初中物理习题实验化教学实践探究

杨 柳（江苏省江阴实验中学）

习题是检验学生学情、强化知识运用能力的重要形式之一。对于初中学生而言，由于物理学科知识的理论性较强，具有一定的学习难度，尤其是在习题分析理解方面，普遍存在问题较多。而物理实验则能形象直观地反馈物理原理，降低学生知识学习和运用的难度。因此，在初中物理习题讲解环节采取实验化教学措施，能以具体的实验现象，促进学生深度思考和学习，培育学生核心素养。

一、组织动手实验，激发学习兴趣

物理实验作为一种需要动手参与的教学内容，较于常规理论知识教学法，能让学生在动手实验的过程中，近距离地了解物理实验原理，更好地激发学习和探索兴趣。同时，物理实验还能以具体的实验反应过程，展示物理原理，辅助学生剖析习题条件，提高解题能力。

例如，在“惯性”课堂教学环节，教师设置习题“在水平放置的透明矿泉水瓶中注入水，当注水结束后，瓶子中存在一个透明的气泡。若对瓶子施加外力，让瓶子从静止状态向右移动，那么矿泉水瓶中的气泡向哪个方向移动？选项：A.向右移动；B.向左移动；C.原位置静止；D.不能确定”。

对学生提交的答案进行分析可知，学生的总体错误率很高，直观地展现出学生对“惯性”的物理概念存在模糊性，不能完全理解“惯性”这一物理概念。针对这一情况，物理教师可为每个小组的学生分发一个透明矿泉水瓶，组织学生亲自动手实验，将装有水的矿泉水瓶向右移动，观察气泡在瓶内的移动情况。在这一过程中，教师要给予学生一定的实验指导。如，学生在向瓶内注水时，要保证气泡大小合适，留够可以满足气泡成形和实验观察的空间即可。若学生留有的空间较大，则无法在瓶内形成可观察的气泡；若留有的空间较小，气泡微不可观，实验观察效果较差。学生用手推动水瓶沿水平方向向右移动，通过观察发现“水瓶中的气泡也向右移动”，得到结论“水瓶内气泡的移动方向与水瓶一致”。学生通过动手实验，能获得习题答案。但是，在实际考试环节，不能满足学生动手实验的需求。实验化学习仅可用于日常知识教学和习题讲解环节。

在学生动手实验并得到结论的基础上，教师重在从“惯性”的知识角度出发，引导学生从物理知识入手，分析习题答案，加强学生对“惯性”这一物理概念的理解程度。

从惯性的概念“物体具有的一种固有属性，指物体保持静止状态或匀速指向运动状态的性质，表达为物体对其运动状态变化的一种阻抗力”着手分析，原本处于静止状态的矿泉水瓶在外力的作用下，其运动状态发生改变，瓶内的水为了保持物体原有的状态，向相反方向运动。即，在水瓶向右运动的同时，瓶内的水向左运动，从而将气泡向右挤压，致使气泡也向右运动。

在教师组织实验之前，大部分学生未深入剖析习题的题目要素和物理规律，知识学习停留在浅层。教师以简单的实验素材水瓶、水、气泡和外力，能够具体展示习题要素，引发学生进行知识思考；同时，实验化讲解习题，能够带给学生直观的实验观察体验，激发学生主动探索物理学知识的兴趣，培养学生主动学习意识。

二、借助物理实验，展现物理知识

初中物理学科涉及大量抽象的物理概念。主要是以习题为载体，引导学生对概念进行思考和学习。如果教师仅以书面化的物理习题图解分析为习题讲解的主要方式，学生不仅无法更好地理解物理概念，甚至会对物理学科的学习产生抵触心理，不利于核心素养的形成。要取得更好的习题教学效果，就要积极创新习题教学方法，寻求可替代习题实验的可操作实验，以该实验为载体，带领学生分析实验过程中各物理要素的变化情况。

例如，在习题“蹦极具有刺激性，是深受年轻人喜爱的一项运动。参与蹦极的勇敢者需要在腰部拴有一根橡皮绳，绳子的另一端与跳台相连。当人从高台上跳下，经过几次起伏，最终停在最低的C 点处。以C 点为最低点，从下至上依次为B 点、A 点。已知，当人下落至B 点时，橡皮绳给人的拉力与人自身的重力相等。那么，在不考虑空气阻力的条件下，同学们能否分析人下落到不同点位的动能、重力势能、弹性势能的变化情况吗？”教师可以采取电子白板展示实验过程，也可采用实心小球抛下平台的直观实验，以小球模拟蹦极的人，带领学生分析小球在不同点位势能和动能的转化情况，对小球进行受力分析。

教师为学生提供实心小球、皮筋、记号笔、白板，学生一起组装实验器材，用皮筋将白板与实心小球连接在一起，用记号笔在白板上记录小球下落前的位置、皮筋未被抻拉的长度、实心小球运动到最低点的位置和平衡点的位置。在这一过程中，人力无法控制小球下落的速度，人眼观察存在一定的局限性。教师可采用手机摄影和慢放的方法，录制小球下落的全过程视频，将其投放在多媒体教具上，将视频慢放五倍，让学生直观地观察小球下落过程中所做的各类运动和动能、势能的相互转化情况，全面掌握“蹦极”过程中人的运动轨迹和机械能的转化情况。学生通过观察发现“小球在下落过程中，从起跳点到平衡点之间，小球的运动速度加快，一直做加速运动；当小球到达平衡点后，小球开始做慢速运动，在这一过程中，橡皮筋对小球释放弹性势能，橡皮筋的长度超过原始状态下的长度。”

教师合理利用各类教学工具，以可观察、可行性实验代替不可操作性的习题实验，给予学生直观的实验过程，为学生分析机械能转化提供直观可察的实验过程，以实验更好地展现物理知识。

