物理学科教室支撑学生自主创新实验的策略

郑智伟??朱超颖

物理学科教室是培养学生物理学科核心素养的助推器、催化剂。笔者在物理学科教室环境下以“欧姆定律”实验教学为载体，借助学生之前的实验录像进一步规范操作;通过小游戏“找不同”激发学生学习的兴趣，引发猜想;提供简单易得的器材支持学生自主设计实验;汇聚全班实验数据，引导学生共同分析函数图像，通过课堂精准教学和课后分层作业，实现教学提质增效，支撑学生自主创新，助力学生物理学科核心素养发展。

一、坚持素养导向基于物理学科教室设计教学流程

在全球化和信息化背景下，为充分发挥物理课程育人价值，助力学生核心素养的培育，学校和学科教师积极整合技术资源，学科教室应运而生。基于学科教室的教学更加多元化，更加注重目的性、主体性[1]。

以笔者所在初中的物理教学为例，学科教室集常规教室、实验室、学科图书馆、微机室为一体，是综合型教室。课堂上师生不仅可以在教室中部自由组合桌凳开展常规教学活动，使用教室两侧的实验台进行实验，而且可通过计算机上网查阅资料，查看教师下发的学习资源，参与互动[2]。学生课后更可根据兴趣、需求借阅物理资源角的图书、期刊。基于此，笔者以苏科版《物理》九年级上册“欧姆定律”一课为抓手，借助物理学科教室转变物理实验教学方式，设计新的教学流程（如图1），提高教学实效。

二、物理学科教室助力学生自主创新实验

（一）借助实验评价，规范实验操作

学生在物理学科教室做实验时，可以通过每台实验桌上的俯视及侧视摄像头对自己的操作实时录像。实验后，教师可登录实验平台对学生的实验操作打分。课后学生也可以登录平台查看自己的实验过程、实验记录及教师评价。

上课伊始，笔者选取已做电学实验中由于操作问题造成失分的视频（如图2），让学生一起找一找实验操作中存在的问题。

现象（学生观察）：当学生连接好最后一根导线，小灯泡立即发光（如图3）。

原因（学生回答）：在连接电路的过程中开关没有断开。

现象（学生观察）：学生闭合开关后，小灯泡发出较强的光。

原因（学生回答）：闭合开关前，滑片没有移到最大阻值处。

设计意图：教师截取学生之前在物理学科教室中做电学实验时错误操作的视频，让学生相互评价，指出实验操作错误之处并加以改正。这种针对性回顾对于学生加深理解电路连接中基本要点有潜移默化的作用。这不仅对学生操作能力的提升有助力，而且为学生在本节课顺利进行电学实验作好了技能上的铺垫。

（二）小游戏“找不同”，提兴趣引猜想

在学生回顾连接实物电路的基本操作后，结合他们目前的认知（通过相同规格小灯泡的电流越大，小灯泡越亮），笔者选取了学生之前用相同规格器材做电学实验的照片，发起“找不同”的小游戏（如图4），让学生猜想电路中的电流与什么物理量有关。

不同之处（学生观察） ：左图中小灯泡较暗（如图4）;左图中虽然有两节干电池，但只有一节干电池接入电路。

猜想（学生回答）：小灯泡相同时，小灯泡两端电压越高，小灯泡越亮，通过小灯泡的电流越大，说明电路中的电流可能与导体两端电压有关。

不同之处（学生观察） ：右图中小灯泡较暗（如图5）;右图中虽然也是两节干电池，但多了一个滑动变阻器，且移动滑片时，随着滑动变阻器接入电路中的阻值变小，小灯泡变亮。

猜想（学生回答）：电源电压相同时，电路中电阻越大，小灯泡越暗，通过小灯泡的电流越小，说明电路中的电流可能与导体的电阻有关。

设计意图：九年级学生学习压力较大，且电学相较于八年级学习的物理知识而言较为抽象，他们缺少相应的切身体验也无法直接观察很多生动的现象，以致部分学生逐渐地失去兴趣、丧失信心。教师借助“找不同”这种小游戏，激发学生的学习兴趣，并且结合此前学生做的实验，引导学生将通过导体的电流与电压、电阻联系起来，从而顺理成章地引出本节课的主题（猜想）。

（三）器材触手可及，支撑自主设计

物理学科教室中每张实验桌下方放有系列化实验箱，几乎涵盖初中物理实验所需器材，并且所有器材学生触手可及。物理学科教室具有强大的支持能力，可有效支撑学生的自主设计与探究，不会出现传统教室或实验室环境下学生设计了实验却发现所需器材没有准备的尴尬情况。

例如，在“探究通过导体的电流与导体两端电压的关系”实验中，笔者让学生自主选择实验器材，部分小组选用干电池作为电源，通过改变电池数量的方式改变并判断定值电阻两端的电压;部分小组将小灯泡选为研究对象;部分小组通过电阻箱调节定值电阻的电压值。学生经过实验与讨论后发现：第一种方案中使用过的干电池电压并不是1.5 V;第二种方案中小灯泡的阻值会发生变化并导致实验出现较大误差;第三种方案中改变定值电阻两端电压到某个值时，电压一会偏大、一会偏小，需要来回多次旋转旋钮进行调控，与滑动变阻器相比其操作较为麻烦。

设计意图：教师利用物理学科教室中触手可及的实验器材，让学生无后顾之忧地自主设计实验，有利于培养学生的探究能力。学生在一次次自主探究中，亲历发现问题、分析问题、解决问题的过程，进而不断优化实验设计，促进其科学思维的培育。

