初中物理力学实验教学的优化研究

摘要：初中物理课程标准在实施建议中明确提出应重视科学探究式教学，而实验和科学探究有着紧密的联系，实验教学是科学探究式教学的重要方式之一。力学是整个初中阶段物理学习中非常重要的内容之一，也是中考考查的重点内容之一。因此，初中物理教师有效开展力学实验教学是非常重要的。本文从力学实验教学经验出发，分析了初中物理力学实验教学中存在的一些问题，并由此提出相应的优化策略和具体的实施方案，希望能够为广大的初中物理教师提供相应的参考和帮助。

关键词：初中物理 力学实验 优化研究

在沪粤版教材中，力学是八年级下册的教学内容，较之八年级上册内容难度明显增大。学生多是从八年级下学期开始出现两极分化现象，甚至有一些学生失去了学习物理的兴趣。教师如果能够充分优化实验设计，让学生自己动起手做实验，就能够抓住学生们的兴趣，从而实现力学教学的顺利过渡。但是纵观初中物理力学实验教学的实际情况并不乐观，在现行的物理实验教学中存在着“做实验不如讲实验，讲实验不如背实验”的现象，尤其是力学实验。一线物理教师深知实验的重要性，也想尽可能多地让学生亲身经历实验的过程，但现实却是占用了有限的教学时间却往往无法收到预期的效果。优化力学实验的教学设计，充分开发力学实验教学的资源是一线初中物理教师的必修课。

一、初中物理力学实验教学的问题

（一）教学目标不够明确

在新课改的大环境下，学生对力学实验充满热情，不少初中物理教师在力学实验教学中会注重学生的主体地位，想方设法让学生自主开展相关的力学实验。但是，由于教材中没有统一的力学实验教学设计和相关的参考，大多数力学实验都是根据教师自己制定的教学目标进行的。而很多新手教师和青年教师对实验教学设计经验不足，仅根据教科书上的实验名称就要求学生开展实验，有时会和学生的实际操作能力和已有知识技能产生矛盾，从而导致初中物理力学实验教学无法收到预期的效果。实验目标、实验步骤、任务分工都不够明确，显然会导致学生在分组实验中并不知道该做些什么、怎么做、为什么这么做。所以力学实验教学目标的确定是重中之重。

（二）实验指导缺失

实验指导对于学生的实验操作过程起着至关重要的作用，它承担着引导学生正确进行实验、理解实验目的和操作步骤的任务。然而，在现有力学实验中，实验指导往往存在着一些问题。

第一，实验指导缺乏详细的实验步骤和操作要点的说明。学生在开展力学实验活动时，需要清楚地了解实验的整体流程和每个步骤的操作要领。然而，教师在进行实验指导时可能只简单列出了一些实验步骤，尤其是探究浮力的实验，缺乏具体的操作指导，导致学生在实验过程中容易出现操作错误或不确定的情况。

第二，实验指导缺乏实验目的和预期结果的解释。学生在进行实验时，通过实验目的的解释可以更好地理解实验的意义和目标，从而提高他们的实验动力和主动参与度。然而，教师在进行实验指导时可能只是简单提及实验目的，缺乏详细的解释或示例，导致学生对实验的意义和预期结果产生疑虑。

第三，实验指导缺乏对关键实验概念和原理的讲解。力学实验往往涉及一些基本的物理概念和原理，学生需要在实验中应用这些知识来解决问题。然而，教师在进行实验指导时可能没有对这些关键概念和原理进行充分讲解，导致学生在实验中缺乏相关知识的支持，很难理解实验过程和结果背后的原理。

我们应该重视实验指导，提供清晰详细的操作步骤和要点说明，解释实验的目的和预期结果，讲解关键概念和原理，从而提高学生的实验操作能力和理解能力。

（三）实验器材不足与设备滞后

物理实验器材是进行物理实验的前提条件，只有在实验器材和材料充足的状态下，物理实验教学目标才能得以完成。但是，不少学校的力学实验器材和材料不是很充足，学校缺乏相应的资金投入在力学实验器材上。具体表现为一些实验器材的精度不够高，无法满足实验的要求，例如，测力计的刻度不够清晰，导致测量力的准确度受到影响；一些实验器材耐久性较差，容易损坏或失效，例如，实验室中常用的天平，由于使用频繁或使用不当，损坏后影响了实验的进行；还有一些实验器材的功能不够完善，无法满足实验的要求，例如，一些力学实验中需要进行数据的实时采集和分析，然而当前使用的数据采集系统功能有限，无法满足实验的需要。这限制了学生对实验过程的实时监测和数据处理。

（四）教师的实验演示没有发挥应有的效果

除了书本上少数的学生实验外，还有很多力学演示实验。恰到好处地利用这些小实验，往往会收到事半功倍的效果。很多教师在课堂上一味去做各种演示小实验，虽然吸引了学生的眼球，但后续讲授的内容并不能产生有效的启发作用。这样的演示实验就失去了自身的价值。因此，怎样有效地发挥演示实验的作用，也是我们一线物理教师应该思考研究的重要内容。

二、初中物理力学实验教学的优化策略

（一）优化实验步骤

通过对实验步骤的优化，可以提高实验的准确性、可重复性和实验效果。教师首先需要对实验步骤进行详细的分析，确定每个步骤的目的和作用。然后考虑使用更加精确的仪器和设备，以提高实验数据的准确性，或者对实验步骤进行简化和合并，减少实验的耗时和复杂度。另外还可以考虑引入新的实验步骤或调整原有步骤的顺序，以收到更好的实验效果。

（二）设置递进式问题

我们可以通过递进式问题设置逐步启发学生明确实验的目的，设计实验的思路，找出所需要的实验器材，并合理安排实验的步骤，记录实验数据和现象，最后归纳总结实验结论，思考与讨论实验过程中所遇到的问题。

