基于问题导向的初中物理实验创新策略

李骏

摘   要：实验在教学中成功与否将直接影响到学生对知识的理解、解决问题能力和思维能力的提升。针对教材中存在的诸如实际操作难以适应理论设计、现象呈现效果差、结论获得不严谨等问题，提出变动态为静态、变瞬逝为反复、变隐性为显性、变特殊为普遍、变传统为现代等创新策略，用以指导更多的實验创新活动，提升实验教学效率。

关键词：问题导向;物理实验;创新策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2020）1-0051-3

物理是一门注重实验的自然科学基础课程，实验成功与否将直接影响到学生对知识的理解、解决问题能力和思维能力的提升。《初中科学课程标准》指出，“科学探究是科学的本质特征，具有重要的教育意义。科学探究不仅涉及逻辑推理和实验活动，同时还是一个充满创造性思维的过程” [1]。教材为开展实验教学提供了基本思路和范例，经多轮修改，已经日趋完美。但在日常教学中，受到设备、材料等因素的制约，有些实验依然存在实际操作难以适应理论设计、现象呈现效果差、结论获得不严谨等问题，需要我们不断创新，加以改进。

科学课程目标之一是为了让学生初步养成科学探究的习惯，增强创新意识和实践能力。作为教学的引领者，教师首先要具备创新精神和实践能力，积极投入到充满创造性的实验教学活动中，总结、提炼形成策略，用以指导更多的实验创新活动，提升教学效率。笔者根据日常教学实践，针对在实验教学中出现的各类问题，结合具体案例，提出五种实验创新的策略。

1    变动态为静态

有的实验需要通过控制条件使物体处于特定的状态，观察物体发生的现象或测量物体的有关数据。但是，在原来的状态下实验不易操作或者数据不够准确，这时我们可以尝试改变实验中物体的运动状态，比如将原来动态的事物变为静态，达成所需的实验目的。

案例1 在“影响摩擦力大小的因素”实验中，最大的难点在于不易控制木块在长木板上保持匀速直线运动状态，导致实验数据不稳定，影响实验结论的得出。改进实验如图1所示，木块放在长木板上，细线一端连接到木块上，另一端通过定滑轮连接到竖直固定的弹簧测力计上，水平拉动长木条，观察弹簧测力计示数即为木块受到的摩擦力。

2    变瞬逝为反复

有的实验现象肉眼不易直接观察，作用于学生的感官时间非常短，难以捕捉，影响实验效果。如能使现象反复出现或持续一段时间，留给学生足够的时间观察、思考，往往能取得较好的教学效果。

案例2 在“压缩空气做功”实验中，需要以一定的力度向下迅速压活塞，浸有乙醚的棉花（或硝化棉）被引燃。但是这个实验过程很短，往往学生还没有反应过来，现象就已经消失。此外，受到材料、操作等因素的影响，成功率不高。如取用浸有乙醚的棉花（或硝化棉）量不当的话，还存在快速下压过程中有机玻璃筒爆炸的隐患。如何让瞬间现象“持续”，同时消除安全隐患？经文献查阅和反复试验，我们最终找到了一种可逆温变消色油墨来改进本实验（图2）。这种油墨常温下显红色，温度升高时会消色，温度降低又变为红色。实验时，将涂有这种变色油墨的金属片置于密封的注射器内，推动活塞，观察金属表面颜色的变化，只要活塞不向外拉，现象就能持续一段时间。学生很容易根据实验现象得出：压缩空气做功，空气内能增加;向外拉活塞，空气内能减少。类似的，我们还可以使用这种变色油墨演示“热传导”实验，在金属棒上涂原来为红色的油墨，用酒精灯加热金属棒中央，可以看到以金属棒为中心两边的颜色依次消失，让学生很容易观察到热传导的方向，理解相关物理特性。

