物理实验教学的立体化思考与实践研究

高飞

摘 要：随着新课程改革的继续深化，实验在物理教学中的地位得到明显的重视和加强。如何“导好”实验课堂，教师的立体化思考与实践是必要的。文中指出：第一，深刻分析实验内容，持续保持不断优化和改进的思考；第二，系统分析科学方法的杠杆作用，挖掘引导学生领悟科学方法内涵的途径；第三，嵌入使用原始物理问题、课外实验，将知识的应用进行融合设计与实施，并提出了实施建议。

关键词：物理实验内容；优化；串联；融合；立体化思考

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）2-0057-4

1 问题与现状

随着新课程改革的继续深化，实验在物理教学中的地位得到明顯的重视和加强。从中考物理的变革来看，实践探究和应用是最被强调的两个变化方向。从2014年北京中考命题以及各区县的模考命题可以看到，实验题的命题形式愈发多样化，实际应用问题的比重也明显加大。

面对新课程改革和中考改革的严峻局面，如何将物理的实验教学落到实处？首先，需要教师对实验教学的意义有深入的认识。物理学本身就是一个有机的科学体系，具有完整、有序的网络结构（如图1所示）。实验教学不只停留在完成实验，同时是物理观念、知识、方法层面的提升，即科学素养的培养，进而解决新问题。

落实在课堂上，要充分体现教师是学生学习、成长的“导师”这一理念。如何“导好”，教师的立体化思考与实践是必要的。第一，深刻分析实验内容，持续保持不断优化和改进的思考；第二，系统分析科学方法的杠杆作用，挖掘引导学生领悟科学方法内涵的途径；第三，嵌入使用原始物理问题、课外实验，将知识的应用进行融合设计与实施。

2 实施策略研究

2.1 实验的深度分析与优化

2.1.1 实验的不断改进

同一实验，使用不同器材，效果不同。例如：热学部分演示实验比较多，在“做功改变内能”的实验中就有这样几个改进和发现的阶段。起初，是对装有水的试管进行加热，如图2（a）所示。当水沸腾时，塞子会被水蒸气顶出，同时试管口出现“白气”。这个实验现象比较明显，而且能同时体现做功和热传递两种改变内能的方式，缺点是由于有加热装置，不仅需要加热时间，而且试管塞弹出不受控制，容易出现安全隐患。通过查阅资料，自制了如图2（b）的器材，瓶内装些许酒精，用打气筒向管内打气，塞子弹出时瓶口也会出现“白气”，同时体现了外界对物体做功和物体对外界做功的过程。但缺点是打气筒通过皮管与塞子连接，打气的动作较大，塞子的弹出有被带动拉出的影响。又继续改进，在瓶子的侧端开口，如图2（c）所示，排除影响。

2.1.2 融入生活元素

实验的情境往往过于严肃，并且与日常生活的实际脱离较远，学术味太浓，这在相当程度上影响了学生对物理实验的兴趣。可以增加一些学生熟悉的、与日常生活密切相关的实验，使学生有一种物理实验并不神秘，就在自己身边的感觉，这对激发学生对物理实验的兴趣有着很好的作用。

如上述“做功改变内能”的实验，除了利用实验室的器材外，也可指导学生在课下做相关的趣味实验。

2.1.3 拓展实验内容

同一个实验可以证实不同原理，同一原理可以用不同实验体现。

例如：“气压降低沸点降低”的实验。将烧瓶内装有水，用酒精灯进行加热，待水沸腾后，撤掉酒精灯，水不再沸腾。实验的下一步骤是降低烧瓶内的气压，当气压降低后，水会重新沸腾起来。降低气压的方法，可以有两种，一种是用抽气筒抽气，另外一种是将烧瓶倒置，泼冷水，如图3所示。

同时，这个实验也可以用在液化放热的实验中。

再如：分组实验“温度计的使用”中，学生不仅体验温度计的基本使用，而且还恰当地将蒸发吸热制冷的部分整合进去。准备装有酒精的烧杯和适量棉花，用蘸有酒精的棉花包裹温度计的玻璃泡，待观察到示数降低后，拿开棉花，示数又会逐渐升高，这也体现了蒸发吸热制冷的作用。

2.2 用科学方法串联实验

现行初中物理教材中的物理实验，都是配合教材内容设置的，主要是为了帮助学生对教材的内容加深理解，对实验的思想与方法讨论较少。虽然在教学中已经或多或少提及所运用的科学方法，但由于教材是按知识系统排序的，方法的教育难免蜻蜓点水，加之方法的理解不可能一蹴而就。因此，往往对教材中重要的、常用的思想方法不甚明了，这也在一定程度上削弱了实验教学特有的教育价值。

为了培养学生的实验能力，教师有必要引导学生进行必要的归纳与总结。在教学中，笔者利用科学方法串联实验的做法，起到了较好的教学效果。具体的操作途径是以某个科学方法为横坐标，不同的实验内容为纵坐标，进行罗列，引导学生在对比中领悟方法的内涵，体验科学方法的根基作用（如表1所示）。以“压强和浮力”的知识为例，如表2所示。

