浅谈物理课堂中的实验教学

程彬

摘   要：从2019版《义务教育物理课程标准》修订精神入手，从物理学科特点分析，从学生的思维特征和发现事物本质规律上总结，得出了物理教学中的实验教学的必要性。从自身的教学特点和当地学情角度上，通过实践总结出了教学开展的五条方针。并选取代表性的幾个教学案例加以说明，这几个案例中，有的是利用生活中寻常物品进行的实验探究，有的是采用自制教学仪器的方式等。最后是对教学改进的经验总结。

关键词：教改;实验;探究;学习;引导;观察

2019版《义务教育物理课程标准》修订的解读中，强调对课程功能、课程结构、课程内容、课程实施、课程评价以及课程管理的改革。《义务教育物理课程标准》中特别指出：“面向全体学生，提高学生的科学素养，从生活走向物理，从物理走向社会，注重学科渗透，关心科技发展，提倡学习方式的多样性，注重科学探究，注重评价改革导向，促进学生发展[ 1 ]。”课标修订的教学建议中特别提出了“重视科学探究式教学，充分发挥实验在教学中的作用，注重落实三维课程目标，加强物理学与生产、生活的联系[ 2 ]。”这些精神改变课堂中过于注重知识传授的倾向，强调了形成积极主动的学习态度，从而获得基础知识与基本技能的能力，同时引导学生学会学习并形成正确价值观。在深入学习了《纲要》精神和《课标》理论之后，反复思考课改下的物理教学模式，同时深入了解学生的素质状况和学习能力评估之后，结合笔者的教学特点，对日常的物理教学作了相关的调整。特别注重了变“被动、机械化”学习为“主动、灵活、创造性地学习”。经过一段时间的实验亲历和不断地改进，发现学生在物理课堂上，普遍兴趣浓厚，学习积极性、自主性，以及合作度进一步增强。而且学习的应用能力，学以致用的理念得以良好地贯彻。

反观物理学科的本身，它是一门十分注重实验的科学。实验的功能是搜集证据的主要途径。实验是科学家根据研究目的，使用科学仪器，在有意识地控制自然过程中的条件，模拟自然现象，突出主要因素，在特定的条件下去探索客观规律，从而认识客观世界的一种认识方法。实验方法不仅是科学研究的重要手段，而且是科学发展的直接基础，推动和检验着自然科学的发展。正如诺贝尔物理学获奖者费曼所说：“如果想要发现什么东西，就去细致地做一些实验，这要比冗长的哲学争辩好得多”。整个物理学史可以说是整部实验史，因此实验教学是物理课堂中一种重要的教学手段[ 3 ]。

从人的思维特征和发现事物本质规律上看，针对实验探究的教学模式，有一位美国学者“艾伦.柯林斯”说过：“这是一种费时的教学，但如果我们的目标是培养学生能创造性地解决问题和发现理论，那么这是我们所拥有的唯一方法。学生如想有效掌握知识以及了解基本的物理思维，还有什么比会积极参与探究更好呢？”教育家约塞夫. 施瓦布认为：科学应该被视为概念的结构，这个结构有可能因发现新的证据而被修改，科学教育应通过探究活动学习科学知识。为了实现这种转变，施瓦布建议教师首先着眼于实验，在知识传授之前而不是之后，利用实验来引导学生学习[ 2 ]。

通过以上三个方面的学习之后，笔者加强了课堂实验教学，着重把握好以下几点：

（1）深入学习教材和教学用书，领会教材，教参精神，夯实坚固的专业理论知识，理清整个章节的知识脉络。注重章节之间的知识衔接。及时了解当今物理学的前沿科技，提取对教学有用的信息。

（2）重视课堂的教学设计，特别是对实验导出理论的教学过程，注重把握学生的学习特点，学习规律，有效地设计课堂教学活动。

（3）注重实验环节的创新，在有可能的情况下，变演示实验为学生实验，尽可能发动学生采用身边一些简单的物品进行实验，使实验贴近生活。让高深的物理知识在日常的生活中得以诠释，使物理亲近于生活，从而让学生学会日常的观察，日常的积累，并能很好地贯彻学以致用的精神，让物理生活化，趣味化。

（4）加强学生课余兴趣的培养，要求学生在家中完成“迷你实验室”的小实验，或布置预习作业，让学生在家中，寻找相关的较为简易安全的实验器材，进行实验，并作为新课课堂的实验汇报。

（5）在实验结束后，重视实验过程中问题的剖析和实验结论的引出。善于发现学生实验过程暴露的问题，注重总结实验的结论，避免落于“空热闹”一场的局面，从而造成实验无目的、无计划、无原则现象。

