初中物理实验教学的创新取向

杜素峰

摘 要：实验创新（尤其是在学生初学物理的初中阶段）并非平地起高楼，需要以教材实验为基础，关注定量、实操和数字化等。具体地，可从定性到定量，从习题到实操，从传统到数字化，从而走向创新。

关键词：初中物理；实验创新；实验教学

《义务教育物理课程标准（2022年版）》指出，要“注重发挥每个学生的创新潜力，鼓励学生设计实验方案、自制实验器材、改进实验装置及操作方法，给学生提供自主探究的时间和空间”^［1］。实验创新（尤其是在学生初学物理的初中阶段）并非平地起高楼，需要以教材实验为基础，关注定量、实操和数字化等，从而走向创新。

一、 从定性到定量

初中物理教材中很多实验都是定性地去比较实验结果，以得出两个物理量之间是否存在关联。这是由启蒙阶段的教学要求决定的。在学生已经完成定性实验的基础上，教师可以引导学生尝试从定性到定量，创新实验方案。这不仅可以让学生验证之前所学，还可以有效培养学生的科学素养和科学思维。学生会按照更严格的逻辑指导和架构去思考问题，养成基本的科学素养。

例如，苏科版初中物理八年级下册《液体的压强》一节设置了这样一个实验：“如下页图1所示，瓶中注满水。若在a、b（a、b在同一水平面上）、c处各扎一个小孔，你会看到什么现象？”教材想通过该实验简单明了地说明液体压強和液体深度有关。在实际的教学过程中，学生提出：a、b两孔喷射出的水的喷射距离是否相等靠人的眼睛直接观察肯定是不科学的，必须测量出来才能更好地比较。于是，教师顺势引导学生思考：能否测出这个距离的具体数值来比较呢？学生刚开始想到用刻度尺来测量，但在动手实验过程中发现，由于几个小孔同时出水，且出水时液面在不断下降，导致喷射距离会逐渐变小，所以距离测量变得非常困难。对此，教师引导学生联想八年级上册学习“速度”时的经验，创新实验方案：地上放软尺，瓶中装染色的水，在同一时刻从上方拍一张照片然后记录数据，分别测量不同深度时水的喷射距离。

虽然这样的实验创新看起来很简单，但将实验的数据从定性改为定量可以使实验更具有说服力，更能够培养学生分析数据和处理数据的能力。所以，这不失为一种引导学生实验创新的好方向。教师可以从教材中的定性实验（如“探究电热大小与哪些因素有关”“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”等）入手，让学生进一步思考能否设计成定量实验，培养学生的创新意识和能力。

二、 从习题到实操

很多时候，我们的教学会把实验和对实验的评价割裂开，实验时只关注操作和结果，做题时只关注“标准答案”。其实，在实验教学中，我们可以重现一些实验题中的情境，通过实验的再现与实际操作，鼓励学生细致观察，达成教、学、评一体化。

例如，这样一道教材习题^［2］：

如图2所示，在水平天花板与竖直墙壁间，通过不计质量的柔软绳子和光滑的轻小滑轮悬挂重物G=40N，绳长L=2.5m，OA=1.5m，求绳中张力的大小，并讨论：

（1）当B点位置固定，A端缓慢向左移动时，绳中张力如何变化？

（2）当A点位置固定，B端缓慢向下移动时，绳中张力又如何变化？

W同学和H同学在利用理论推导的方法答完这道题后，向教师表达了对第（2）小问结果的好奇——B端沿着竖直墙壁缓慢下移，绕过动滑轮的细绳所成角度真的不变吗？这是对第（2）小问作出“绳中张力保持不变”判断的重要中间判据。此时两位学生的关注点，已经不再是数学推演过程的严谨性，而是现实物理世界对这一现象的可实现性。两位学生的这种实证意识，正是学习物理难能可贵的品质，只有让他们亲自动手做一做，才能让这种品质得到鼓舞和提升。于是，教师指导他们开展了实验探究：线头（B端）从图3所示的位置缓慢移动到下页图4所示的位置的过程中，三角尺（其实用量角器更好）上边缘与细绳交点位置不变，即细绳所成角度保持不变。通过实验，学生证实了推理结果的正确性。

思维是构成学生素养的重要方面，学生的成长源于自主的思考和感悟。上述实操虽然器材很简单，却折射出了学生创新思维的智慧光芒，从最简单的现象出发，思考现象的本质，并发散性地提出新的问题，设计实验验证猜想。这样的创新实验能够极大地改善学生的思维品质，促进学生思维的健康发展。

三、 从传统到数字化

随着数字化技术的发展，中学物理教学中实验的改进与创新达到了新的高度，将传感器与传统的物理实验相结合，不仅可以让初中物理中很多悬而未决的问题通过科技手段得以解决，还可以增强学生对物理实验的兴趣，提升学生进行实验创新的热情和探索新鲜事物的能力。

例如，苏科版初中物理九年级下册《电流表与电功》一节的“比较两个灯泡的亮暗”实验，是为了探究电功大小和电压、电流的关系。将两个不同规格的灯泡串联时，根据P=I²R，电阻大的灯泡较亮；将两个不同规格的灯泡并联时，根据P=U²/R，电阻大的灯泡应该暗一些。具体实验时，选用规格为“4.8V0.5A”的灯泡L₁和“2.5V0.3A”的灯泡L₂，按照如图5所示的电路进行实验，将L₁和L₂并联接入电路，发现电流表A₁的示数为0.3A，电流表A₂的示数为0.25A。根据P=UI，并联时，U₁=U₂，I₁>I₂，P₁>P₂，故L₁比L₂亮。但实际观察到L₁明显比L₂暗，与理论分析的现象不符。

教师引导学生展开思考：

第一种可能，由于存在电表电阻和导线电阻，可能使得灯泡虽然并联但两端电压不等，导致电压和电流乘积反而是电流小的更大。对此，教师引导学生将两个电压表同时并联在L₁和L₂两端，发现其两端电压都为2.6V。所以，不是导线和电表分压导致该现象产生。

第二种可能，“灯泡的亮度由实际功率决定”成立的前提是灯泡的光电转化效率相同，那么，这个现象出现的原因是两个灯泡的光电转化效率不同。一般来说，常规的电表测量很难直观地比较两个灯泡的光电转化效率。对此，考虑引入数字传感器技术，即利用光传感器测出与两个灯泡相同距离（如2cm）处的光照强度E，通过光照强度和电功率之比粗略地体现光电转化效率。

实验结果如表1所示，由此发现：L₁的光电转化效率比L₂小很多。所以，可以推断上述现象出现的原因是灯泡的光电转化效率不同。

为什么在这种情况下光电转化效率会不同呢？对于同一个灯泡，其光电转化效率是否一直不变呢？我们用图6所示电路进行实验，测出不同亮度下光照强度和电功率之比，得到表2。

实验发现，灯泡越亮的时候，其光电转化效率越高，故“同一个灯泡的实际功率越大，灯泡的亮度越大”是没有问题的。但对不同规格的灯泡，这句话就不能完全成立，因为在不同亮度下不同灯泡的光电转化效率是不一定相同的。这就导致了灯泡实际功率大的反而暗的现象产生。

于传统实验中发现问题并引发思考，再利用数字化传感器技术解决问题，为实验创新插上翅膀。良好的实验习惯是在不断地质疑和思考中养成的，这样的品质对学生的影响是终身的，也是最有价值的。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：32.

［2］ 詹善生，王建刚，汤金波.基于实验：物理习题训练的创新［J］.教育研究与评论（中学教育教学），2023（2）：55.