初中物理实验教学的三个重点“关注”

陈培凤 许志

摘 要：针对初中物理实验教学中存在的形式探究、浅层探究等问题提出三个需要重点关注的问题.结合案例从问题的引领、方案的改进、证据意识的培养等方面，阐述提高学生探究能力和促进思维进阶的策略.

关键词：实验教学;思维引领;深度探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）04-0005-03

作者简介：陈培凤（1979-），女，江苏扬州人，本科，中学高级教师，研究方向：课堂教学设计、实验设计;

许志（1965-），男，江苏淮安人，中学正高级教师，南京市教学研究室物理教研员，研究方向：中学物理教学研究.

物理以實验为基础，以思维为中心;实验让物理课堂更灵动，让学生在经历科学探究的过程中形成正确的物理观念，提升科学思维能力，树立坚毅的个人品格.而如何在物理实验教学中引领学生从“真”探究，走向深度探究，从而促进学生思维能力的提升，需要做到以下三个“关注”.

1 关注“问题引领”与“思维进阶”

教育的本质是培养思维，培养思维的策略是知识问题化，问题情境化.问题的合理进阶是促进学生实现理解性学习的有效途径.引导学生从情境中发现问题，解决问题，明晰我要做什么？怎么做？为什么这样做？还可以怎么做？怎样做更好等问题.

1.1 教学案例

案例1 探究阻力对于物体运动的影响

在牛顿第一定律的课题引入时，课本用了一幅图片（如图1所示），通过情境设置引导学生判断图中的说法是否正确.随后便提出为什么踢出去的足球还能继续飞行？为什么足球最终还会静止？从而提出了探究阻力对于物体运动的影响这一议题.而在实际教学中，笔者发现学生很难理解为什么在研究物体的运动时不研究动力而非要研究阻力.我们需要通过问题引领促进学生的思维进阶.

问题1：请仔细观察图片及对话，思考图中的情境能否推出相应的结论？

问题2：运动的小车，如果不施加动力，为什么会停下来？

问题3：如果不受阻力作用，运动的小车还会不会停下来？

问题4：如何探究阻力对物体运动的影响？

问题5：实验中如何评估物体运动受到的影响？

问题6：实验中能否实现让运动的物体完全不受力？怎么解决？

问题7：物体的运动与受力之间有什么关系？

1.2 案例分析

问题1基于教材中提供的情境提出问题，引导学生进行批判性思考，发现所得结论与预设情景的条件不同.情境中小车静止，结论中物体普适.依据情境只能得出：没有力的作用，物体就不能由静止变为运动.那么，没有力的作用，物体能不能由运动变为静止呢？

问题2的提出延续基于情境提出新的问题，进一步研究小车最终停下来恰恰是由于阻力的作用，由此阻力便自然成为研究物体运动时必须要考虑的力.

问题3则通过假设进一步明确了探究目的.问题4基于目的进行分析、对比和评价，确定解决问题需要的实验条件和方法.怎么控制变量？怎么改变变量？依据是什么？

问题5的转换法、问题6的知识迁移应用都是高阶思维能力的应用.具体表现为在面对物体运动受到的影响是抽象的，如何将其转换成可测量的物理量？物体无法不受力的作用，又该如何设计实验情景？此时，迁移应用成为有效方法.在研究真空能否传声时无法做到绝对真空，是怎么处理的？这种方法能否用在解决物体不受力时的运动情况的研究中？在问题设计中不断发展思维进阶，促进学生的高阶思维能力发展.

问题7是对探究结果的提炼与总结，由生活情境到科学探究，归纳总结为物理语言的表达.从解决具体问题的思路发展为物理观念和思维方法.对知识的理解、迁移和创新促进了核心素养的养成.

2 关注“证据意识”和“数据处理”

学生实验中常出现“热热闹闹做实验，做完实验啥没有”的情况，这源于学生证据意识的淡薄，教师在平时教学中需要不断强化这种意识，做到“高度重视证据，全面依靠证据，合理解释证据”.物理实验中的证据主要包括“现象”和“数据”，教学中要关注支持结论的现象、现象的全面性和完整性，同时在数据处理方面也应讲究技巧.

2.1 教学案例

案例2 力的作用是相互的

在力的作用规律教学中，教师往往选择较为常见、便于操作的弹力进行探究，那么能否仅仅由弹力的作用是相互的就得出“力的作用是相互的”这样普适的结论呢？显然不行.我们需要寻找更加全面的证据.弹力、摩擦力、磁场力、电场力、地球与其他天体之间的力、万有引力等，通过大量全面的证据方能得出科学的结论.教学中我们可以把如下问题抛给学生.

问题1：关于两个物体间力的作用关系，你的猜想是什么？

问题2：你猜想的依据是什么？你还有什么经验支持你的猜想？请体验并收集证据.

问题3：其他性质的力的作用是否也满足这个规律？你觉得还需要补充哪些证据？

学生通过相互交流与讨论，不断完善证据的收集，并通过活动体验各种力之间的相互作用，从而获得完整的体验.证据补充的过程有利于学生发展严谨的科学探究品格，培养科学态度与责任.

案例3 探究凸透镜的成像规律

实验数据的处理主要包括表格式和图像式.数据的记录与初步分析，应符合学生的认知规律.根据学生实验前的一般性的成像体验，分别找放大的像和缩小的像，指导学生进行表格设计和数据记录（见表1）.按成像特点分别整理归纳，寻找规律.

