初中物理实验创新的形式与内涵探究

吴建兵

实验创新正日益成为当前初中物理教学的一个重要研究热点，一个重要的原因就是在以生为本的教育背景之下，在面对核心素养培育需要的背景下，物理教学已经不能再满足于纯粹的知识讲授，不能再满足于应试教育的需要。实际上，实验创新并不是今天才提出来的，可以说从物理成为一门学科开始，实验创新就伴随着物理教学而不断发展。只是在不同的背景下，实验创新也有着不同的含义，传统的实验创新包括多个领域，包括实验教学理念的创新，实验技术的创新，实验评价的创新等，在诸多创新中，又以实验技术创新最被教师所关注，因为实验技术的创新往往能够让教师耳目一新，也能够吸引学生的注意力。但是，如果太多的追求实验技术的创新而忽视了实验创新的内涵，那实验创新就很容易流于形式，更大的风险则在于忽视了学生建构知识的需要。因而笔者以为，初中物理实验创新，更多的要关注形式与内涵的共同创新，下面从三个方面加以阐述。

一、初中物理实验创新的目的与现状

初中物理实验创新，容易陷入目的与过程纠缠的状态，很多时候容易为了形式创新而忽视了实验创新的目的。因此实验创新要思考的第一个问题就是：对于初中物理教学而言，实验创新的目的是什么？不妨来看一个实验创新的例子：

在“大气压强”的教学中，通常会设计这样的一些实验：用小吸盘做的“马德堡半球实验”，生活中的小吸盘挂钩实验，用吸管吸饮料的实验，覆杯实验，瓶子吞鸡蛋实验等。通常情况下，这些实验都是由教师向学生演示的。后来的一些改进措施则是将演示实验变成学生实验，由于这样的实验与传统的学生实验的测量、测定不同，其更多的是让学生通过亲自动手，来获得一种体验过程，从而建立起对实验现象的感性认识。这实际上也是一种“创新”思路，对应着实验组织形式的创新。

这是近年来尤其是课程改革以来最常见的实验创新形式，其目的是什么？笔者以为不是为了创新本身，而是为了激活与释放学生在物理学习过程中的主体作用，让学生能够在实验（体验）的过程中，更自主地观察实验现象、得出并理解实验结论。需要注意的是，如果忽视了这个目的，那创新就会变味。例如有教师搜集了能够证实大气存在压强的许多实验，然后在实验室准备了许多器材，让学生逐个去完成这些实验。这样的课堂看起来热热闹闹，但是学生的思维加工效率其实非常低，因为太多的实验必然让学生的思维走向重复，而重复必然降低效率。坦率地讲，这正是当前许多实验创新的现状。

笔者以为，实验创新首先要关注创新的目的，而实验创新的目的，应当是为了激发学生的学习动力与兴趣，让学生高效加工实验过程与现象进而得出实验结论。明确了目的之后，还要关注实验创新的过程，从过程的角度来看，实验的创新主要应突出实验的过程教学，因为过程教学是物理现象和实验结论之间的纽带，只有搞清楚了过程，才有得出正確结论的基础。

总的来说，实验创新需要不忘“初心”——实验创新的目的是为了让实验以更新颖的形式、更简洁的过程吸引学生，不辱“使命”——实验创新促进学生的知识建构与运用。只有这样才能让实验创新发挥真正作用。

二、技术创新是物理实验创新的必然

其实，对于初中生的物理学习而言，实验创新很大程度上体现为形式创新。因为初中物理知识的描述是相对固定的，而如何理解这些知识，需要的是实验的支撑。因此除了实验组织形式的创新之外，实验技术的创新也不可忽视。研究表明，以“做中学”和“学中做”理念，运用通用技术课程的理念、方法、技能，进行物理实验教具（或实验装置）技术的创新，是培养学生创新精神和实践能力、提高学生技术素养的一种有效途径。

例如，在“探究声音的传播条件”这一实验中，“玻璃钟罩”实验是最为经典的实验之一。众所周知，这个实验的思想是实验基础上运用逻辑推理，得出“真空不能传声”的结论的，而之所以要运用逻辑推理，一个重要原因就是玻璃钟罩内的空气无法真正全部抽完，因而得不到真正的真空;同时，另外一个原因就是钟罩内的声源置于底座之上，其必然会导致声音通过钟罩向外传播。

分析可知，凭初中物理实验的条件，没有真正能够抽空玻璃钟罩内空气的装置（实际上真空度与真正的真空相差还是比较大的），但如果能够采取创新的思路，将玻璃钟罩底部传声这个因素消除掉，那在运用实验基础上进行逻辑推理的方法时，学生将会更加有兴趣。那么，如何使得声源与底座之间隔开呢？梳理相关创新手段，可以发现这样的一些思路：

