中学物理实验教学的创新

□河南省郑州市教育局实验教学装备管理中心 李 敏

实验是中学物理教学的强有力助力。当前的中学物理实验教学存在“纸上谈兵”的问题，影响实验价值的实现。造成此问题的主要原因是教师教学和实验本身。要想真正地发挥实验价值，物理教师需要遵循适宜的原则，采用适宜的策略创新实验教学。对此，教师进行了“中学物理实验教学的创新”研究。研究内容分两部分，第一部分是中学物理实验教学的创新原则，第二部分是中学物理实验教学的创新策略。希望借助这两部分内容改进当前的物理教学现状，增强物理教学效果。

实验教学是物理教学的重要构成，具有形象性、直观性、互动性、趣味性等特点。一般情况下，物理教师可以应用物理实验来创设教学情境、组织物理探究活动等，助力学生知其然知其所以然，同时也锻炼多样能力，增强物理学习的有效性。然而，当前的物理实验教学在教师教学、实验本身这两大因素的影响下，存在“纸上谈兵”的问题。解决此问题需要物理教师进行物理实验教学的创新。所谓的物理实验教学的创新是指教师在延续物理实验特点的基础上，遵循适宜的原则来改造实验设计、实验功能、实验教具、实验步骤等，灵活地将物理实验应用于不同的阶段，确保每个学生能获得操作实验的机会，并在认真操作的过程中建构物理认知，提高创新能力和创新素质。

一、物理实验教学的创新原则

（一）科学性原则

物理知识是物理学家经过千辛万苦研究总结出的结论，具有极强的科学性。教师应当根据物理知识的特点，将科学性原则作为创新物理实验教学的第一要素。遵循科学性原则意味着要保证科学实验原理、实验操作过程、实验改进方案都具有科学性。只有科学的物理实验才能确保学生有效地探究物理知识。

例如，“探究凸透镜成像的规律”（部编版初中物理教材八年级上册第五章第三节）是最难的物理实验之一，在实践过程中存在着光源问题、光具座问题、广屏问题、透镜问题。在遵循科学性原则的情况下，教师可以改造实验器材，在解决现有实验问题的基础上确保学生能观察到实验现象。以改造光具座为例，在传统实验器材的影响下，学生很难快速地查看像距和物距之间的位置。针对此情况，教师可以将原实验中的光具座的刻度尺上的中点作为凸透镜的固定位置，并设为零刻度。这样，光具座两侧的数值会逐步地增大，学生可以在实验过程中直接读出物距和像距。

（二）直观性原则

物理实验具有直观性，便于在吸引学生注意力的同时，促使学生观察、分析实验现象，得出正确的实验结论。因为部分物理实验的效果不太明显，阻碍了学生有效地进行实验探究。所以教师应当遵循直观性原则，改变实验快慢、大小等来增强实验的直观性，切实地辅助学生进行物理探究。

例如，在“探究影响压力作用效果的因素”（部编版初中物理教材八年级下册第九章第一节）实验中，教材呈现了相关的演示实验方案：将四脚小桌板放在海绵上，通过观察海绵的凹陷程度来确定压力的作用效果。在演示实验时，部分学生无法清楚、直接地看到实验现象。针对此情况，教师可以遵循直观性原则，将小桌板的四个脚加工为冰刀状，减少小桌板的四脚与海绵的接触面，增强海绵的凹陷程度。同时，在操作实验的过程中，教师可以在面向学生的海绵一侧用黑色签字笔画出平行线。这样，学生可以清楚、直接地看到黑色的平行线在小桌板的四脚的作用下发生了明显的凹陷，由此探究出影响压力作用效果的因素。

（三）安全性原则

有些物理实验操作过程较为繁琐，很容易引发一些安全问题。保障师生安全是物理实验教学的第一要务。教师应当遵循安全性原则来创新原有的物理实验。在实验教学之前，教师应当检查实验设备，确保其具有安全性。当发现存在安全隐患的实验设备时，教师应当及时替换实验设备或改造实验设备。在实验操作过程中，教师要时刻监督、提醒学生按规则操作；时刻观察学生，以便在发现安全隐患后，能够及时采取恰当的措施进行处理。

