创新实验设计 提高物理课堂教学有效性

(镇江市外国语学校，江苏 镇江 212001)

华东师范大学叶澜教授对一堂好课要达到的基本要求论述中，有这样一段话：“一堂好课没有绝对的标准，但有一些基本的要求.就我们‘新基础教育’而言，我认为：有意义，即扎实的课.在这节课中，学生的学习是有意义的.初步的意义是他学到了新的知识，再进一步是锻炼了他的能力，再往前发展是在这个过程中有良好的积极的情感体验，使他产生更进一步学习的强烈要求，再发展一步，在这个过程中他越来越会主动地投入到学习中去，这样学习学生会学到新东西.”在课程改革中，在“减负增效”的要求下，教师最关心的是什么样的课堂才是有意义的课堂，怎样的教学方法才能让学生得到发展.

提升课堂教学的有效性可以为解决以上问题提供一个途径.笔者基于余文森教授所提出的提高教学有效性的理论，在物理教学中进行了实验设计创新的教学实践，以求提升课堂教学的有效性.

1 教学有效性的理论依据

余文森教授从专业的角度回答了什么是课堂教学的有效性问题.他认为：从专业角度说，课堂教学的有效性是指通过课堂教学使学生获得发展.发展就其内涵而言，指的是知识、技能、过程、方法与情感、态度、价值观三者(三维目标)的协调发展.有效的课堂教学活动沉淀下来的是一种思维方式和精神.

我们先从关于有效性的一个隐喻谈起：企业之间的竞争就好比是去穿越一块玉米地，那么，穿越玉米地要比什么呢？第一个要比谁穿越得快，第二个要比在穿越的过程当中掰玉米，看最后谁掰的多，第三个是比过程当中，玉米叶子可能会刮伤皮肤，穿越过去看谁身上的伤口少，这就是企业平常所说的速度、收益和安全.速度、收益、安全，也是有效教学必须考虑的三个要素：速度可看作学习时间(长度)——投入，收益可看作学习结果(收获)——产出，安全可看作学习体验(苦乐)——体验.这三个要素具有内在的统一性，是相互关联、相互制约的.学习时间是前提，投入一定的时间并提高学习效率，这是增加学习结果和强化学习体验(积极)的基础.学习结果是关键，学生的学业进步和学力提升不仅能促进学习效率的提高，也能增进学生学习的积极体验.学习体验是灵魂，积极的体验和态度会促使学生乐于学习，会提高学习的效率.实际上，学习体验本身也是重要的学习结果.考量学生学习的有效性必须综合考虑这三个要素，即提高学习效率、增进学习结果、强化积极的学习体验，这也是提高学习有效性的努力方向和追求目标.

2 提高课堂活动有效性的教学策略

(1)变验证性实验为探究性实验，提高学生创新能力

验证性实验是在一个设计完整的实验框架下重新验证结果，让学生通过实验验证已学过的相关理论.探究性实验是在不知晓实验结果的前提下，学生根据问题研究的需要，在假设的指引下获取支持或推翻猜想的科学证据，是以实验为载体探究科学结论.在探究性实验中，由于学生是受问题驱动，有探究和创新的欲望，这就能大大调动学生自主学习的主动性和积极性.在实验之前，学生并没有他人制定好的实验步骤可遵循，因此，需要自己通过动脑分析，采取适当的方法，亲自动手去做.遇到疑难问题时，教师只提供参考建议，引导学生针对具体问题积极思考、观察现象、分析原因、动手探索.这样，学生对实验目的、原理可以有更深刻的理解，有助于学生知识的主动建构，也有助于学生科学态度和创新能力的培养.

在苏科版初中物理八年级上册中，设计了“探究凸透镜成像的规律”的实验，让学生从物理现象—收集实验数据—分析实验数据—归纳凸透镜成像规律，对学生来说并非易事.在教学中，为了降低难度，教师常常把物距的范围规定好，再安排学生按照所给数据的范围做实验，观察实验现象，不自觉中就把探究性实验变成验证性实验了.要使该实验真正落实为探究性实验，应如何设计实验活动？笔者作了如下尝试.

活动一：通过凸透镜使一个亮着台灯(头朝天花板)，在天花板呈放大、缩小的实像.思考一：既然有放大、缩小的实像，在放大到缩小的过程中可能会有等大实像吗？思考二：通过实验观察，成像的变化情况可能与哪些因素有关？思考三：如果换一个不同焦距的凸透镜，保持与前一个凸透镜相同的位置作对比实验，成像情况又怎样呢？

活动二：学生探究凸透镜的成像规律.安排四个组探究焦距为5厘米的凸透镜成像，另外五个组探究焦距为8厘米的凸透镜成像.

先对操作的方法和要求作出具体的说明和指导，然后在活动中“看谁找得准？”教师引导学生首先设法找到等大的像，记下物距和像距.笔者认为这一点是探究凸透镜成像规律的突破口、关键点，并以此为依据，延伸到下面的探究内容.运用从特殊到一般的方法，找到这一特殊位置(分界点)以后，再以这一位置为参照，向靠近透镜和远离透镜的位置调整，得到放大、缩小的像，记下各自对应的像距和物距，以上探究性实验有助于培养学生的观察能力和创新意识.

(2)变演示实验为学生分组实验，增加学生参与度

变演示实验为分组实验，从实验设计上可以本着实验操作简单化、实验材料生活化、实验制作低成本化等原则来改进.通过设计方便易行、生动具体的实验活动，使学生自主寻求知识，亲身体验规律或概念形成的过程，提高了学生的活动热情，调动了学生的思维，并在愉快的活动体验中，获得了知识，发展了能力，同时还避免了演示实验可见度低等缺陷.

