基于初中物理课堂教学尴尬的低成本物理实验开发与利用

洪艇

【摘 要】课堂教学尴尬是指教师在课堂教学中遭遇学生好奇却远离学习目的的提问，或是打乱预设教学设计的学生发言时的不知所措、难以应对的情况。对课堂教学尴尬的处理和应对无疑是教师教学智慧的体现。基于初中物理课堂教学尴尬的低成本物理实验的开发与利用就是通过开发初中物理教学中的部分低成本物理实验，巧妙地进行教学设计，帮助学生在课堂中获得更加直观的、指向学习目标的物理情境体验，帮助教师避免课堂教学尴尬，从而提高课堂教学效率，在教师的“问”与学生的“思”中顺利达成预设的教学目标。

【关键词】教学尴尬;物理实验;创新;改进

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2020）16-0182-04

新一轮基础教育课程改革提出，高效初中物理课堂的设计原则是“以学生为主体，注重科学探究和思维发展，关注有效的合作与交流”。因此，以问题链驱动科学思维和多维对话，以探究活动架构课堂教学模块，已逐渐成了新课程改革后初中物理课堂教学设计的主要方式。

不可否认，问题是思维的起点，框架性问题链的设计可以使课堂结构更清晰。因此，教师在教学中总希望把传统课堂教学中的“满堂讲”转变成基于学生思维和对话的“满堂问”。在设计问题时，教师总是希望学生给出自己想要的回答，希望在师生的问答与交流中逐渐达成预设的教学目标[1]。但笔者发现，对于教师在课堂上抛出精心设计的问题，学生的回答往往会让教师猝不及防，教师难以引导学生达成自己预设的教学目标，就会陷入一次次的教学尴尬。课堂教学尴尬（Awkward classroom teaching）是指教师在课堂教学中遭遇学生好奇却远离学习目的的提问，或是打乱预设教学设计的学生发言时的不知所措、难以应对的情况。如在向学生介绍牛顿第一定律时，教师一来就告诉学生;“力能使静止的物体运动，能使运动物体的速度加快、减慢或改变运动的方向。”这是学生都能体会到的。然后突然就让学生思考这样一个问题：如果物体不受力，将会怎样呢？这时，学生就不能接受了。有学生提出：“我们不是研究力与运动的关系吗？那就研究力是怎样使静止的物体运动、怎样使运动的物体速度加快、减慢或改变运动方向呀。干嘛去推断物体不受力时的运动呢？”面对学生这样的课堂反应，教师可能会出现无法应对的教学尴尬。

对课堂教学尴尬的处理和应对无疑是教师教学智慧的体现。笔者试图通过开发与利用部分与学生生活密切相关的低成本物理实验来应对初中物理的课堂教学尴尬，使以问题链驱动的课堂教学模式在初中物理课堂中得到更好的应用。

1   对覆杯实验的改进

【造成教学尴尬的实验设计】

在八年级下期向学生介绍大气压强时，基本上所有教师都会给学生展示如图1所示的覆杯实验[2]。

在玻璃杯中装满水（如图1（a）），用硬纸片轻轻盖住玻璃杯，使硬纸片和杯口周边都紧密接触（如图1（b））。之后用手轻轻按住硬纸片，将玻璃杯倒置过来，置于空中（如图1（c））。然后慢慢松开按住硬纸片的手，观察硬纸片是否掉落。最后，将玻璃杯倾斜，使硬纸片朝向各个方向，观察硬纸片是否会掉落。

【原有实验设计产生课堂教学尴尬的原因】

第一，操作不方便。实验中使用的虽然是硬纸片，但纸片难免不平整，覆盖杯口后难免会出现漏气的现象。特别是倾斜玻璃杯时，很容易出现因杯口漏气使纸片掉落的情况，造成演示实验失败。

第二，这个实验装置本身容易引起教师课堂教学的尴尬。教师将装满水的玻璃杯倒过来，是希望学生通過观察纸片没有掉落的现象体会到大气压强的存在。但多数学生在小学的科学课上都已经看过这个现象了，等到初中教师再让他们观察这个现象时，他们就会冒出一些让教师猝不及防的想法。如有的学生提到，可能是硬纸片被水粘住了，所以掉不下来。学生觉得，水对纸片是有粘性的，在一张纸上抹点儿水就可以贴在墙上不掉落。学生的这种想法，来自于他们对生活的观察和体验，是有道理的。如果教师依然用传统的覆杯实验，在教学时，难免会因为学生的这种疑虑而陷入教学尴尬。

第三，有学生在观察实验后提问，既然大气压强能够不让覆盖在杯口的纸片掉落，那为什么实验时还要在杯口覆盖一张纸片呢？不用纸片，水面也与大气接触呀，大气也应该能把水托住，不让水流出来啊。学生总觉得覆盖在杯口的那张纸片就像是魔术师变魔术时手上拿来遮东西的那块布一样，不真实。

