以实验器材为中心的复习课教学策略

刘永树

摘 要：将分散在各章节中的物理实验有序组织起来，设计高效物理实验复习课，是当前物理教师正在探索的重要课题.利用现有实验器材或开发低成本实验器材，以实验器材为中心，以物理科学方法為统领，利用实验器材调动学生学习能动性，把与实验器材有关的实验整合起来，进行集中复习，不失为一种科学有效的复习方法.这种复习方式，发挥了学生的主体作用，促使学生主动建构知识体系，提高学生科学探究能力，培养了学生的核心素养.

关键词：实验器材;整合实验;建构知识;探究能力;核心素养

物理是一门以实验为基础的学科，实验在物理科学探究教学中占据着无可替代的地位.而物理实验分散在各个章节，对物理实验复习时是零敲碎打地进行，还是科学有序地组织复习呢？如果有序复习，又该以什么为中心来组织呢？笔者根据教学实践，认为以实验器材为中心组织复习更有效，将系列相关联的实验串联起来，既增大了课堂的容量，又提升了学生的思维品质，不失为一种较好的复习方法.下面仅以初中物理人教版教材力学实验复习课为例，简要介绍课堂教学是如何组织实验复习课的，具体内容呈现如下.

1 组合实验室现有器材，如何培养科学思维

《物理课程标准》指出：科学探究是学生参与式的学习活动.要鼓励学生积极动手、动脑，通过自主的探究活动，学习物理概念和规律，体验到学科学的乐趣，了解科学方法，获取科学知识，逐步树立科学创新精神.帮助学生克服怕出错、怕麻烦等思想障碍，同时在学习比较困难的地方给予具体的指导，使学生能够比较顺利地参与科学探究活动.这样做可以让学生更多地体验到成功的愉悦，避免多次失败产生的消极心理影响[1].利用实验器材，将实验归类复习，一线串珠，通过归类提炼共同点，学生更容易掌握知识.这样既能减轻学生学习负担，又能培养学生学习兴趣，还能培养学生分析问题和解决问题能力，归纳出解决问题的方法.具体做法是以实验器材为中心，让学生边演示实验边解读，后出示对应的复习题.学生通过自创教学情境，对问题的理解更深刻，解决问题的手段更多，学习就会更轻松愉乐，复习效率更高，教学效果更明显.

案例1 以实验室器材为中心复习实验

教师给每组学生分组发放的实验器材有：弹簧测力计、带定滑轮的长木板、木块、小车、刻度尺、秒表、棉布、毛巾、钩码、海绵、细线.各小组讨论，利用这些器材能够设计哪些力学实验？并将你设计的实验内容展示出来.各小组经过讨论、交流、展示出探究实验的主题，经过对重复内容筛选，学生归纳出能够做的实验有7个，分别是：（1）测量平均速度;（2）探究“阻力对物体运动的影响”;（3）探究“动能大小与速度关系”;（4）探究“二力平衡的条件”;（5）探究“压力的作用效果与哪些因素有关”;（6）探究“影响滑动摩擦力大小的因素”;（7）探究“斜面的机械效率与哪些因素有关”.教师对学生的表现表示赞赏并提出表扬，并使用希沃授课助手软件，将7个实验主题展示在电子白板上.鼓励学生利用实验器材选择其中2个实验，大胆设计实验方案，迅速探究实验内容.教师巡视，对表现积极的小组提出表扬，督促表现不好的小组迅速行动起来.当小组交流7个实验内容后，教师分发呈现在导学案上的7道实验题目（以例题编序），内容依次如下.

例1 如图1，在“测平均速度”的实验中，为了便于测量____，应使斜面的倾角适当____（选填“大”或“小”）一些.让小车从斜面的A点由静止开始下滑，在C点放一个金属挡板的作用是.小车在斜面上做____（选填“匀速”或“变速”）运动.小车经过B、C点的时间如图所示，则AB段的路程sAB=cm.在实验中，为了方便计时，小车在AB段的平均速度为m/s.如果在某次测量中小车过了A点才停止计时，测得AC段的平均速度会偏.vAB=m/s、vBC=cm/s、vAC=m/s.三段路程的速度大小关系是：.小车在斜面上做直线运动（匀速、变速）.