例如，在教学“探究水沸腾时温度变化的特点”（部编版初中物理教材八年级上册第三章第三节）实验时，部分教师为了节约宝贵的课堂时间，往往会用试管来操作实验。与烧杯相比，虽然试管的加热时间短暂、气泡变化明显，但是很容易出现“暴沸”现象，烫伤学生。针对此情况，教师可以遵循安全性原则，按照教材中的实验方案，引导学生用烧杯来操作实验。为了提升实验效率，教师可以引导学生向烧杯中倒入少量的温水，并在烧杯下方垫上石棉网，避免出现烧杯爆炸的情况，确保学生安全地操作实验、观察实验现象、探究实验结论。

（四）趣味性原则

对于大部分学生而言，物理学习是一件具有枯燥性的活动，很难产生浓厚的兴趣。与物理知识相比，物理实验虽然具有趣味性，但是教师倘若一味地“照本宣科”，很容易使物理实验变得无趣，影响学生的学习兴趣。对此，教师应当遵循趣味性原则，在打破物理教材限制的基础上，结合具体的物理知识来设计新的实验项目，最大限度地增强物理实验的趣味性。

例如，“大气压强”（部编版初中物理教材八年级下册第九章第三节）在“动手动脑学物理”栏目中简单地介绍了马德堡半球实验。虽然教师可以利用微视频引导学生观看实验，但是大部分学生在缺乏亲身体验的情况下很难深刻地认知大气压强的存在，容易感到无趣。要想改进此现状，教师需要遵循趣味性原则，使用生活中常见的物品来改造原有实验方案中的器材——使用两块透明的亚克力板加铁拉环、橡胶圈和软管制作出一个模拟实验器具。

然后，教师可以引导学生打湿橡胶圈，将两块亚克力板与橡胶圈紧紧按压在一起，形成一个密封的空间。接着将注射器插入软管中，拉动注射器，抽出两块亚克力板之间的空气；再用一个夹子夹住软管，减少空气流动；最后，引导小组成员分别拉动两块亚克力板上的绳子。在亲自操作实验的过程中，学生很容易感受到物理实验的乐趣，同时亲身感受到大气与压强的存在，有利于建立深刻的物理认知，锻炼物理实验探究能力。

（五）必要性原则

物理实验创新需要经过多重考究。这需要教师耗费大量的时间和精力。倘若教师将大量的时间和精力放在没有必要创新的实验上，很容易出现适得其反的教学问题。因此，教师应当遵循必要性的原则来创新物理实验。

具体来讲在创新实验之前，教师首先可以考虑原有实验的优点和缺点，判断其缺点是否会影响学生观察实验现象、是否会对学生的生命安全构成威胁，由此确定实验是否有创新的必要性。在做好判断后，教师可以在必要的地方狠下功夫，遵循科学性、安全性、直观性、趣味性等原则来创新实验，不必将精力和时间放在追求“高科技”“新玩意”上，否则很容易偏离物理实验创新的初心。例如，在“探究固体熔化时温度的变化规律”（部编版初中物理教材八年级上册第三章第二节）这节课上，学生要研究海波和石蜡的融化过程。该实验过程较为繁琐，很容易使学生遇到诸多的问题，教师可以用红外线替代酒精灯，用温度传感器替代温度计，用电脑测出数据，并在电子白板上显示具体的数据和图像。这样，学生就可以轻松地借助物理实验了解海波和石蜡的融化情况，直观地认知固体熔化时的温度变化规律。同时，学生会受到实验创新性的影响，建立创新物理实验的意识。

二、物理实验教学的创新策略

物理实验教学的创新策略是指以学生的物理学习过程为依托，灵活地应用创新性物理知识引导学生体验多样的物理探究活动，使学生增强物理实验兴趣，建构物理认知，锻炼多样能力。

（一）课前：学生操作实验，自主探究

课前阶段是物理实验教学创新的起始阶段。物理教学改革倡导先学后教。课前自学是学生先学的实践表现，而教师可以依据学生的课前自学情况实施课堂教学。纵观上文可见，创新后的物理实验具有趣味性、可行性，可以使学生获得实验操作机会。对此，教师应当布置实验操作任务来颠覆传统的教学流程，让学生在课前阶段自主操作、探究物理实验。

例如，在教学“平面镜成像”（部编版初中物理教材八年级上册第四章第三节）之前，教师可以布置实验任务：按照要求操作实验，想一想投入存钱罐的硬币为什么会消失？

实验材料：硬币、透明塑料盒、卡纸、镜子。

实验方法：将卡纸分别铺到透明塑料盒的底面和侧面，将平面镜斜放到塑料盒中，在塑料盒底面和侧面的卡纸上画出与镜子同样倾斜度的线条，用一张卡纸封住塑料盒的顶部，并在卡纸上剪出一个可以通过一枚硬币的小口，将一枚硬币顺着小口投放进塑料盒中。