以下是笔者设计的若干节实验教学课，有的是利用生活中寻常物品进行的实验探究，有的是采用自制教学仪器的方式等。

1  利用生活中寻常物品进行的实验探究示例：液体的压强探究课程设计

（1）学生准备

①预习课本知识，找出你最想了解的关于液体压强的哪些知识。

②要求每小组携带一枚图钉，医用手套（即薄橡胶手套）、普通的矿泉水瓶

（2）实验室准备

压强计、大烧杯、水、硫酸铜溶液、连通器、铁架台、烧杯支架

（3）课堂设计以及效果回顾

①新课引入环节

以学生活动作为新课引入的方式。戴上医用橡胶手套，再将手套反手脱下，此时五个指头的橡皮会缩在手套内，此时无需将缩入的橡皮指头拉出，将手套的入口张开，用夹子将手套口朝上，固定在铁架台烧杯支架的圆铁圈上，像一个张口的袋子，要求学生先观察指头的高低位置后，再用烧杯加水注入到手套内，此刻手套的5个指头在水的压力作用下会分别弹出，而且位置较低的“指头”会先弹出。此现象十分有趣，特别是一个个的水指头的弹出，即形象又生动，很能反映液体压强的存在，而且指头先后弹出亦可说明液体压强与深度有关，该实验既方便又形象，让学生有过目不忘的功效。若时间偏紧，亦可演示，效果也好。

②进行液体压强特点的猜想环节

参看图片和背景资料，猜想液体压强随深度的增加而增大，以及与液体密度有关可能因素之后，要求学生针对液体压强与深度有关猜测，采用所携带的矿泉水瓶、图钉，设计一个能够证明此猜想的实验。这个环节学生想法是五花八门，有的是将图钉扔入装有水的矿泉水瓶中，有的说将矿泉水瓶置于图钉之上，再加入不等深的水之后，观察瓶底是否扎破，有的学生是在侧壁扎上眼，但随意扎，还有的是比较有计划的，他会在矿泉水侧壁的不同深度处分别扎上孔，然后用一胶带封上，再注入水。对于学生的各种方案，正确的肯定，错误的除了纠正之外，更多的是要鼓励，以期调动学生的学习热情。这些实验设计的取材是廉价的生活用品，有时是废品，这既可以培养学生的节约利用资源，又可起到实验示范的作用，真是一举两得。

③进行液体压强的实验探究环节

A.着重介绍新的仪器—压强计，在这个环节中，让学生多动手亲身体验，否则光靠想像则觉得抽象。通过学生用不同的力挤压金属盒的橡皮膜观察发现U形管两侧出现高度差，并体验到用力较大时，U形管两侧高度差越大，并教会他们如何读出高度差。

B.按步骤进行实验，在分析液体密度对液体压强的影响的环节中，以往的教学安排的是用水和盐水进行对比实验，本人发现盐水的密度与水的密度差别不大，实验现象不够明显，我配制的是硫酸铜溶液。这个环节的实验因为要配制硫酸铜溶液的缘故，采用个别小组进行实验探究，主要是采用他们的有效数据进行对比分析。整套实验完成后，本人会重点评述实验中学生数据之间的一些差异，以及分析其差异产生的原因，以改进学生的实验方法。

C.帕斯卡原理的探究实验环节

仍用之前所说过的橡皮手套，将它注满水，开口扎紧，分别邀请几名学生通过握“水手套”的实验（即双方都握住手套的一侧，一方用力，另一方感受其握力）。这个实验十分有趣，极好地反映了加在密闭液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递，使得这个原本教材中通过一段文字论述变为具体的感受，充分使学生体会到了液体对压强的传递。

这节课的课堂处理上，主要是在课程导入和液体压强特点以及帕斯卡原理探究上，采用了新的实验方法和教学方法之后，明显增强了学生的学习兴趣，课后反映是，这节课不仅有趣、生动、还很有用。在之后的跟踪评估中发现有用此套教学方法的班级对这块知识的掌握明显较之其它未用此套教学方法的班级好。

关于浮力章节的教学中，也采用了诸如用吸管和橡皮泥，保鲜膜，自制密度计，由于增加了保鲜膜的包裹，密度计的橡皮泥不因泡水而粘滞，有效地延长了其使用的期限。同时还指导学生利用气球和一次性筷子，自制一个外面包裹着橡皮的小型的立方体，用于观察液体内部的各个方向的压强，并以此来说明浮力的产生是由于上下表面的压力差。同时还组织学生在课余时间，利用小药瓶自制小型潜艇。

