)學生的興趣及做實驗的欲望。微型實驗在課堂引入階段的應用，通過產生學生意想不到的實驗現(xiàn)象設置懸念，與學生原有認知產生沖突，激發(fā)好奇心理和求知欲望，從而產生學習內驅力。

微型實驗的特點是讓每個學生能夠根據(jù)自身認知發(fā)展水平參與實驗獲得個性化提升，在課堂內外實施自主實驗，使學生由被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，進而使學生通過成功的滿足感產生對科學的情感。微型實驗通過滿足學生個體化需要，引發(fā)學生的快樂情緒，培養(yǎng)學生科學情感。其巧妙的實驗設計及獨特的實驗構思，能帶給學生獨特的創(chuàng)造性啟發(fā)。由此可以看出，物理教學過程中運用物理微型實驗本身就是結合學科開展的創(chuàng)造教育，這對保持學生的好奇心，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維，讓學生獲得科學情感，無疑是一條非常寶貴的途徑。

例如在人教版初中物理八年級上冊《光的直線傳播》一課教學中，光沿直線傳播的現(xiàn)象學生比較熟悉，而光沿直線傳播的條件需要深刻體會。因此教師可以提前準備不均勻的蔗糖溶液在水缸中，讓同學們用激光筆從水缸的一側沿水平方向入射，會發(fā)現(xiàn)光的傳播路徑發(fā)生彎曲。通過與原認知沖突的實驗現(xiàn)象引入本節(jié)課，激發(fā)學生的好奇，學生的注意力迅速被吸引，有助于物理課程學習的展開。

又例如在人教版初中物理八年級上冊《凸透鏡成像規(guī)律》一課教學中，將裝滿水的水杯橫向放置在背景字母F的前方，通過改變水杯與背景字母F的距離，觀察到不同的成像情況如圖1所示，利用此微型實驗作為本節(jié)課的引入，成像特點的變化激發(fā)學生的好奇心與求知欲。學生對于凸透鏡成像沒有太多生活經(jīng)驗，通過水杯實驗，不僅能夠激發(fā)學生探究的欲望，還能夠豐富學生體驗從而為學生提出問題和猜想提供現(xiàn)實依據(jù)。

再例如在人教版初中物理八年級下冊《重力》一課教學中，通過改變盒子的重心，達到偏離放置在桌子上的“神奇盒子”沒有掉落的微型實驗作為本節(jié)課的引入，如圖2所示。開始學生會以為是普通的盒子，隨著教師一點一點將其推離桌面，學生們目不轉睛地看著這個盒子，他們屏住呼吸，等待著盒子掉落的那一刻，實驗過程充滿張力，最后“神奇盒子”在幾何中心懸空放置的狀態(tài)下依然沒有掉落，這與學生的原有期待現(xiàn)象產生強烈對比沖突，更能激發(fā)學生一探究竟的決心。

（二）利用微型實驗進行知識講解，理解物理概念，構建知識體系

物理學科的概念和定律大多數(shù)比較抽象，學生根據(jù)自己的認知結構往往無法認識理解其中的物理模型，教師在講解中也會感到十分低效。教師利用微型實驗作為理論講解的輔助，學生通過微型實驗的動手操作，充分參與到學習活動中去，參與到問題的分析與解決過程中，構建相關知識體系，通過具象化的微型實驗現(xiàn)象承載抽象化的物理知識，增強物理教學的直觀性，有助于學生理解其中的過程與原理，提高課堂講解效果。

在實驗過程中，學生將不斷發(fā)現(xiàn)問題，并自主解決問題，因此會不斷積累寶貴的直接經(jīng)驗，促使學生更容易地形成實踐技能。面對生活中的常見物品所產生的非經(jīng)驗現(xiàn)象，能夠通過自己的認知增長去理解這個具有物理意義的新結構或了解其非經(jīng)驗現(xiàn)象的內在本質，這一過程正是學生在主體與客體的交互作用下，對客觀事物形成抽象概念的過程，在自身原認知基礎上重建和完善知識體系的過程。

物理概念的建立需要大量的直接經(jīng)驗、經(jīng)過提煉分化和假設驗證，建立新的認知結構，這些都離不開探究型實驗。目前探究型實驗的學習面臨的問題是既要適合學生的實際情況，又要具有現(xiàn)實的意義，更重要的是必須利用學生的觀察和他們自身所具有的科學知識來解答，只有這樣才能讓學生有所收獲。利用微型實驗架起與探究型實驗間的橋梁，所探究的問題源于生活，實施便捷，能夠引起學生的興趣，同時體現(xiàn)學生主動建構知識、學習科學方法與應用知識的統(tǒng)一。微型實驗為實施探究型實驗的學習與教學提供了豐富的資源支持，突出重點突破難點地進行探究活動，循序漸進，最終使學生參與、經(jīng)歷并理解科學探究的全過程，同時也使學生了解生活與物理知識的緊密聯(lián)系，引發(fā)學生提出探究問題，并根據(jù)微型實驗的現(xiàn)象提出合理猜想。

（三）利用微型實驗進行課堂反饋，發(fā)展抽象思維能力

將微型實驗運用到初中物理教學中的課堂反饋階段，使其更加具有趣味性，深化學習效果。學生通過對相關知識的學習與探究，構建知識體系，回顧課堂引入時的微型實驗現(xiàn)象，嘗試運用所學對其進行解釋和制作，揭秘其內在原理。這一反饋過程既是對知識的內化過程，也是輸出反饋、表達思維、物化思維的過程，從而形成知識學習的閉環(huán)。引導學生從物理學角度認識社會生活，讓學生學有所得并感受到學習物理的學習與應用是真正具有實際意義的，從而提升課堂體驗，獲得成就感，有助于學生更有效地掌握和運用知識。

