基于学生经验的初中物理实验教学

孙方明

[摘 要]初中物理实验教学应该是在学生经验的基础上进行的，为此，教师应当关注学生的经验起点，重视学生原有的错误经验。在实验教学中，教师可以：通过实验展现知识原型，丰富学生的直接经验;通过引导学生思考问题，提升学生的思维能力;通过对教学设计的优化与重构，调动学生的学习积极性，提升教学实效。文章以“物體的浮与沉”教学为例进行分析探讨。

[关键词]学生经验;实验教学;浮与沉

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）35-0052-02

基于学生经验的教学倡导从学生的经验起点引入教学。具体教学中，可通过创设真实的实验情境，激活学生的原有经验，改造学生的错误经验，促进学生积极思维，高效学习。在初中物理实验教学中，教师应关注学生的经验，并针对学生的错误经验和缺失经验设计实验，优化物理实验教学，提高教学效益。

一、聚焦学生的错误经验，设计实验，破旧立新

基于学生经验的有效物理教学，必须重视学生主体的落实。学生进入教室前是具有学前知识的，同时学生个体间的学习能力、知识水平、兴趣爱好等都存在明显的差异。学生在日常生活和以往的学习中积累了一定的经验（常称之为“前概念”），在具体教学中，教师必须考虑学生的原有经验（前概念），才能有效提升物理课堂教学实效。苏科版物理第十章压强和浮力的第五节“物体的浮与沉”，学生有很多基于生活的前概念，但其中有一些是错误的、不全面的，在实际教学中，必须关注学生的前概念。

1.关于“浮与沉”的错误经验

前概念1 ——“重物下沉，轻物上浮”：两个物体在液体中，重物（质量大的物体）会下沉，轻物（质量小的物体）上浮。

前概念2 ——“浮者浮力大，沉者浮力小”：两个物体在液体中，上浮的物体受到的浮力大，下沉的物体受到的浮力小。

分析：学生对物体的浮与沉有许多相应的生活经验，比如，较重的石块或铁块放入水中会下沉，而较轻的木块则会上浮。由此得出结论：重的物体会下沉，轻的物体会上浮。在许多学生的错误前概念中，对于浸没在液体中的物体，其浮沉由物体受到的浮力或重力单独决定，没有从两个力共同作用的效果去考虑。这种现象，一方面反映了学生经验的片面性，同时也反映了直接经验往往只考虑了某些外显的因素，缺乏思维的逻辑性、严密性和系统性，因此常常是错误的。但是，这些错误的前概念对学生学习的影响是深远的，如果教师在教学中简单粗暴地进行否定，然后直接给出正确观点，那么，学生可能会难以接受，有的学生就算接受了，也掌握不牢靠。因为这些前概念尽管不科学、不全面，但它们却有着相应的生活原型支撑，可谓根深蒂固。因此，在教学中要转变学生以往错误的观念，可以用实验的方式，用新的事实让学生产生思维冲突，使学生对原有的认知产生怀疑，用新的事实证据，揭示原有认识的片面性和错误性，从而实现新概念的自主建构。用这样的方法改造而得的经验，具有相对持久的生命力，也更能为学生真正认同和理解，更能应用到后续实际问题的解决中，真正成为学生素养的一部分。同时，这样的实验教学也切实提升了学生的科学精神与学科关键能力。

2.基于学生经验的实验教学设计

针对学生有“重物下沉，轻物上浮”的错误前概念，这部分内容的实验教学设计主要考虑两个因素：一是通过一系列的实验设计，以学生的事实体验作为思维的起点，让学生的思维与错误的前概念发生冲突;二是实验设计尽量贴近学生，简便可行，激趣设疑。

体验性实验1：先向学生分别展示大土豆和小西红柿，比较并明确两者的轻重关系。然后请学生猜测两者放入水中后的浮沉状态，接着将两者放入水中，观察现象并提出问题：“质量大的土豆为什么反而浮在水面上？质量小的西红柿为什么沉入水底呢？”学生发现从比较轻重的角度不能解释，引发思维冲突，促进学生深入思考决定物体浮沉的因素究竟是什么。

体验性实验2： 将在水中沉底的小西红柿放入浓盐水中，学生发现小西红柿浮在盐水表面。进而请学生思考：这一事实说明物体的浮沉与什么因素有关？

体验性实验3： 将浮在水面的大土豆从水中捞出，放入酒精中，学生发现土豆也能浮在酒精液面上。这时，教师可请学生仔细观察，提出问题：土豆在水中是漂浮的，在酒精中也是漂浮的，但两次漂浮有什么不同？在水中和酒精中所受浮力是否相同？