3    变隐性为显性

实验现象一般以多种形式呈现出来，不同现象对学生的刺激程度也不同。有的实验，一些关键性的现象往往不一定以强刺激形式出现，甚至学生察觉不到，效果可想而知。这就要求教师要善于突出这些对象或者现象，想办法显示关键性“隐性”或“不明显”的现象，变隐性为显性。

案例3 在“真空不能传声”实验中，华师大版《科学》八下教材中将发声的音乐芯片置于泡沫塑料上，在抽气过程中感知声音的变化。对这个实验有学生提出瓶内的空气是不是在被抽去，在声音变小的同时芯片是不是在振动？学生不易清楚地感受到实验过程中所发生的现象和现象变化的过程，即呈“隐性”。为了解决上述问题，我们对实验做了改进（图3）：事先在瓶内放入点燃的蚊香，制造出烟，这样在空气被抽出时现象就很明显;为了显示抽气后芯片仍在振动，我们将芯片与一个LED灯串联（可以用手机替代）。抽气前，芯片振动听到声音的同时看到LED灯在闪烁;抽气后听不到声音，LED灯（手机屏幕）仍在闪烁，从另一个角度说明芯片还在振动。

4    变特殊为普遍

有些实验只是根据特殊条件下的实验现象或结论就推广到一般结论，其严谨性和科学性都值得商榷。更重要的是这样的设计不利于学生科学思维的培养和科学方法的学习。我们需要进一步改进、创新，研究或测量一般情况下的实验现象和数据，这样得出的结论才具有普遍性。

案例4 在“研究杠杆的平衡条件”实验中，在调节至水平的杠杆两端分别挂上钩码，记下动力、阻力、动力臂、阻力臂，学生探究得到杠杆平衡条件。因为杠杠处于水平状态，力臂都刚好落到杠杆上，所以在杠杆上可以直接读出动力臂和阻力臂。如果有学生问：有时力臂没有在杠杆上，杠杆的平衡条件还成立吗？教材中的实验过程显然难以回答学生的疑问。如何得出一般条件下杠杆的平衡条件？我们对这个实验也进行了改进（图4）：用切割工具割出下端宽5 cm、长40 cm，上端宽3 cm、长8 cm的有机玻璃T形板，在下端尺上凿一个长为20 cm的长方形凹槽。将红色塑料板箭头固定在T形尺上端，并使红色箭头和下端尺子垂直。以红色箭头的一边为尺子的0刻度线，在T形尺上标出尺子的刻度。杠杆一边挂钩码，一边用弹簧测力计斜拉，使杠杆静止。测量力臂时，把T形尺凹槽套在杠杆支点上，移动T形尺，使T形尺的红色箭头与拉力作用线重合，读出支点处T形尺上的刻度，即为对应的力臂。使用这样的T形尺能测出动力、阻力作用线与杠杆不垂直情况下的力臂，探究的结果更具普遍性。

5    变传统为现代

随着手持传感器、摄影摄像、互联网等现代技术的飞速发展，极大地拓展了科学实验的空间，合理地应用这些现代技术，能显著增强实验教学效果。

案例5 在学习“流体速度与压强的关系”时，教师往往通过向两张竖直下垂的纸张中间吹气、吸管喷雾器等实验得出“流速越大的地方压强越小，流速越小的地方压强越大”的结论，但据此要求学生理解飞机机翼产生升力的原因还是存在一定困难。我们通过自制机翼模型，在理论分析的同时在机翼模型的上下方分别用压强传感器测量压强大小予以证实，解决了学生理解上的障碍（图5）。

基于问题导向的实验创新策略关键是教师要善于发现实验中存在的问题，在不断的改进、创新中去提炼和总结。当然，实验的创新策略远不止笔者总结的这些，在实践过程中使用的策略也并不是单一的，往往是互相交融，仅是侧重点有所区别。希望能抛砖引玉，与广大同仁探讨更多创新策略用以指导实验教学。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012：6-10.

（栏目编辑    王柏庐）