例2 （2014·孝感）在探究“阻力对物体运动的影响”时，设计了如图2所示的斜面实验.小车滑行的距离如图所示：

（1）画出小车在斜面和水平面上所受到的力.

（2）为了使小车在滑到水平面时的初速度相同，在实验中应让同从同的同由静止开始滑下，刘伟采用的研究问题的方法是.

（3）从甲、乙、丙三次实验小车所停位置情况看，图中小车所受阻力最大.

（4）刘伟从实验推理可知，若水平面绝对光滑，则运动的小车会在水平面上做运动.

（5）当小车在水平木板表面上运动时，受到的一对平衡力是.（填选项前的字母）

A小车受到向前的惯性力和木板对小车的阻力

B小车受到的重力和小车对木板的压力

C小车受到的重力和木板对小车的支持力

（6）当小车从斜面顶端下滑到底端过程中，小车的重力势能转化为和内能.

（7）实验中可以看出，去掉木板上的棉布后，运动的小车所受的摩擦力减小，向前滑行的距离变大，小车所受摩擦力减小的原因是：.

（8）牛顿在前人研究成果的基础上，总结处牛顿第一定律，它的内容是：.

（9）在大量类似实验基础上，牛顿等科学家经过进一步推理而概括出了著名的牛顿第一定律.它是人们公认的物理学基本定律之一，在实际生活中有着广泛的应用.一架在空中水平向右匀速直线飞行的飞机上，自由落下了一颗炸弹.下列给出了几种炸弹落地前与飞机位置关系的情形，如图3所示请你认真分析后作出正确的选择：

①不计空气对炸弹的阻力，炸弹与飞机的位置关系为图;

②实际上，由于空气阻力的存在，炸弹与飞机的位置关系为图.

例3 图4是小丽探究“动能大小与速度关系”时的实验场景：斜面上有两平行轨道，将两小球①、②从轨道上由静止释放，与放置在水平木板上的两个相同木块①、②发生碰撞，两个木块初始位置到斜面底端的距离相等.

（1）为完成实验，应使两个质量的小球从轨道上高度由静止释放（均选填“相同”或“不同”）;

（2）由图4甲场景可知，碰撞木块前瞬间，小球的动能较大，两木块通过A B两点处所受的滑动摩擦力大小分别为fA、fB，则fAfB，滑行中，木块的动能转化成能;

（3）图4乙是某次实验的场景：将两小球从图中E、F处静止释放，最终木块①从水平木板的右端滑出，小丽用质量更大的木块③替换木块①后继续此次实验，将两小球仍从图中E、F处由静止释放，木块③未滑出木板，小丽的实验改进有一处遗漏，它是.

例4 小张用如图5所示的装置探究“二力平衡的条件”实验.

（1）当物体处于静止状态或状态时我们认为它受到的力是相互平衡的.

（2）把小车放在（选填“光滑”或“粗糙”）的水平桌面上，向两端完全相同的小盘里加砝码，当两盘砝码的质量相等时，小车处于静止状态.（不考虑滑轮的摩擦）

（3）实验时，晓贤发现当向左盘和右盘同时加入一个相等重量的砝码时，木块处于静止状态.此时木块在水平方向受到两个力的作用，这些力是平衡的.晓贤再把右盘中的砝码换成一个较重的砝码时，发现木块仍然处于静止状态，出现这种现象的原因是，这时木块在水平方向受到的力（填“平衡”或“不平衡”）.要避免这种现象产生，请你对该实验装置提出改进意见：.

（4）保持两盘砝码质量相等，把小车在水平桌面上一个角度，使拉力F1、F2不在同一直线上.放手后，小车转回来，当小车静止时，说明二力平衡的又一个条件是.

（5）由上述实验可得：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、，并且在同一直线上，这两个力就彼此平衡.

（6）实验中，定滑轮的作用是.

例5 如图6所示，是某兴趣小组在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”时设计的实验装置.长滑板放在紧靠竖直墙壁的水平实验桌上，弹簧测力计左端通过细绳连接金属物块P，右端固定在墙上.在水平外力F的作用下，将长滑板从物块P的底下水平向左抽出.

方案1：保持物块P对长滑板的压力不变，更换不同材料的长滑板，重复多次实验，得到的实验数据如表1;

方案2：保持长滑板的材料不变，在物块P的上表面增减砝码，重复多次实验，得到的实验数据如表2.