3. 基于学生经验的实验教学思考

基于学生经验的实验设计，以教师掌握学情为前提，以学生的错误经验为焦点，学生带着原有前概念进行体验性实验，在反思性观察中产生思维冲突，进而构建新的概念，开始发现新规律。关于物体的浮与沉，学生逐渐明白要从物体的受力分析入手，同时考虑物体的重力与浮力的大小关系。

学生经验既包含学生在学习开始前已有的生活体验、知识背景、前概念等，也包含学生在学习中获得的经历和感悟。物理课堂教学需要在研究学生的基础上，充分关注学生已有经验和能力，据此设计并组织初中物理实验教学，在主体参与和亲身体验中使学生获得知识，并实现学生经验的改造与生长。

二、针对学生缺失的经验，设计实验，深化学生的思维

物理实验教学中，教师基于现有实验条件创设真实情境，可以有效激发学生探究物理规律的兴趣和好奇心，可以促进学生积极参与课堂，这样的物理情境是激活并深化学生思维，发展学生科学思维的重要手段和有效途径。针对学生缺失的经验，教师巧妙设计实验，吸引学生主动参与，促进学生的思维走向深入。

1.教材仅有浮沉条件的定性分析

苏科版教材指导我们通过对浸在液体中的物体进行受力分析，通过对重力与浮力的分析，结合不同的浮沉现象，根据“力与运动状态关系”的相关知识，通过定性分析得到物体在液体中的浮沉条件。这样的过程没有定量实验数据的测量与比较，也没有用定量实验数据来分析验证，因此，很难让学生信服。实际教学中，教师可以补充实验进行定量验证。

2. 补充浮沉条件的定量验证实验

教师可以引导学生对物理现象进行定量探究，并进行数据分析，为物体在液体中的浮沉条件的发现提供直接證据。此时，可在定性分析的基础上设计以下定量验证。

设计定量验证实验：利用塑料瓶和沙子模拟鸡蛋在液体中的沉底、悬浮和漂浮等现象，定量验证物体在液体中的各种浮沉条件。

教师指导学生通过调节塑料瓶内沙子的质量，利用塑料瓶和沙子模拟鸡蛋在液体中的沉底、悬浮和漂浮等现象，定量验证各种浮沉条件。通过学生分组讨论，设计实验方案，聚焦如何测量塑料瓶所受的重力和浮力，通过对所测实验数据的对比分析，完成实验验证。学生综合应用前面所学的各种知识，通过讨论，共享实验方案：可以用弹簧测力计分别测量塑料瓶处于漂浮、悬浮和沉底时，塑料瓶所受重力的大小;并通过塑料瓶漂浮、悬浮时，测力计示数为零得到浮力与重力大小相等的情况;当塑料瓶沉底时，由于塑料瓶浸没的体积不变，故所受浮力与悬浮时相同……在本实验教学中，定量验证实验方案的设计是教学的重点，学生需要综合运用前面所学的受力分析方法、浮力知识、力与运动状态关系等诸多知识，实现基于问题解决的分析与设计。在这样的分析与设计过程中，思维活动较为复杂，因此，在这样的分析与设计过程中可以有效发展学生的高阶思维能力，这才是本次实验教学的真正目的所在。

三、聚焦学生的经验生长，优化实验，开展物理教学

在教与学的关系中，虽然学生是学习的主体，但教师是教学的组织者、引导者和先行者，教师在教学中的作用至关重要。教师课前的教学设计，课堂的教学引导和组织，都是学生发挥主体作用的前提和保障。尤其是教师对教学内容和学习目标的分解与重构，对教学资源和学习活动的设计，对学生经验的重视与把握，都对教学效果有着直接的影响，从某种意义上说甚至起到决定性的作用。在物体的浮沉教学中，教师要深入分析学情，准确把握学生的错误前概念，据此，优化实验教学设计，同时，还要注重调动学生参与课堂教学的积极性，以实验事实帮助学生纠正以往的错误认知，引导学生深入反思，自主构建和完善相关物理概念和规律，完善知识脉络，提升学生运用所学知识解决实际问题的能力，切实提升学生的科学素养。

综上所述，在物理实验教学中，教师要注意创新实验资源， 创设真实的情境，激活学生思维，激发学生提出问题、解决问题的兴趣，发展学生的高阶思维能力。

[   参   考   文   献   ]

[1]  白孝忠.关注学生经验生长 促进物理深度学习[J].中学物理教学参考，2017，46（13）：6-9.

[2]  赵智清.基于学生经验的初中物理深度学习初探：以“物体的浮与沉”为例[J].中学物理教学参考，2020，49（10）：24-25.

[3]  盛建国.基于原型与经验的物理深度学习策略[J].物理教学，2019，41（8）：44-46，68.

（责任编辑 易志毅）