2.3 应用的融合设计与实施

2.3.1 嵌入使用原始物理问题

现象是物理学的根源，在课堂教学中恰当“还原”科学问题的实际情景，可以增强知识应用的灵活度和现实意义。原始物理问题呈现的是对现象的描述，而解决问题的模型或解题途径是具有隐蔽性的或者非现成的，是需要学生去思考而寻求的。

将原始物理问题与课堂教学进行融合设计，嵌入式使用，有利于学生形成清晰的物理概念和对物理规律的正确理解，帮助学生学习体会思维方法，领悟物理思想，提高学生的科学思维能力和物理技能。

例如：在学习了《压强和浮力》一章后，给出“鱼缸换水”的问题，解决的过程需要调动学生所有已学的相关知识，从物理抽象方法的使用到数学推导，模拟了解决实际问题的过程性体验。

鱼缸换水问题：生活中有一个简便的给鱼缸换水的方法：用一根较长的软管，将其一端没入鱼缸内的水面下，在另一端用嘴吸，待水充满软管后将这一端在缸外立即放下，使出水口下垂并低于鱼缸内的水面，水就会自动流出。针对水通过软管“翻越”鱼缸边沿自动流出的现象，请运用所学的物理知识推导出相关表达式，并进行解释。

2.3.2 课外实验融入实验教学

中考物理实验的考查，注重由课内向课外迁移，部分实验内容是学生没有实践过的，但是实验的分析过程与课内相同，即过程性考查。教师要在课堂教学中注意引导学生体验结论得出的过程，恰当融入课外实验，使分析能力得到迁移。

例如：在“比热容”一课，教材在分析了吸放热本领的物理量后还提到了物质的导热性，这为学生提供了很好的课外迁移素材。将2016年北京市物理中考的一道比热容题恰当融入，模拟实验过程，重点练习分析方法的应用。

这个问题恰恰考查了本节课的两个核心：一是定义物理量的方法，比热容衡量的是物质的吸放热性质，本题中的物理量k用来衡量导热性能，定义方式可进行类比迁移；二是图像分析能力，对于比热容实验中的数据曲线，与题目中的曲线相似，分析方法相同。当然，两者都是对物理量内涵、实验分析的应用。

3 实施建议

3.1 根据学生的认知水平进行实验內容的调整

不同班级的学生，接受知识的水平不同，在实验教学时，也要有的放矢地进行剪裁或增容。例如：在学习《压强和浮力》一章的内容时，《压强》一节的学习，对于接受能力较强的班级，可以补充了解密度均匀、高度相同、粗细均匀的物体在平面上产生的压强与其底面积无关。这样，在液体压强的实验教学中，对液体压强的大小与液体的高度和密度有关，而与液体的多少无关的认识起到了铺垫作用，对实验结论的得出也有了一个说服作用。

3.2 逐步拓展学生自主实验的空间

初中物理教学是启蒙的时期，所以学生刚刚接触物理实验时，需要教师示范实验过程、教授仪器使用规则和实验分析方法等。待到一定时段后，可以逐步放开，让学生自主完成实验内容，能够更有效地发展创造精神和创新能力。

例如：在测量性实验教学中，学生已经学习了刻度尺的使用，在后续使用电流表、电压表时，只需要提前印发使用说明，学生自主进行阅读和实验。在探究性实验教学中，学生已经熟悉基本的探究环节，在进行新的探究实验中时，可以将重点放在分析实验数据和评估方面。这样既学习了新测量仪器的使用，也提高了阅读理解、数据分析等能力，增强了实验的宽松度。

3.3 通过课堂对话升华学生对实验的精神需要

教学的本质是师生交往的过程，是师生通过课堂对话在交往与沟通活动中共同创造意义的过程。因此，实验教学的好与差，在很大程度上取决于参与教学活动的人。实验中师生的角色是否投入，师生的情感交流是否融洽，学生是否愉快地投入实验的全过程，并升华到自己精神的需要是检验的标准。

例如：在“探究串并联电路的电流和电压关系”实验中，笔者先设计了一系列问题：“串联电路中电流经过用电器电流会减少吗？”“串联电路中电流经过用电器电流不会减少，而用电器是耗电的，矛盾吗？”“上述实验中，每组只进行了一次测量，各个组的灯泡规格相同，得出的结论偶然性的几率很大。为了使实验结论具有普遍性，你该怎样做？”这些问题恰恰是学生认知的矛盾之处，欲言又止，需要实验验证才能得出结论，促使学生自始至终都兴趣盎然、精神饱满地投入实验，寻找答案。

参考文献：

[1]乔际平，邢红军.物理教育心理学[M].南宁：广西教育出版社，2003.

[2]邢红军，陈清梅.对原始物理问题教学的思考[J].中国教育学刊，2006（8）：67-69.

（栏目编辑 王柏庐）