基于科学观念建构的物理实验设计

李国坤

摘要：物理是一门以实验为基础的学科。实验教学可以直观展示实验现象和规律，以实践论证能够更好得出结论，以层进式探究能够引导疑问推理，以形象的实验演示便于建立物理模型，从而帮助学生构建起科学观念，培养科学思维能力。

关键词：科学观念;物理实验设计

科学观念是以科学角度思考生活问题，探讨和研究物理现象的内在规律及相互关系。科学观念主要包括实践论证、疑问推理以及模型建立。初中物理是一门以实验为基础的学科，实验作为物理教学中的重要科学探究手段，对学生学好物理起着至关重要的作用。

一、以实验进行实践论证，建构科学观念

实践是检验真理的唯一标准。物理课堂教学过程中，凡是能采用实验证明的，绝对不能口头讲述，甚至以动画和视频替代。只有让学生身临其境的进行实践论证，才会有强烈的视觉冲击和深度体验，才能够完成科学观念的建构。

案例一：《光的反射定律》的实践论证过程

在探究光的反射定律时，如何归纳出反射光线、入射光线和法线在同一平面内这一个规律是这节课的一个难点。以往的演示实验器材（图1）只能探究光在某一个平面内的情况，缺乏普遍意义，而且实验现象不明显。

为此，教者改进了实验器材（图2），利用半圆形透明玻璃罩（充满烟雾），将实验现象从二维的平面现象拓展到三维立体模型，可以很方便地从多角度选取入射光线，学生能够非常清晰直观地观察到反射光线，进而掌握了反射光和入射光的“共面”特征，并且通过实践论证，轻松的理解“法线”引入的意义，“法线”为确定“共面、等角、异侧”，起到关键性作用，帮助学生寻找实验规律，再次建立起物理模型，构建起科学观念。

二、以实验展开疑问推理，建构科学观念

为了让学生积极参加探究活动，教师要精心设计实验，激发学生的探究欲望，因势利导学生完成科学探究，让学生在物理探究中触发深度思维，并且能够释疑解惑，进行逻辑推理，寻找物理规律，最终构建起科学观念，提升科学思维和科学探究能力。

案例二：《牛顿第一定律》的疑问推理过程

如图3，A为小球，B是斜面，C是不同材料的水平面，D是实验桌

实验步骤：

（1）C为棉布，将小球A从斜面的某一高度静止释放，记下小球释放的位置和停下的位置;

（2）把C换成粗糙的纸张，再将小球A从斜面的同一高度静止释放，记下小球释放的位置和停下的位置;

（3）把C换成较光滑的纸张，再将小球A从斜面的同一高度静止释放，记下小球释放的位置和停下的位置;

（4）把C换成玻璃。

当学生做到第三步時，学生已经初步认识到粗糙程度越小，小球滚得越远，做到第4步时，小球滚出了桌面。在做完试验后，教者问到这个现象说明了什么？学生回答摩擦力越小，小球滚得越远，教者再追问若斜面绝对光滑呢？学生恍然而悟，小球将一直运动下去，此时小球没有受到摩擦力的作用。

这样一个实验过程，引导学生从现象到本质，最终得出了力与运动之间的关系，同时也构建起科学观念，提升了科学思维和科学探究能力。

三、以实验建立物理模型，建构科学观念

初中学生思维正处于形象思维向抽象思维过渡的阶段，在很大程度上，学生仍旧凭主观经验分析事物，不善于抽象思维和理论推理。心理学研究也表明：人们认识事物存在着知觉优先的倾向。这就要求教师必须给学生提供足够的感性材料和活动体验，加强演示实验配合教学内容，将抽象的物理概念建立起物理模型，引导学生观察思考，并使之正确认识物理事实，帮助其更好地构建起科学观念。

案例三：《电阻》建立物理模型

如图4，2个矿泉水瓶，用烧杯取水，倒入2个矿泉水瓶中，观察比较水流过矿泉水瓶的快慢，水流快慢不一样是什么原因？学生思考，展示第2图，是在A、B瓶中分别填塞棉布和泡沫，它们对水的阻碍作用不一样。

在第一次教学时，教者直接给出了电阻的概念，但教学效果不佳。于是经过课后教学反思，选取身边的常见物品，设计了上述演示实验，学生观察之后，很快建立起“电阻”的物理模型，顺利构建起电阻的概念，实验的教学效果立竿见影。

通过演示实验，学生亲眼所见，发现水都能从A、B两个矿泉水瓶中流过，但在A中流速较慢，B中流速较快。两个瓶都能让水经过，为什么流速不同呢？因为两个瓶中的物体对水流的阻碍作用不同，A瓶中的棉布对水的阻碍作用大，所以水流慢，B瓶中的泡沫对水的阻碍作用较小，所以水流较快。根据类比的思想，学生也理解了导体在导电的同时，对电流也有阻碍作用，阻碍作用越大，电流就越小。于是学生就顺其自然的构建起电阻的科学观念。

物理实验在课堂教学中的重要性不言而喻，它对构建学生的科学观念，进而培养学生的物理核心素养至关重要。

（作者单位：无锡市梅里中学，江苏 无锡214000）