抽象思維的建立與發(fā)展是在實踐的基礎之上形成的。微型實驗具有便捷性、直觀性、體驗性強等特點，其在教學中的應用為學生在最大限度內的自主實驗提供了可能，大幅度增加了學生親自動手實踐的機會，從而積累更多的直接經(jīng)驗，為抽象思維的建立與發(fā)展提供基礎保障。在具體操作過程中，觀察直觀現(xiàn)象，經(jīng)歷對事物本質的比較、分析、整理基礎上，認識從感性的具體過渡到抽象的規(guī)定，形成概念。

抽象思維作為一種重要的思維類型，深刻地反映著事物的本質，使人能在認識客觀規(guī)律的基礎上科學地預見事物和現(xiàn)象的發(fā)展趨勢。其對科學研究具有重要意義。初中階段是抽象思維建立與發(fā)展的重要階段，為了更好地幫助學生從皮亞杰認知發(fā)展理論中的第三階段向第四階段過渡，學生依據(jù)所學相關知識內容，運用假設-演繹-推理的方式從邏輯角度預判是否出現(xiàn)某些現(xiàn)象，運用反向推導，解釋某現(xiàn)象出現(xiàn)的原理。運用假設-演繹-推理的方式系統(tǒng)地評價和判定正確答案的推理方式。對比微型實驗的實驗現(xiàn)象，進行解釋并驗證所學的理論。最終使學生理解科學探究全過程并發(fā)展其思維的可逆性與補償性。

例如在人教版初中物理八年級上冊《光的直線傳播》一課教學中，根據(jù)創(chuàng)設情境微型實驗的實驗現(xiàn)象，學生結合課堂實驗會得出的結論：光在同一均勻介質中沿直線傳播。進而進行假設-演繹-推理，得到兩種可能：其一，水缸中的液體是不同種液體；其二，水缸中的液體不均勻。并通過實際操作進行推理驗證。學生攪拌水缸中的液體一段時間后，再次用激光筆從水缸的一側沿水平方向入射，發(fā)現(xiàn)彎曲現(xiàn)象消失，光沿直線傳播，加深理論理解和深刻體會。

（四）利用微型實驗拓展思考學習空間，落實實踐能力、培養(yǎng)核心素養(yǎng)

依據(jù)《義務教育物理課程標準（2022年版）》中“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程基本理念，既注重從實際生活中觀察培養(yǎng)、同時注重培養(yǎng)學生將物理知識運用到實際生活當中的能力，提升學生解決生活實際問題的能力。微型實驗更加體現(xiàn)了這一課程理念，微型實驗的取材和設計來源于生活，將其應用于物理的教學之中，是《義務教育物理課程標準（2022年版）》具體實施的良好體現(xiàn)，也是物理這門課程對物理實驗的進一步要求。

觀察是研究自然科學的重要方法，是獲得知識的最基本的途徑，觀察是提問的前提，提問是思考的基礎。普朗克說過，“物理定律不能單靠思維來獲得，還應該致力于觀察和實驗?！鄙钪械脑S多事物，人們往往由于對它們十分熟悉，而忽略了事物的某些特點及細節(jié)。觀察不僅僅是看，而是通過觀察引導一系列思維過程，微型實驗為培養(yǎng)學生的觀察能力提供了重要的途徑。

培養(yǎng)學生的觀察能力是一個長期積累的過程，將微型實驗應用到教學中，讓學生看到觀察和實驗就來自生活現(xiàn)象本身，引導學生更加關注周圍的環(huán)境和事物，通過不斷認識觀察事物的過程，逐漸養(yǎng)成觀察的好習慣。通過抽象邏輯思維的逐步建立與發(fā)展，感知事物的本質，從而更加深入地以科學研究方法探究事物的本質。再者，微型實驗提倡讓學生從不同角度不同途徑思考問題、探索答案，設計多種實驗方案并進行操作，這樣可以避免思維定式與思維固著，避免無意識地將學生的思維納入某種特定的模式當中，有利于開闊學生的思路，培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維與勇于探索、勇于創(chuàng)新的精神。此過程不僅有利于培養(yǎng)學生的觀察能力、動手能力及創(chuàng)新能力，而且使學生更注重身邊的事物，把物理知識與實際生活緊密地聯(lián)系在一起，提高解決實際問題的能力，培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)。

微型實驗取材方便、操作簡單、效果明顯的特點使得學生可以在課堂以外的時間隨時操作，為學生的持續(xù)性學習和連貫性思考提供支持。久而久之，利用微型實驗在課堂中的滲透，引導學生將學習空間向家庭和社會進行拓展，思考和探究的時間和空間都能夠得到很大程度上的豐富，能幫助學生在深化理論知識的理解，同時，發(fā)展自身實踐操作水平和創(chuàng)新實踐能力，逐步達到目標培養(yǎng)預期。讓更多學生能夠從日常生活中發(fā)現(xiàn)疑惑，在探尋疑惑的過程中深入思考，在思考的過程中探尋真理，獲得成就與快樂，能夠更好地適應社會發(fā)展，成為多面型人才。

三、結束語

微型實驗是調動初中學生物理學習積極性的有效手段，是幫助學生理解、掌握物理規(guī)律的重要過程，是培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)的關鍵方法。微型實驗取材廣泛源于生活，在實際動手操作的過程中能夠激發(fā)學生潛能，在實際解決問題的過程中能夠提高學生綜合能力。微型實驗教學法不僅能夠應用于物理學科的教學，還能夠拓展到其他自然科學學科的課程學習中去。期望能夠有更多跨學科融合的多元化探索，同一個微型實驗在多學科中的應用能夠幫助學生更加科學全面地認識事物，將所學進行整合運用，提高學生的綜合運用能力與核心競爭力。

參考文獻

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