（1）弹簧测力计对物块P的拉力大小等于物块P受到的滑动摩擦力，理由;

（2）表1中当使用木块与金属做实验时，弹簧测力计的示数如图所示，则物块P所受到的滑动摩擦力为N;

（3）分析表1、表2中的实验数据，你能得到的结论是;

（4）在现实的生产与生活中，许多摩擦对我们是有用的，请你联系生活实际，试列举一个增大有用摩擦的实例，并说明是通过采取什么措施来增大摩擦的：.

例6 大家都知道坐沙发比坐板凳舒服，趙乐同学为了验证其中的道理，做了探究“压力的作用效果与哪些因素有关”的实验他将妈妈新买的四块相同的木块，一块平放、一块立放、两块叠放在相同的海绵上（如图7所示）.

（1）实验中，他通过观察海绵的凹陷程度来比较压力的作用效果.

（2）如果他想验证压力的作用效果与压力大小的关系，他应该选择两图进行比较，得到的结论是.他设计的实验如表3所示，请将表格补充完整.

（3）如果他想验证压力的作用效果与受力面积的关系，他应选择两图进行比较才能得出正确结论.

例7 小红在探究“斜面的机械效率与哪些因素有关”的活动中，提出了以下猜想：

A斜面的机械效率可能与物体的重力有关; B斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关.

为了验证自己的猜想，小红用木板搭成了如图8所示的装置进行探究，记录数据如表4所示：

（1）在实验过程中，应沿斜面向上拉动木块;

（2）在第②实验时，木块受到斜面的摩擦力是N;

（3）第①次实验中斜面的机械效率η=;

（4）对比实验①②的数据可以用来验证猜想，对比②③两次实验数据，可初步得出的结论是.

当学生完成学习任务后，再组织学生进行展示、质疑、释疑活动，然后由师生对展示的学生进行激励性评价，进一步调动学生学习主动性.

孔子曾说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”.当教师把实验器材分发给小组时，学生的眼睛顿时发光，立刻想用实验器材动手去探究实验.教师找到学生科学探究的兴奋点，充分激发学生的探究动机.接着，教师让学生选择实验器材设计实验，进一步调动学习的主动性和积极性、发挥学生的主动性，让学生在轻松愉快的氛围中学习，使物理复习课不再枯燥[2].当学生边实验边讲解实验过程时，教师留意到学生会用控制变量法和转换法来解决问题了.此时，他们已经将全部精力投入到课堂上来，教师只须借助精选习题，利用任务驱动和任务解决的方式，让学生巩固基础知识和基本技能，在对比学习中主动建构自己的知识体系.这种围绕实验器材为中心，结合学生亲身体验精编的实验习题，既让学生能够理解题意，又全面考查学生对控制变量法和转换法的正确使用，有效地提高了课堂效率.而以科学方法为统领的实验课教学复习策略，既培养了学生的科学思想，又使学生的科学探究能力得到最大程度地发展，培养了学生的核心素养.

2 组建低成本实验器材，进一步提升学生思维品质

《物理课程标准》指出：使用身边随手可得的物品进行探究活动和各种物理实验，可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，感受到科学和社会、科学和日常生活的关系.不能把低成本实验仅仅看作解决设备不足问题的权宜之计[1].在实验室现有的实验器材上添加一些身边物品，变为低成本实验器材，可以完成许多《物理课程标准》规定的实验.我们只需在实验室内现有器材，如：托盘天平（含砝码）、弹簧测力计、细线、量筒、溢水杯、烧杯，只需橡皮泥和塑料方便袋（重力近似为0），能设计出许多与力学有关的开放性实验.

案例2 以低成本器材为中心设计开放性实验

教师给每组学生分组发放的实验器材有：托盘天平（含砝码）、弹簧测力计、细线、量筒、烧杯、水、橡皮泥和塑料方便袋.各小组讨论，利用这些器材能够设计哪些力学实验？并将你设计的实验内容展示出来.各小组经过讨论、交流、展示出探究实验的主题，经过对重复内容筛选，学生归纳出能够做的实验有3个，分别是：（1）测量橡皮泥的密度实验;（2）探究浮力的大小与哪些因素有关实验;（3）探究阿基米德原理实验.教师对学生的表现表示赞赏并提出表扬，激励学生设计实验方案，利用实验器材完成實验任务.各小组经过齐心协力，将设计实验方案展示如下.

