改进物理实验器材，构建高效物理课堂

摘" "要：物理学是对人类生活和科技发展起到关键作用的基础科学。其中，物理实验是学生学习物理的关键环节，教师通过改进物理实验器材，可以提高学生的实践能力，激发学生的创新能力，提升学生的物理学科核心素养。

关键词：“双减”政策 物理 实验器材 改进

学校教育的目标不仅是传授知识，还有培养全面发展的人才。在物理学科中，学生的综合能力主要体现在实践能力、创新能力和科学思维能力上。本文主要讨论如何通过改进物理实验器材来提升学生的物理学科核心素养。

一、通过改进物理实验器材来提升学生的实践能力

在物理学科中，学生不仅需要掌握抽象的理论知识，还需要将理论与实际相结合，培养物理实验能力。为此，学校需要改进物理实验器材，以支持物理实验教学。

第一，在实验器材的改进中，我们可以采用更加先进、易于操作的技术与材料，通过对实验器材的不断升级与创新，让学生更加直观地感受到科学技术的进步。

例如，在一次关于“测定物体运动的速度”主题实验课程中，笔者使用了模拟软件和虚拟现实技术。在教学中，笔者让学生在虚拟现实环境中模拟赛车驾驶，其中，模拟软件可以有效模拟物体运动的速度和运行轨迹。最开始，学生通过观察虚拟环境中赛车的运动状态和路程，使用传统公式来计算汽车的初速度、末速度和加速度。然后，对照模拟软件提供的数据，核对自己的计算结果。这种实验方式让学生有机会在情境中尽情探索和学习，直观地观察并理解速度、距离和时间的关系。此次实验教学，使得学生对物体运动的速度有了直观、深刻的理解，也增强了他们的实践操作能力，证实了新技术在提升学生物理学科核心素养过程中的积极作用。

第二，教师要有针对性地优化实验方案和器材设计，将教学重点放在加深学生对物理原理的认识方面，让学生在实验过程中抓住关键点，更深入地理解物理原理，从而提高实验教学的质量。

例如，在“测定弹簧振动周期”的实验中，为了优化实验步骤，笔者对传统实验步骤进行了如下改进：（1）为避免重复实验，将学生进行分组，每组使用不同的弹簧振动器，以收集该实验条件下的振动周期数据。实验结束后，各组共享数据并讨论。（2）编写了实验说明书，简明扼要地描述实验装置、初始参数测量及弹簧周期测量方法，以便学生直接进入关键实验步骤。（3）为提高数据记录效率和准确性，给学生提供一个标准化的数据记录表格，使学生更易于记录和管理实验数据。（4）为强化关键技能，在实验前增加一个“技能训练”环节，演示测量弹簧振动周期的正确方法，让学生在实验中更能感知和掌握关键的实验操作步骤。

通过优化实验步骤，学生可以更专注于关键技能的练习，如准确测量弹簧的振动周期、理解简谐振动与弹簧常数之间的关系等。这样能够增加实验效益，提高学生的实验操作能力。同时，还可以减少实验误差，提高数据的可靠性。

第三，教师可以提供更佳的实验条件，降低实验风险，让学生在安全的环境下进行学习和实践。例如，物理实验中存在许多潜在的安全隐患，特别是在涉及电流、电压的电路实验中。传统的电路板可能由于接触不良，引起电阻发热，极端情况下甚至可能引发火灾。因此，教师要提高实验器材的稳定性和安全性，设计可靠的防护措施，避免意外伤害的发生。具体措施如下：（1）使用新型的电路实验箱代替传统电路板。新型电路实验箱内置过热保护和过流保护，当实验箱内部的温度或电流超过设定值时，器材自动断电，防止器材过热和电路短路。（2）实验室门窗使用了安全玻璃，防止玻璃破裂造成伤害。（3）使用安装在实验器材上的传感器可以实时上传实验器材的电流、电压、温度等数据至实验管理系统，一旦数据超过设定值，管理系统会自动发送警报，并自动断开对应的电源，避免事故的发生。

经过优化的物理实验器材可以帮助学生更全面、深入地理解物理知识，提升物理实验的质量和效率，降低实验过程中的风险，这有利于提高学生的实践能力。

二、通过改进物理实验器材来激发学生的创新能力

创新能力是新时代青少年的重要素养，细致精巧的物理实验器材，可以让学生在实践中逐步掌握科学的研究方法，不断提出并验证自己的想法，在实验的过程中将创新灵感转化为具体的实验操作步骤，从而提高创新能力。

例如，在传统的自由落体实验中，学生通常采用手动计时的方式来计算物体落地的时间，这种方法误差较大，且难以考验和提升学生的创新能力。为了激发学生的创新能力和实践能力，笔者改进了物理实验器材，设计了一款新型的自由落体实验装置，能自动记录并显示物体的高度、起落时间等信息。这类装置有智能化测量的功能，可以记录和显示实时数据，减少手动操作的误差。这样一来，通过已改进的物理实验器材和开放的实验设计，学生更深入地理解了自由落体运动的物理原理。

三、通过改进物理实验器材提升学生的科学思维能力

科学思维是对未知事物进行探索和验证的一种思考方式。改进的物理实验器材使学生有机会接触到更加丰富的科学问题，运用科学思维去理解和解决问题，提高他们的逻辑思维能力和综合分析能力，从而培养他们的科学思维。

第一，电路构建实验是物理课程的一个重要组成部分，旨在通过寓教于乐的方式，让学生理解并掌握电路构建的基础知识和技能。然而，传统的电路构建实验仅仅关注电路的物理组建，忽视了对学生批判性思维和创新意识的培养。为了改变这一局面，教师要利用改进的科学实验器材，提升学生的科学思维能力：（1）改进的电路板通常会采用模块化设计，每个模块代表一个电路元件或功能，如电阻、电容、开关等。学生可以通过组合这些模块来构建出各种复杂的电路，这不仅使得电路组建变得容易和安全，也能激励学生通过实践活动探索和理解电路的工作原理。这种设计方式充分调动了学生的主观能动性，使他们得以在实验中锻炼科学思维。（2）采用虚拟实验软件，使得学生能够在计算机上模拟电路的创建和测试，而无需真实的硬件设备。这种软件通常会提供一个“用户友好”的界面和丰富的虚拟电路元件库，学生可以随意地拖放元件到电路板上，并立即看到电路的运行结果。这为学生提供了一个无风险、无压力的环境去探索、优化电路设计，营造出一个良好的教学氛围。（3）使用数据分析工具进行数据记录和分析，并将这些数据变得可视化。学生可以根据这些数据进行深入的分析和讨论，从而增强自身的科学思维能力，提升自身的物理学科核心素养。

总之，改进的物理实验器材，给学生创造了一个自由探索、自我挑战、自我提升的学习环境，鼓励学生运用科学思维来理解世界，培养了学生对学习的热爱之情，让学生得以在今后的学习和工作中游刃有余，面对各种挑战。

参考文献：

[1]余乐乐.用误差理论指导初中物理实验器材选择[J].物理之友，2023，39（10）：49-51.

[2]周青.自制演示实验器材用于初中物理教学的实践研究[J].中学科技，2023，（15）：3-5.

（作者单位：江西省高安市石脑镇初级中学）