基于“非常规”物理实验的概念“进阶”教学探讨①——以“汽化”教学为例

杨茹羽 张 伟

(1.内蒙古师范大学物理与电子信息学院，内蒙古 呼和浩特 010022；2.内蒙古师范大学附属中学，内蒙古 呼和浩特 010022)

1 初中物理概念教学中存在的问题

“进阶”是从低级逐渐发展为高级或是在原有的基础上不断完善的过程，学生物理概念的“进阶”是学生对物理概念的认知程度逐步加深、认知体系不断完善的过程。

在实际教学中，部分教师偏向于采取“注入式”教学，直接将物理概念“塞”给学生，而不太重视学生概念“进阶”的过程。主要表现在不重视对学生的前概念进行纠正或完善、不重视学生对物理概念的深入理解，容易导致学生对所学内容“消化不良”，不利于学生认知的发展，影响学生概念的正确建构。

2 概念界定

2.1 物理概念“进阶”

在物理概念学习的过程中，存在着多个前后知识间的递进和发展，一系列递进、发展就构成了物理概念的学习“进阶”路径，物理概念“进阶”的发展模型如表1所示。

表1

2.2 “非常规”物理实验教学

“非常规”物理实验是选择和利用生活中“非专门化”的物质手段而实施的观察与探索物理规律的实验活动。基于“非常规”物理实验所开展的教学活动叫作“非常规”物理实验教学，“非常规”物理实验教学具有紧密联系生活、互动性强、教学形式灵活多变等特点，通过物理实验将学生与真实的生活环境联系在一起，使物理教学走向现实生活，关注学生的精神生活和生命体验，从而唤起学生原有的认知与生活体验，帮助学生构建认知体系。

3 “非常规”物理实验与概念“进阶”的关系

物理概念“进阶”是学生逐步完善物理概念认知体系的过程，在这一过程中学习者需要对物理概念具有科学准确的认知。为了促进学生的物理概念“进阶”，需帮助学生转变或改善对物理概念基于经验的前认知，引导学生自主建构物理概念，帮助学生建构物理概念认知体系。“非常规”物理实验是促进学生物理概念“进阶”的有效教学手段。

3.1 “非常规”物理实验可促进物理概念“进阶”的发生

“非常规”物理实验强调生活与物理的有机联系，利用生活化的物理实验资源开展物理教学，将物理内容与学生熟悉的生活结合在一起，给学生以亲切感，有利于激发学生主动学习的欲望和物理概念“进阶”的发生。

3.2 “非常规”物理实验有助于学生科学地认识物理概念

“非常规”物理实验注重从生活经验中发现物理现象和建立物理模型，拉近了物理与生活之间的距离。在课堂中开展“非常规”物理实验，能较全面地关注到学生的原有经验，帮助学生建立物理概念与原有经验之间的联系，使学生转变错误的前概念，帮助学生对物理概念建立准确、科学的认识。

3.3 “非常规”物理实验有助于学生对物理概念的深入理解

“非常规”物理实验具有仪器简便、原理直观、现象明显的特点，在初中课堂上开展“非常规”物理实验，方便学生近距离观察实验现象。初中生的思维处于形象思维向抽象思维转化的过渡期，他们的思维以形象思维为主，对直观现象比较感兴趣，喜欢观察和动手，但欠缺对问题深入的思考及理性的思维。“非常规”物理实验现象的呈现与思维相互碰撞，符合初中学生的认知特点。同时，注重感受的“非常规”物理实验将学生置于可触碰的物理情境中，有利于学生深入理解物理概念，尤其对一些抽象且对学生认知发展尤为重要的物理概念的理解特别有效。

3.4 “非常规”物理实验有助于学生建立物理概念之间的关联

“非常规”物理实验教学鼓励学生自主进行实验，在实验的过程中，由于“非常规”物理实验操作灵活，一材多用、一实验多模式是常有之事，而同种器材用于不同的实验可引发学生对相关概念的联系进行思考，利用不同的实验设计进行同一实验能促进学生对物理概念进行全面的建构，因此，“非常规”物理实验有利于学生建立物理概念的完整认知。

3.5 “非常规”物理实验可帮助学生保持学习兴趣

“非常规”物理实验利用身边器具做实验，这种利用方式新颖、表现形式多样，较容易引起学生的好奇心，进而激发学生学习的兴趣，学生概念“进阶”的过程是长期的，这种趣味性在这一过程中可保持学生持续的专注力，促进学生概念“进阶”的有效进行。

4 基于“非常规”物理实验的概念“进阶”教学模型

物理概念“进阶”的过程是学生对物理概念的认知逐渐趋于完善、建立物理概念认知的思维方式逐渐成熟的过程，为了有效地开展学生物理概念“进阶”的教学，结合对核心概念“学习进阶”的复杂度层级模型的理解，笔者提出了基于“非常规”物理实验促进物理概念“进阶”的教学模型(图1)。

图1

5 教学案例分析

笔者以人教版物理“汽化”教学为例，展示基于“非常规”物理实验促进概念“进阶”的教学实践。

5.1 创设真实的物理情境，联结物理概念和原有经验

如图2所示，教师将一个生鸡蛋放进透明茶壶中煮，等水开了之后用夹子取出鸡蛋，学生会观察到鸡蛋外壳上有水。继续加热，让学生观察茶壶中的水，在水沸腾的过程中，壶中各处水的汽化都非常剧烈且不断有气泡产生，如果在壶嘴处放一张卫生纸会湿透；再观察蛋壳，会发现这时蛋壳已变干。

图2

评析：教师将烧开水、煮鸡蛋这两个常见的情景呈现于课堂中，直观呈现“水如何沸腾”以及“鸡蛋壳怎么干了”等现象，为学生的物理学习创设了一个真实的问题情境，学生的经验和思考往往来源于此，这种直观性能帮助学生建立概念与经验之间的映射与联结，有利于学生建立对物理概念的科学认识。

5.2 设计感官体验型实验，显化物理概念的多种特征

将医用酒精涂在学生手背上，让学生观察酒精状态变化的同时感受手背的感觉。

在此基础上，进一步让学生分别在手背和桌面上面积相等处涂酒精、在手背上滴一滴和涂一片酒精、在手背上涂酒精并且用嘴吹，观察酒精蒸发的快慢情况，由此总结出影响蒸发快慢的因素。

评析：学生通过手背感受“蒸发”过程，将“蒸发吸热制冷”这一特征直接反馈给感觉神经，获得了直接经验以及感性认识，有利于学生建立“汽化”这一概念与其外化的具体特征之间的关联；利用直观感受自主探究影响蒸发快慢的因素，促进了学生对“蒸发”概念的自主建构，也加深了学生对“汽化”概念的理解。

5.3 组织学生动手实验，促进物理概念的完整认知

安排学生分小组合作，探究水在沸腾过程中温度的变化规律，实验装置如图3所示，在探究过程中注意观察水沸腾现象，观测此过程中水的温度随时间变化的情况，当水温达到95℃时每隔30s记录一次水的温度。结合观察到的现象讨论：在沸腾过程中水中的气泡如何变化？水的温度如何变化？画出水的温度随时间变化的图像。关闭酒精炉的阀门，观察水是否会继续沸腾、观测水温，讨论并总结出水沸腾的条件。

图3

评析：在小组合作中明确分工，探究水沸腾时温度的变化规律，所用到的实验器材源于生活，容易操作，学生比较熟悉，会全身心地投入到实验中。实验过程中学生亲自动手操作，仔细观察现象，适时进行交流、讨论，自主建构物理概念，小组成员相互启发，能有效促进其物理概念的完整认知。