三、设计课堂实验，探究物理规律

初中物理学科知识多以实验为载体，教师在习题讲解环节，设计和应用物理实验，能为学生学习物理知识、分析题目和探索物理规律提供明确的物理实验载体。以2019年宁波市的物理中考题为例。题目为“小科在学习‘凸透镜’观察物体知识时，透过装满水的玻璃水瓶，观察一个箭头向左的环保标志，那么小科观察到的环保标志的箭头是朝向哪一个方向的？”教师布置课前准备任务是从家中带一个玻璃杯。在习题讲解环节，教师组织学生动手还原实验过程，引导学生透过装满水的玻璃杯，观察其在白纸上画出的左向箭头。学生通过观察发现“透过玻璃杯观察到的箭头方向发生了改变，箭头方向由左向右变化。原本向左的箭头透过玻璃杯之后，变成了向右的箭头”。再者，教师带领学生将箭头竖立起来，让学生再次观察箭头，发现“箭头方向向上”。教师引导学生通过实际物理实验，制作凸透镜，在实验观察中认识和掌握“凸透镜观察物体”的物理规律，加深对这一物理知识的理解程度。

再如，在“凸透镜成像”原理为核心的物理习题讲解过程中，教师为了强化学生对该物理原理的正确认知，可将前一段时间内学生存在的此类错题整合在一起，组织开展“凸透镜成像”专题习题讲解活动。

首先，教师将学生带至物理实验室，将同桌两人划分为一个实验小组，一组同学拥有一套实验仪器。主要包括：蜡烛、工作台、凸透镜、支撑座、光屏板等。在习题讲解之前，教师带领学生按照实验步骤，对实验仪器进行组装，先不点燃蜡烛。随着习题的讲解，教师引导学生点燃蜡烛，将仪器调整到相应位置，实际观察实验现象，并分析该实验现象背后的物理原理。以具体的物理实验，强化学生的物理认知，将文字类的物理习题以立体化的实验过程呈现出来。对于部分空间想象力较弱、物理实验原理不明确的学生而言，习题的实验化呈现的讲解，能降低学生对物理习题的分析和实验原理的理解难度，促进学生更为深刻地分析物理知识、获得较好的物理知识学习体验和较好的习题分析效果。

最后，教师结合具有具体数据的物理习题，根据习题的数据，调整蜡烛和光屏板的位置，直到在光屏板上找到一个清晰的火焰成像，辅助学生了解凸透镜“聚光”的性质以及相关知识点。

四、合理运用实验，提供分析依据

虽然物理学科重在以物理现象展示科学知识，但是对于初中学生而言，物理学科知识难免具有一定的抽象性。学生在学习物理知识、分析物理习题时，存在部分学习难点。因此，教师要合理运用具体的物理实验，以具体的实验展示抽象的物理学知识，降低学生知识学习和理解的难度。

例如，习题“将额定电压相同的两个灯泡串联后接入到电路中。当接通电路后，通过观察发现，一个灯泡比另一个灯泡更亮，那么造成这一现象的原因为何？下面哪一个选项说法正确：更亮的灯泡比另一个灯泡的电阻小？较亮的灯泡额定功率比另一灯泡大？亮灯正常工作时较亮的灯泡发光要暗一些？”。

电功率是初中物理的一个难点。大部分学生由于对串联、并联缺乏全面性认知，而无法灵活运用物理知识，习题检验出学生在电功率环节存在的问题较大。故而，物理教师把“220V 40W”和“220V 100W”两个灯泡串联在220V 电路中。首先，教师在白板上展示公式R=U2/P，学生根据教师给出的数据和信息，分别求出两个灯泡的电阻大小1210Ω 和484Ω。教师提出问题“将电路接通之后，哪个灯泡更亮？”有的学生猜测额定功率大的灯泡更亮。教师接通电路，学生惊奇地发现，最亮的灯泡竟然是额定功率较小的40W 灯泡，而额定功率较大的100W 灯泡基本不亮。实际物理现象和学生认知之间存在的矛盾性，能有效激发学生的好奇心和探索欲望。其次，物理教师引出公式P=I2R，分析串联电路中电功率与电阻关系。学生从中认识到：在串联电路中，各个位置的电流相同。由于电阻与电功率存在正比例关系，电阻越大则灯泡的实际电功率越大，在电路中分配的电压越大，因此，电阻大的灯泡更亮一些。学生通过这一物理实验，对串联电路中电流、电阻、电功率之间的关系认知更为明确。

最后，教师引导学生自主动手操作仪器，将不同功率的灯泡接入到串联电路中，控制开关，以具体的实验现象呈现电阻与电功率之间的关系。学生根据欧姆定律，明确不同功率或相同功率灯泡的电阻大小。据欧姆定律可知，灯泡的电阻与电压、功率相关，题目中仅提供了一个明确的信息“额定电压相同”，电阻与功率这两个关键数据不可知，则无法根据灯泡实际现象对比两个灯泡存在的电阻、功率大小关系，排除第一、二个选项；同时，通过实验观察和物理分析，验证第三个判断的准确性和真实性。

在初中物理习题讲解教学中，采用物理实验法，能以直观的动手实验形式，拉近学生与物理知识之间的关系，以实验辅助学生理解题目、剖析题目中涉及的物理知识点，在理解物理知识的基础上，掌握物理规律，分析和解决物理习题。要推动习题教学实验化，就要重点关注实验的选择和实践，以具有可行性的物理实验，丰富课堂教学内容，以实验带动学生回顾知识，分析物理习题，抓住习题重点，引导学生将自己对物理知识的感性认知转化为理性认知，培养学生知识学习能力、问题解决能力，为学生核心素养的强化奠定良好的基础。