在声学的教学中，指导学生利用了吸管和棉签制成可调音调小哨子。利用橡皮筋制作小吉它等。一切材料取自于生活用品，节能环保。

再如，凸透镜成像规律探究中，很多学生不能很好体会什么是凸透镜，笔者会要求学生从家中带来一个圆柱形透明的玻璃杯，课前要求他们先蓄水，先触摸圆柱形的玻璃杯，感受直径部分的宽度和侧边宽度不同，从而触觉上体会什么叫凸透镜中间厚边缘薄的，再指导学生眼睛透过装有水的玻璃杯来观察竖直放置的一把笔，近处放置，远处放置，观察成像不同。同时特别强调将笔竖直放置时成像为什么不会上下倒置，但是水平放置时会左右颠倒，通过这两个现象强烈比较，发现不同成像规律，同时加深对凸透镜的认识深度，从而感受到凸透镜成像的魅力。通过实验学生会对现象开始进行思考，调动学生浓厚的探索的愿望，在此之后再安排凸透镜成像光具座进行实验，更加严谨地调用数据分析成像规律。

2  采用自制学生分组实验仪器的教学实况记录

在长期进行的“光学”教学过程中，发现光的反射的实验很难进行，如果是教师演示，又常常需要学生助手的协作，但台上人一多，对实验的可视性造成了干扰。如能让学生用实验器材，几个人为一小组实验，近距离观察，再通过作图、分析，达到的效果一定会比教师演示效果好。但目前实验室中配备的器材是不宜进行光的反射的研究的。首先，我校实验室中通用的是一种叫光学实验盒的装置，此装置最大的问题是，它的光屏是一片较薄的白塑料，不可翻折，无法有效地分析光的反射三线同平面的知识。其二是它的表面不宜作图。为了解决这个问题，我采用了多种方法，经过大量的器材选用，对比之后发现木材作为光屏易形变，且不好长期保存;钢材作为光屏除了不易切割之外，而且造价偏高。最后用厚为4mm左右的毛玻璃，并将它们切割成长、宽都为30mm的玻璃块。一个完整的光屏由两块该尺寸的的玻璃块组成，在其正反面粘上白色塑膜，即可制成一个可翻折的光屏，再请铝合金加工店造一边长为3cm，高为1cm的直角支架，将光屏的其中一面固定于支架上，底部配一面普通的平面镜作为反射面。而光源采用的市面上销售的一种名叫“激光笔”的玩具光源，此光源呈红光，光线集中，可视性好。辅助上铅笔、直尺、量角器，就可以进行光的反射规律和光的折射规律的研究实验，这套器材解决了学生的探究实验活动。以往在光的反射规律探究中，对于法线，老师通常是受器材之限，很难说清楚，只是介绍入射光线和反射光线的中间且与镜面垂直的直线为法线。笔者教材中对于法线的引入都处理得比较含糊，实际法线何其重要，它的引入能有效展示了入射光线和反射光线共同所在的平面。通过学生的动手操作，从练习承接入射光线开始到如何寻找到反射光线开始认识起，通过调整光屏与反射面两个面之间的位置，发现要在光屏上同时呈现入射光线和反射光线，此光屏就必须与反射面垂直，从而法线就容易确定出来了。以往此课的教学，课堂沉闷，枯燥，台上老师为了学生较直观看到实验现象，真是急得满头大汗，而台下学生由于无法参与，他们倒是一幅漠然的姿态，最后造成学生的机械式地记忆，缺乏一个良好的认知过程。这样处理之后，学生和老师互动，而且发现有些后进生注意力有效得以集中，还发表了不少精妙的看法。使整个班级学习氛围能有很大的提升。

以上是笔者教学过程中的一部分教学仪器的改进和课堂实验方式的改进实例，这些实验设计仍有待改进。在连续几年的实验教改的实践中，以往学生“知识等老师教，思路由老师引，方法仿老师做”的依赖性的被动学习的习惯有了很大的改变，在目前的学习探究中，有了竞争意识和创新意识，有了主人翁的学习态度。但笔者并不赞成一种看法是：节节都是实验探究课，每个知识点都由学生自主探究得出。因为，物理学所包涵的知识面之广，是无法细细陈述的。教学中主要是教会学生一种思维的方式，如果两种知识的教学过程中，所牵涉的物理思维和方法是类似的时候，主要是选择比较有代表性一个知识点作为重点实验探究，其它则无需过多地采用类似的探究手段，否则必会造成教学时间的紧迫性。有时教师在設计一节探究课时，因投入大量的先期准备工作，反而忽视了其它的教学环节，如学情的变化。造成了拘泥于事先的教学模式，从而使课堂陷入了形而上学的怪圈。故如何把握这个度是需要思考的和继续探索的。今后将沿着探索之路，不断深化教改精神，努力营造良好的教学氛围，为物理的教育工作尽微薄之力。

参考文献：

[1]姚晓.2019版初中物理课程标准修订解读[EB/OL].百度文库，2019：1-39.

[2]物理课程标准研制组.走进课堂—初中物理新课程案例与评析[J].北京：高等教育出版社，2004：1-39.

[3]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.物理教学参考[M].上海：上海科学技术出版社，2019.