该实验简单易操作，同时具有趣味性，很容易点燃学生的兴趣。学生在操作实验的过程中，认真观察实验现象，当硬币从自己眼前消失不见时，学生很容易增强探究欲望，迫切地想知道实验原理。有部分学生自主地翻阅教材，探寻实验原理。有部分学生登录网站，揭开实验奥秘。通过进行这样的自主学习，学生既可以增强物理学习兴趣，还可以初步地认知平面镜成像，便于在课堂上进行深入探究。

（二）课中：学生操作实验，互动探究

课中阶段是物理实验教学创新的关键阶段，是学生与小组成员、教师互动探究实验的阶段。在此阶段，教师可以依据实验教学环境、教学内容提出问题或任务，驱动学生开放思维，设想不同的实验方案来操作实验，由此建立良好的物理认知。

例如，在“测量物质的密度”（部编版初中物理教材八年级上册第六章第三节）这节课上，因为缺少部分实验器材，所以教师可以提出问题，驱动学生与小组成员合作设想实验方案，就此创新物理实验。教师可以向学生发问：“在没有量筒只有天平的情况下，怎样测量出固体和液体的密度？”学生在小组合作交流的过程中开放思维，设想不同的测量方法。如，在测量固体密度时，可以先用天平先后测量出金属块和空烧杯的质量。接着将金属块放进盛满水的烧杯中，并用另外一个烧杯收集溢出的水，用天平测量空烧杯和溢出水的总质量。总质量减去空烧杯的质量就是溢出水的质量。然后利用密度公式列出关系式，简化后得出金属块的密度。再比如，在测量液体密度时，可以先用天平测量出空烧杯的质量和装满水的烧杯的质量，利用密度公式得出玻璃杯的总容量，接着用玻璃杯装满待测液体，根据V液=V杯=V水，求算出待测液体的总质量。最后根据密度公式计算出待测液体的密度。根据学生的合作探究情况，教师可以鼓励他们操作实验，验证本组的猜想。同时，教师可以延续此方法，让学生继续探究“在没有天平只有量筒的情况下如何测量出固体和液体密度”。

在整个实验探究过程中，学生在问题的驱动下突破思维定势的限制，设想不同的实验方案，并积极地与小组成员交流，确定可行性的实验方案，认真操作、观察、计算得出结论，由此实现了物理知识点间的融会贯通，同时积累了创新实验的经验，有利于提升物理实验学习效果。

（三）课后：学生操作实验，拓展探究

课后阶段是物理实验教学创新的拓展阶段，是学生迁移物理认知，自主设计、操作实验的阶段。在此阶段，学生可以发挥主观能动性，创新性地改进传统物理实验器材、方法等，也可以创造出新颖的物理实验，由此做到学用结合，建立深刻的物理认知，同时提升物理创新能力。因此，教师可以在课后阶段鼓励学生自主创新实验，借此拓展实验探究的广度和深度。

例如，在参与“浮力”（部编版初中物理八年级下册第十章第一节）课堂教学过程中，大部分学生了解了浮力产生的原因。教师可以引导学生利用乒乓球、塑料瓶设计、操作实验来验证浮力产生的原因。在已有物理认知的支撑下，学生会发散思维，设想不同的实验方案。如，有学生去掉塑料瓶的瓶盖，剪去塑料瓶的底部，将塑料瓶倒立起来，接着将一个乒乓球放进塑料瓶中，并快速地向塑料瓶中倒水。学生发现乒乓球无法在塑料瓶中漂浮起来，有少量的水从塑料瓶和乒乓球的缝隙中流出来。此时，学生将塑料瓶盖上盖子，确保乒乓球的下部充满水，此时乒乓球漂浮在水面上。在这样的实验操作过程中，学生进一步认知浮力产生的原因，同时锻炼实验创新能力，有利于提升实验学习效果。在物理课后服务其间，教师可以鼓励学生轮流展示各自的创新实验，互相汲取经验，增强思维广度和宽度，为自主创新物理实验奠定基础。

三、结语

总而言之，有效的物理实验教学创新可以在弥补原有物理实验不足的基础上，切实让学生获得物理实验探究机会。学生可以通过探究物理实验增强对物理学习的兴趣，掌握物理知识，增强创新意识，提升实验能力水平。对此，初中物理教师应当把握物理教学时机，善于遵循适宜的原则创新物理实验，并在不同的教学阶段引导学生探究物理实验，实现物理教学价值。