创新思路一：用隔音棉垫在声源下面，阻隔声音从此处传播的路径。

创新思路二：用棉线及胶带，将声源悬挂在钟罩内，这样与钟罩接触的只有一根棉线，虽然理论上仍然有传声的效果，但影响已经非常小了。

创新思路三：用“磁悬浮”的方法，在底座与声源之上，分别安装磁悬浮装置（不是简单的两块磁铁，网上可邮购一些磁悬浮的工艺品），从而实现声源与底座之间的完全隔离。

相比较而言，创新思路三能够让学生的观感比较直接，学生的思维可以不再受声源与底座接触而产生的干扰，这样在实验现象的基础上进行推理的时候，思路会更加清晰，学生对自己的推理结果也更加相信。由此判断，从实验技术创新的角度来看创新思路三，该思路的最大特点，不只在于“磁悬浮”技术的应用，而在于简化学生的思维，让学生的逻辑推理的基础更纯粹。类似于此的，还有这样的一个实验创新案例：

在“探究动能的大小与哪些因素有关”实验中，用控制变量法设计实验是一个重点。在教学中通常教师会让学生去设计实验，以体现学生学习的自主性。在控制质量不变而改变速度的时候，常规的思路是用同一个物体A从不同高度滑下来去撞击物体B，然后看B在同样的水平面上运动的距离，来判断A物体动能的大小。笔者在让学生设计实验的时候，学生刚开始的思路比较乱，后来通过引导，学生发现设计实验的过程，实际上就可以理解为在传统基础上进行实验创新的过程，只要抓住本实验的实质——控制m或v不变，去改变v或m，如果所用的更为巧妙，那控制变量、改变变量就会比较新颖，这实际上就是创新的关键。

实际上有一个学生的设计就比较巧妙：在桌面上准备两个玻璃弹球，然后准备一把直尺。当用尺“平动”着将两个质量不同的弹球推出去时，就可以研究动能大小与质量的关系;而如果用尺“转动”着将两个质量的弹球推出去时，就可以研究动能大小与速度的关系。在这样的实验创新中，没有新颖的器材，没有眩目的操作，一个简单的平动保证了速度相同，一个简单的转动保证了速度不同，这样的控制变量对于学生的理解而言，没有任何的难度，这显然有助于学生的思维高效加工实验现象，从而认识到动能大小与哪些因素有关。尤其值得赞赏的是，这样的思路来自于学生，也就是说这样的一个实验实际上学生实验创新的成果，这显然是意义非凡的。

三、物理实验创新必须关注实验内涵

其实在上面的案例分析中，已经明确了一个观点，那就是初中物理实验创新，在追求实验技术又或者是实验形式创新的时候，是不能忽视实验内涵的。如果说实验技术的创新更多的是保证实验有创新的形式，能够更好地吸引学生的注意力之外，那对实验内涵的关注，则是实验创新的源泉。

例如，在上面的实验创新案例中，无论是“探究声音传播的条件”，还是“探究动能大小与哪些因素有关”，都紧扣了“声音传播过程中的介质”与“控制影响动能大小的质量与速度因素”两个本质，而只要扣住了本质，那在寻找更好的实验技术的时候，也就不会偏离实验的方向，这样的创新过程无论是对于教师而言，还是对于学生而言，都是对创新实验内涵的一种理解。

其实，在初中物理实验中，好多实验都可以通过实验内涵分析的方法，抓住实验内涵，再改变实验形式，从而就可以实现实验的创新。对于初中物理而言，这可能是最为有效的实验创新思路了。

此外，实验的内涵还在于“做”，在中学物理实验教学过程中，应确定以实验为基础，用实验来激发学生的实验兴趣，发挥学生参与教学的主动性和积极性，培养学生操作实验、设计实验的实践能力和创造能力。做是一种动手动脑的綜合性体验过程，在体验的过程中，学生的思维会被激活，学生的思维会围绕实验现象而进行精细加工，于是实验现象与实验结论之间，就可以得到一个较好的匹配，这显然是有利于学生建构物理知识的。

当然，好的实验创新应当是技术创新与内涵坚守的结合，技术创新支撑下的物理创新实验，坚守着实验的内涵不变，这实际上就形成了一种变式教学的思路，在此基础上，物理实验创新还要立足于做、着重于思、着眼于疑、着力于放，从其实践性、启发性、探索性、自主性等方面促进学生手脑的有机结合，这样实验创新就能够较好地融入到学科教学中去，所创新的实验也就能够与日常的教学结合在一起，从而就能够起到创新实验促进物理教学创新的作用。

总之，初中物理实验需要创新，物理教师建立创新实验的思想，通过创新实验推动创新教学，从而实现学生的高效学习与教师的专业成长。在核心素养的视角下，这可能是初中物理教学的可持续发展的途径。

基金项目：江苏省江阴市教育科研专项资金项目——指向“学科素养”培育的物理课堂转型（JY2019C02）阶段性成果之一