例如：在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验中，如果准备好实验器材就让同学们立刻进行实验，显然难度太大，学生并不知道该做些什么。为此，我在教学中设计了一系列递进式问题。问题1：摩擦力产生在两个物体接触面之间，用弹簧测力计难以直接测量，我们应该怎样测量滑动摩擦力的大小呢？问题2：请同学们根据生活经验猜想滑动摩擦力的大小与哪些因素有关。问题3：由于我们猜想滑动摩擦力大小与两个以上的因素有关，设计实验时我们应该使用什么方法呢？问题4：针对每一个猜想因素你的设计思路是什么？问题5：实验中你想如何改变接触面的粗糙程度和压力大小以及接触面积的大小呢？通过这些问题的讨论和解决，每个学生都会明白实验过程中应该做什么和怎么做。

又如在“探究杠杆的平衡条件”实验中，我设置了7个问题供学生讨论。问题1：小时候我们都玩过跷跷板，你知道使跷跷板保持水平除了两个力的大小还与什么因素有关吗？问题2：如何才能验证同学们的猜想，又怎样替代跷跷板和两个小朋友的压力呢？问题3：实验中除了需要记录两个力的大小外，怎样记录两个力的作用点的位置呢？问题4：怎样调节杠杆两端的平衡螺母，才能使杠杆在水平位置平衡呢？问题5：为了实验数据更具有普遍性，你认为杠杆两边所挂钩码的个数是相同好还是不同好呢？解决了以上问题，同学们对“探究杠杆的平衡条件”实验就有了明确的思路。在进行实验收集数据的过程中同学们便发现了力的大小和作用点的规律。在此基础上提出问题6：实验过程中去掉一侧的钩码，改用弹簧测力计竖直向下拉，然后再慢慢改变拉力的方向，你发现弹簧测力计的示数有什么变化？这说明力的方向对杠杆的平衡有无影响？至此，我们便可顺利引入力臂的概念。通过作出杠杆在水平位置平衡时两个力的力臂，同学们就会发现实验中记录的力的作用点到支点的距离其实就是力臂的大小。此时再抛出问题7：该实验中，杠杆在水平位置平衡的好处是什么？答案显而易见。

（三）巧用生活中现有的工具

在短时间内增加学校中的物理实验器材和设备是有一定难度的，所以教师可以充分利用学生生活中的小工具来开展力学实验教学。一方面，学生能够学会在生活中思考和学习物理知识，养成学习初中物理知识的好习惯；另一方面，教师可以借助这样的方式提高初中物理力学实验教学的趣味性。例如：教师在开展“摩擦力方向”的相关教学时，可以利用教室内打扫卫生的扫帚进行实验，让学生观察扫帚苗弯曲的方向和物体运动方向，从而使学生对滑动摩擦力的方向有形象的认识。

（四）适时安排演示实验

在八年级下册力学教学中，教师的演示实验比学生实验还要多，有效发挥演示实验的作用不仅对课堂教学有很大的帮助，也可以启发学生的逻辑思维。例如，在浮力的教学中，有这样一个演示实验：将乒乓球放置在倒立的矿泉水瓶中压紧，加入水后让同学们猜测乒乓球会不会浮起来，拧上瓶盖后观察乒乓球又立即浮了起来。看似简单的小实验由于与学生预测的现象不相符，对学生的认知产生了一定的冲击，从而激发学生的思考。该实验对于启发学生思考“浮力是怎样产生的”能起到事半功倍的作用。

（五）加强对实验结果的解析与讨论

我们首先分析实验结果的数据。通过仔细观察和计算实验数据，我们可以发现实验中的一些规律和关联。例如，我们探讨弹簧的弹性系数与弹簧伸长量之间的关系。通过解析这些实验数据，我们可以进一步理解力学实验中的物理现象和规律。然后，我们以真实的实验数据为基础，讨论实验结果的误差来源和影响因素。实验过程中，误差是无法完全避免的。我们需要深入分析实验结果的误差来源，例如仪器误差、操作误差和环境影响等因素。通过讨论这些误差来源，我们可以提出相应的改进措施，以减小误差对实验结果的影响，从而提高实验指导的准确性和可靠性。接着，我们进行实验结果的比较与验证。在优化研究中，我们可能会进行多组实验以比较结果的一致性和可靠性。我们可以多次重复同一实验，或者与其他实验数据进行对比，以验证研究结论的有效性。通过比较与验证，我们可以进一步加深对初中物理力学实验的优化方向的认识，并为实验指导的改进提供实证依据。最后，我们探讨实验结果的意义和应用价值。通过对实验结果的解析与讨论，我们可以从理论和实际应用的角度，探讨初中物理力学实验的意义和应用价值。例如，我们可以研究实验结果在工程设计、科学研究和日常生活等方面的应用潜力，以提出更有针对性的实验指导建议。

三、结语

综上所述，实验设备不足、实验步骤复杂、实验数据分析和处理失当等方面都是影响实验教学质量的重要因素。为此，本文提出了一些改进措施，比如简化实验步骤、提供清晰的实验指导和数据处理方法等。这些改进措施，可以提高实验的可行性和可靠性，使实验结果更加准确和可信。此外，教师还可以在初中物理力学实验教学中通过递进式问题的合理设置确定实验教学内容，使其能够贴合学生的实际，巧妙借助生活中的小工具以及适时安排必要的演示实验，提高初中物理力学实验教学的效果。当然，对初中物理力学实验的优化研究将是一项长期的工作，任重而道远，我们应当持之以恒地探索，形成更多的有益经验。

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责任编辑：赵潇晗