例如：在苏科版物理八年级上册中，第二章关于液化的教学，教科书中安排的活动是模拟大自然中雨的形成，活动需要的器材有：碎冰1000克，直径为20厘米左右的铝盘一个、铁架三角架、铁丝网、酒精灯、烧瓶、橡胶塞、玻璃管、水、盆.

为提高学生的参与度，让每个学生获得真实的体验和感受，笔者在实验教学中作了改进，安排了分组实验.实验的器材：两个塑料杯、冷水、热水.教学过程如下：活动一：老师提出以下问题，引导学生探究：①你在倒扣的杯子中观察到什么(如图1)？②水的状态发生怎样的变化？摸一摸杯子A，有什么感觉？说明什么？③对比图2、图3所示的实验，观察A杯底部，发现了什么?说明了什么？

图1

图2

图3

(3)用日常生活物品做物理实验，改进实验教学

物理学是一门与生活和社会紧密联系的学科.家庭小实验取材方便，操作简单，又有一定的趣味性，应用生活中学生熟悉的物品为实验器材，不断改进教科书中的演示实验的方案或装置，使学生对物理产生亲近感和认同感.

改进实验的思路：先分析原器材的结构和实验原理，在此基础上找出不足.改进后的器材应力求装置、原理简单，现象明显.

如在重力的教学中，教科书中安排的学生“判断重力方向”的活动是：①缓慢改变木板的倾角观察下端挂有小球的悬线的方向.②剪断悬线，观察小球下落的方向.笔者进行了创新改进，教学过程如下：

师：剪断悬线，观察小球下落轨迹，你看清楚了吗？

生：看不清.

师：改进实验，用水滴模拟小球.调节阀门先使水间断滴落，逐渐形成连续水流，用连续下落水流的运动轨迹来显示重力的方向.你的发现是什么？

生：①悬线的方向与水流方向平行.②悬线的方向与水面垂直.③改变支架倾角，悬线的方向依然与水流方向平行，且总是垂直于水面.④改变支架倾角时，静止水面的方向始终不变.总结结论：重力的方向垂直于水平面向下,悬线的方向与重力方向一致.

通过实验设计的改进和创新，可使实验现象更直观，便于学生理解，教学效果明显.

趣味性强的实验更能强烈吸引学生的注意力，激发他们主动探究的欲望.例如在“力的作用是相互的”教学中,笔者设计的几个对比实验用到的器材都来自生活：玩具电动车、薄长木板、圆珠笔芯，教学过程如下：

师：将玩具电动车用细线悬挂起来，闭合车上电源开关，观察到什么现象？

生：车轮空转，小车不能向前运动.

师：将小车放在薄长木板(薄长木板下铺有几只圆珠笔芯)观察到什么现象？

生：小车向前运动，木板向后运动.

(4)开发校本课程资源，开设形式多样的综合活动课

开展物理综合实践活动是提高教学效率的辅助手段，它既是物理课堂教学的补充，也是课堂教学的延伸，不仅能帮助学生复习、理解学过的物理知识，培养其理论联系实际的能力，而且还能开阔眼界，吸引他们探索新的物理现象和规律.通过观察和动手实践去分析和解决物理问题，同时也能充分发挥学生个性与特长，促进其非智力因素的发展.

例如笔者开设了课题为“我要飞得更高”综合活动课，设计成四个板块进行研究.板块一：鸟类——空中的飞行家，在生物老师的帮助下，学生解剖了鸽子，了解了鸟的体形、翼、胸肌、龙骨突、羽毛、鸟的骨骼等各部分的功能，从鸟的生理结构特点，归纳出鸟类要能飞翔必需的特点.板块二：气球为什么会飞？学生做了如图4所示的实验，充气前杠杆水平，充气后，挂气球的一端向上翘起，从中悟出气球会飞的原因是由于受到空气浮力.学生用大的塑料袋、铁丝、固体酒精，合作制作了孔明灯，并且成功的放飞.板块三：从竹蜻蜓到直升机，在竹蜻蜓的飞行原理的启发下，研究以下问题：直升机为何能飞？直升机尾翼有什么作用？引导学生上网收集资料，作出解答.板块四：飞得更高——火箭，学生观看火箭发射视频后，学生用矿泉水瓶、水、打气筒，制作了水火箭(如图5).实验过程如下：通过打气筒将高压气体不断压入封口的矿泉水瓶，最后是瓶塞被压出，瓶中水高速冲出，瓶体向上运动.在实验中，学生多次调节瓶内的水量，经过多次的失败体验后，最终发现：水的体积占瓶子的四分之一到三分之一为宜.付出艰辛努力后的成功体验，使学生们非常兴奋.

这次综合活动课让学生“过足了探究瘾”，让学生有了实实在在的收获.它表现为从不懂到懂、从知少到知多、从不会到会、从不能到能的变化上.整个探究过程学生乐此不疲，孜孜以求，激活了内在的探究欲望，产生了积极的情感体验.

图5

3 小结

新一轮课程改革背景下的物理课堂，是师生共同建构的教与学的过程，在教与学的交往、互动中，师生双方相互交流、相互启发、共同体验，实现教学相长和共同发展.教师在实验创新活动中体现的创造思想和行为对学生创造力的培养产生了潜移默化影响，激发了学生的创新意识，培养了良好的实验习惯，提高了实验能力.

参考文献：

[1]余文森.有效教学十讲[M].上海：华东师范大学出版社，2013.

[2]杨青云.新课程 新实验 初中科学[M].杭州：浙江科学技术出版社，2004.