（四）汇聚实验数据，共析函数图像

在完善实验设计之后，笔者再次开展“探究通过导体的电流与导体两端电压的关系”实验教学。很多教师开展该探究实验的做法是，让学生分组实验并做数据的处理与分析。课堂时间有限，通常教师让学生做出3组实验就进行分析。由于实验数据较少，学生难以直观地分析、比较、归纳，得出实验结论。

笔者利用物理学科教室中每台实验桌上放置的计算机，将学生分为三大组分别用5 Ω、10 Ω和15 Ω的定值电阻进行实验，让学生在做实验的同时将实验数据填到对应的在线表格中。接着，笔者选取“电压”列数据进行升序排列，进而让学生纵向、横向分析实验数据。

设计意图：教师借助全班学生的力量及信息化手段，汇聚实验数据，有效解决实验时间不够及实验数据较少的问题。除此之外，教师借助信息化手段快速地对实验数据排序，可以更加清晰地对数据进行对比，引导学生对大量数据进行深挖，从而更加准确地分析得出结论：纵向来看，随着电压增高，电流成倍地增大;横向来看，电流与电压比值是一个定值。

在对全班三大组实验数据分别进行排序后，笔者借助全班学生的力量分别绘制I—U图像（图6为选取5 Ω定值电阻的I—U图像），让学生通过函数图像直观地判断I与U的关系。在此基础上，笔者对比函数图像，引导学生探究函数图像斜率的物理意义。

学生做第二个实验“探究通过导体的电流与导体电阻的关系”，与第一个实验类似，对实验数据表格进行纵向与横向分析，得出结论：纵向来看，电阻越大，电流越小;横向来看，电流与电阻的乘积是定值。将实验数据转化为函数图像后，学生观察I—R图像能大体看出两个物理量之间的关系。但是由于实验器材有限，学生获取的数据不多，并不能轻易地看出它是一个呈反比关系的图像。笔者借助信息化手段，巧妙地将I—R图像转化为I—1/R图像（如图7），引导学生分析出电流与电阻成反比的关系。I—1/R图像中靠近原点的一小段并非直线，笔者借助这个生成的问题引导学生分析，并找到原因：电流表的分度值较大，当电阻较大时，导致读数不准确，发生上述现象。

设计意图：教师利用信息化手段对实验数据进行处理，化数字为函数图像，便于学生更加清晰地判断物理量之间的关系。函数类图像在初中阶段较为重要，笔者在学生明确横纵坐标物理意义的基础上，引导他们对该图像进行深挖。在第一个实验中，笔者让学生观察电阻不同的三组函数图像斜率不同，引导他们探究斜率的物理意义——电阻的倒数，并通过斜率逆向地去判断电阻数值，提高学生的科学思维能力。在第二个实验中，学生得出电流与电阻成反比的结论较为困难，笔者用图像法破解这一难题，让学生了解运用图像解决物理问题的优势，进而在日后学习过程中有意识地用物理图像解决物理问题[3]。

（五）课上精准教学，课后分层作业

教师统计学生在平台上提交的实验设计、数据记录、答题情况，可以快速把握学生对刚刚所讲知识的掌握程度，有利于在后续提问中对相关学生有所侧重，更加精准地展开教学，尽可能地让更多的学生掌握所学内容。

除此之外，笔者结合平台统计情况及对学生实验录像的分析，进行分层作业的设计。例如：对于知识掌握不理想的学生，笔者设置一些基础性的概念题与实验题，并且增加其按照要求动手连接电路的机会;对于部分基础掌握较好的学生，在常规题的基础上增加一些创新题，并且让其借助器材设计调光灯这类有一定难度的电路，“跳一跳，够得到”，引导这部分学生在“做中学”的过程中发散思维，提升创新能力。

设计意图：教师在物理学科教室环境下，记录学生学习情况，有效掌握学情，打破了在传统教室中无法准确、高效地掌握所有学生学习情况的困境，有助于教师在课堂上对学业欠佳的学生的精准跟进，在课后尽可能地让所有学生“吃好、吃饱”。

在初中物理实验教学中，教师可充分发挥物理学科教室的优势，营造良好的物理学科探究氛围，创设物理情境，调动学生学习的积极性、主动性和创造性。为促进信息技术与教学深度融合，教师应将适宜的软硬件和教学手段融入学科教室，有效突破教学中的难点问题，帮助学生将知识“化繁为简”。在学科教室环境下，教师借助先进的设备可以有效化解后排学生对教学内容可视性差的问题，尽可能地顾及每位学生。实验器材齐全，触手可及，有利于学生大胆、自由地设计实验，自主探究，也有利于学生在体验中学习，在探究中学习，在实践中学习。笔者认为，发挥学科教室的优势，有效支撑学生自主创新实验，可以促进初中物理实验教学方式的转变，更加有效地培养学生质疑的习惯，使其提高解决问题的能力，学以致用，更好地服务社会。

注：本文系江苏省教育科学“十四五”规划专项课题“基于质性分析的中学物理学科教室课堂教学行为研究”（编号：C-c/2021/02/187）、江苏省教育科学“十四五”规划课题“指向创新能力培养的初中物理5E教学模式应用研究”（编号：D/2021/02/155）的课题成果。

参考文献

[1] 林春辉，周世平.构建“物理学科”教室，培育学科核心素养[J].物理教学，2017（6）：5-7.

[2] 罗成.基于具身认知的高中物理学科教室建设[J].物理教师，2019（4）：30-33.

[3] 杨小春，朱超颖.初中物理图像类问题的教学难点与策略分析[J].教学与管理，2021（16）：71-73.

（作者郑智伟系江苏省常州市第二十四中学天宁分校教师;朱超颖系江苏省常州市第二十四中学教师）