例1 测量橡皮泥的密度实验

实验方案1：

实验器材：弹簧测力计、细线、一大烧杯水.

实验步骤：（1）用细线系住橡皮泥，挂在弹簧测力计的挂钩上测量出橡皮泥的重力G;

（2）将橡皮泥完全浸没在水中读出此时弹簧秤的读数F;

（3）橡皮泥密度的表达式ρ=ρ水GG-F.

实验方案2：

实验器材：量筒、水.

实验步骤：（1）在量筒里倒入适量的水记下水的体积V1;

（2）将橡皮泥用手捏成小船，让其漂浮在量筒中的水面上记下水面达到的刻度V2;

（3）将橡皮泥沉入水中，记下水和橡皮泥的总体积V3;

（4）橡皮泥密度的表达式ρ=ρ水（V2-V1）V3-V1.

实验方案3：

实验器材：托盘天平（含砝码）、烧杯水.

实验步骤：（1）用调好了的天平称出橡皮泥的质量为m1;

（2）出盛满水的烧杯的总质量m2;

（3）把这块橡皮泥慢慢放入装满水的烧杯中，再称出它们的总质量m3;

（4）橡皮泥密度的表达式ρ=ρ水m1m1+m2-m3.

例2 探究浮力的大小与哪些因素有关实验

实验方案：

A用细线系住橡皮泥并挂在弹簧测力计下，读出弹簧测力计的示数是05N ;

B向烧杯中倒入适量的水;

C将弹簧测力计下的橡皮泥部分浸入水中，读出弹簧测力计的示数是03N;

D将弹簧测力计下的橡皮泥完全浸入水中，读出弹簧测力计的示数是02N.

（1）小明通过分析，得出浮力大小与物体浸入液体中体积的关系是.

（2）增加将弹簧测力计下的橡皮泥完全浸入水中，增加橡皮泥在水中的深度，还可以探究 “浮力大小是否与物体浸没在液体中的深度有关呢？”

例3 探究阿基米德原理实验

学生讨论说出F浮和 G排的测量方法.设计出实验方案和实验用表格（如表5所示）.并讨论了实验应该注意的事项：1溢水杯要加满水;2橡皮泥不能和杯壁接触;3增加橡皮泥的质量，多次实验;4比较浮力和排开水的重力.

本环节的教学，将实验室中的实验器材与橡皮泥和塑料方便袋组建在一起，开发出低成本实验器材.利用小组合作集体的智慧，将实验与教材内容相结合，以橡皮泥为中心，学生运用发散思维，设计出密度的测量、探究浮力的大小与哪些因素有关和阿基米德原理实验方案，对初中物理所学的力学实验进行整合.这种开放性实验设计，将学生完全放在了学习的主导地位，让他们在物理实验中不断地产生、发现、探索新的目标和知识，通过动手、动脑完成积极主动的创造过程，时刻保持着对物理的新鲜感，并因此产生源源不断的学生动力，为将来更好地学习和进行社会实践打下良好的基础[3].

3 结束语

总之，复习实验的目的就是在老师的引导下，以实验器材为中心，充分发挥学生的主体作用，拓展学生的思维空间，让学生再次对实验进行体验，并主动对相关的实验内容进行整合，从而增大课堂容量，提高课堂教学效率.经过学生对物理知识及科学素养进行系统的巩固、梳理，形成知识网络，促使学生更高层次的思维活动，从“知识为本”转向“知识构建”“观念构建”“方法构建”和“素养构建”， 进而形成更高的科学素养，具有较强的运用知识解决问题的能力[4].

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部义务教育物理课程标准（实验）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]义务教育学科核心素养与关键能力研究项目组义务教育学科核心素养·关键能力 测评与教学 初中物理[M]. 江苏：江苏凤凰科学技术出版社，2018.

[3]郭玉良初中物理开放性实验设计[J].考试周刊，2012（72）：156.

[4]胡旭东基于深度学习的中考复习课教学策略[J].理科考试研究，2018，25（22）：44-47.

（收稿日期：2019-08-25）