学生很容易发现：缩小的像，像距<物距;放大的像，像距>物距.在此基础上，猜测等大的像肯定存在，且像距可能等于物距.完成从一般到特殊的完整证据收集.

图像法是一种直观的数据处理方式，而投影片又可以叠加多个小组的数据，以获得更加客观的证据（如图2所示）.且叠加后能够动态地观察由物1到物6、像1到像6随之移动的动态变化趋势，结合学生的实验操作，体验物近像远像变大的动态过程和像与物移动方向一致的规律，并进一步体会移动范围的大小变化，为下一课时的深入研究打下基础.

2.2 案例分析

以上两个案例中的处理方法在初中物理规律教学和实验教学中具有普遍的参考意义.例如，图像叠加法同样适用于规律的发现：液体沸腾特点、固体熔化特点、光的传播规律等等.在证据的收集和数据的处理中实现从一般到特殊，再从特殊到一般的双向规律总结和认知形成，有助于学生的理解和深度学习.猜想必有依据，证据需要充分，规律要具有普遍性，只有严格遵守这一过程才能培养学生严谨的治学作风和科学的责任态度.

3 关注“方案的改进”与“成果分享”

实驗是物理学习的基础，实验方案的优化与改进能改善物理现象的观察效果和数据收集的效度信度.实验成果的智慧分享则可以促进现象证据的观察和学生间的交流与评价，有效促进学生的思维素养.

3.1 方案改进教学案例

案例4 探究影响滑动摩擦力的影响因素

教材实验中发现的问题：（1）水平匀速直线拉动操作困难;（2）拉动距离短，测力计示数难以稳定;（3）运动中读数困难;（4）增减钩码改变压力大小，学生误认为重力（质量）就是压力;（5）长木板铺设不同材料，平整度不够，影响匀速拉动等.基于上述问题，传统改进方法如图3所示，但该改进方案仍然不能解决上述（2）（4）（5）问题，且长木板拉动需要较大空间，测力计无支撑，测力计自重会影响实验结果.

基于以上问题，我们提出创新改进方案如图4所示，将长木板改成自制传送带，在滑块各面贴上不同材料接触面，将测力计改成竖直向上拉动等，取得了良好的改进效果.

3.2 案例分析

改进1将长木板改成自制传送带有以下好处：（1）不需要匀速拉动，且可安装电动机实现不同速度拉动，进而探究滑动摩擦力大小与速度大小是否有关;（2）可持续时间长，便于观察测力计读数;（3）便于理解相对滑动.改进2在滑块各面贴上不同粗糙程度的材料可用于探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度的关系，还可用手压等方式改变压力，避免得到摩擦力大小与物体重力有关的错误观念.改进3加定滑轮，改变测力计的拉动方向为竖直方向，能避免测力计自重的影响，易于控制水平拉动，还能结合力传感器，连接电脑得到更直观的图像，获得更可靠的证据.

用身边的器材，做简单的实验，得到明显的现象，是实验改进的目的.改进后效果良好，体现为：（1）传送带运转中（不停下），测力计示数很稳定，读数方便，用力传感器可量化实验;（2）改变转速，测力计示数不变;（3）操作便捷，加装电动机能彻底解放双手.

3.3 成果分享

实验成果的分享可以是实验现象的分享，数据结论的分享，也可以是活动成果的分享，还可以是相互间的交流与评价.

如大量光学实验中需要借助暗箱才可以观察到明显的现象，教学条件难以满足，这时我们可以运用现代化教学手段使实验现象的观察由“个体”到“群体”.如利用手机摄像头代替人眼进行观察，利用西沃投屏到大屏幕上（如图5所示），完成分组与演示的完美结合.此法可应用于大量现象不便于整体观察的演示实验中.

物理实验的结论需要不断的论证，寻找客观的事实和普遍的规律需要在不断的现象、数据及个体体验的分享中获得，以促进学生的深度学习.教学中不仅要采用智慧的分享方式，更要以学生的发展为本，以多样化的评价内容、多元化的评价主体为核心，结合多种评价方式促进学生对实验成果的交流与评价，充分发挥评价的激励功能.

4 结语

重视实验教学，凸显科学思维.实验教学中将情境化为问题，用问题引领探究，在探究中培养能力.做好三个重点“关注”，从形式探究走向深度探究，为学生的终身发展服务.

参考文献：

[1]刘炳昇，李容.义务教育教科书物理（九年级上册）[M].南京：江苏凤凰科技出版社，2013.

[2]陈培凤，季卫新.基于学习分析理论的初中物理深度备课研究——以“牛顿第一定律”第一课时教学设计为例[J].物理教学，2020，42（01）：37-40+13.

[3]陈培凤，季卫新.深度备课：初中物理实验教学中发展学生核心素养的策略——以“探究凸透镜成像的规律”教学设计为例[J].物理教师，2019，40（02）：23-26.

[4]石能浩.初中物理实验有效教学策略研究[D].重庆：西南大学，2020.

[5]孙志龙.基于核心素养的初中物理演示实验教学[J].新课程（中学），2019（03）：37.

[6]陆丰.摩擦力探究实验的创新设计[J].中学物理，2019，37（07）：20-22.

（收稿日期：2020-11-12）