【对传统的覆杯实验的改进】

为了消除学生的疑虑，使学生顺利体验到空气的“力量”，可对覆杯实验作如图2所示的改进。

第一，将玻璃杯改为药瓶，适当减小杯口的面积（如图2（a）所示）;同时，将覆盖杯子的硬纸板改为乒乓球（如图2（b）所示）。乒乓球比硬纸板硬度更好，并且是球形的，对瓶口的密封性更好。这样做既能使倾斜药瓶时，被乒乓球覆盖的瓶口即使朝向各个方向，也绝不会出现瓶口漏气的情况，也能大大降低实验失败的风险。

第二，为了消除学生“有可能是玻璃片被水沾住了”的疑虑，可以在瓶子底部穿一个小孔（如图2（c）所示）。在进行演示实验时，先用手将小孔堵住，等学生观察到乒乓球没掉下来的现象后，再将手放开。由于空气从底部的孔进入，所以学生能看到在瓶子的位置没有任何改变的情况下，乒乓球掉落下来，他们会由此形成一个对比（如图2（d）（e）（f）所示）。这样做既便于学生感受大气压的存在，也消除了学生认为开始时堵在瓶口的乒乓球不掉落是“因为水的粘性造成的”的错误认识。

第三，针对有些学生提出的不用纸片水面也与大气有接触，大气压应该能把水托住而不让水流出的想法，可以对该实验进行如下分析。

观察滴管这类物品，里面有水的时候，即使滴管管口朝下，也不会有水漏出来，这是因为大气压将水堵在管子里了。那么，为什么对于杯子这类物体，就必须要用纸片覆盖在杯口呢？这是因为在杯口较大的情况下，如果没有用一张纸片覆盖杯子，水面是不能保持稳定的。水面一旦晃动，水就会流出来。所以，做覆杯实验时，还可以对这个传统的实验进行如下的改进。

利用“茶杯+滤网”来做覆杯实验。如图3所示，可以在茶杯里装水后，利用茶杯自带的滤网盖住水面。学生可以看到，茶杯中的水可通过滤网的每一个小孔和大气直接接触，同时因为滤网上的每个小孔之间的液面都是稳定的，所以在将茶杯倒置过来的时候，水不会流出。将这样的实验现象呈现在学生面前，能使学生对覆杯实验有更加深刻的理解，能使他们更加坚信是大气压的力量托住了容器中的水。

2   探究光的反射定律实验改进

【造成教学尴尬的实验设计】

在探究光的反射定律时，按教材要求，教师会为学生演示如图4所示的实验。

照图4（a）那样，把一面镜子M平放在水平面上，把一个画有角度的白色硬纸板立在镜面上，硬纸板是由E、F两块粘接起来的，可以绕接缝ON转动，ON垂直于镜面。先使E、F两块纸板成为同一平面，让学生体验入射光线、反射光线分居法线两侧以及反射角等于入射角这两个规律。之后，教师将纸板F向前折或向后折（如图4（b））。这时根据在F纸板上看不到反射光线的现象，让学生认知入射光线、反射光线、法线在同一平面内的结论[3]。

【原有实验设计产生课堂教学尴尬的原因】

笔者在给学生演示这个现象时，遇到了与下面类似的实验探究题。

（2017·锦州）如图5所示，探究光的反射定律时，将一块平面镜放在水平桌面上，再把一张硬纸板竖直放在平面镜上，硬纸板由可以绕ON折转的E、F两块板组成。让一束光贴着硬纸板左侧的E板沿AO方向射到O点，在右侧F板上能看到反射光线OB。

若将F板向后折转一定的角度，则在F板上 不能 （选填“能”或“不能”）看到反射光线，此时反射光线和入射光线 在 （选填“在”或“不在”）同一平面内。

通过观察传统的演示实验，学生基本都能正确回答第一个空。但对于这道题的第二个空，很多学生会觉得在F板折转后看不到反射光，由此得出此时反射光线和入射光线不在同一平面的结论。笔者认为，学生之所以会出现这样的错误，一是由于学生并没有深刻理解反射现象中入射光线、反射光线、法线在同一平面内这一实验结论，二是由于在演示实验中，教师在展示折转F光屏后，缺少对反射光线的保留，给学生对比造成了困难。

【对探究光的反射定律实验的改进】

如图6所示，在将光屏向后折后，用喷水雾的方法来呈现反射光线。这样学生既能观察到被折的光屏上反射光线消失，又能清楚地观察到反射光线的位置（如图6（c）），更能对三线共面的认识更深刻。但这样的改进仍有不尽如人意的地方，主要问题是喷水雾毕竟时间很短，反射光线的呈现无法持续保持，实验现象转瞬即逝，不便于学生观察。于是，笔者对实验又进行了如下改进。

如图7（a）所示，把可折转的光屏横向再分成两半，一半动一半不动。在为学生演示时，可折转的光屏上半部分保持不动，用以呈现反射光线的位置，下半部分向后折转，从而让学生体验反射光线与入射光线在同一平面内（如图7（b）所示）。

在对探究反射定律的实验装置作出这样的改进后，学生既能长时间地观察折转光屏后反射光线的位置，也能观察到折转部分的光屏上不再呈现反射光线。笔者认为，这样的改进更利于为学生建立起入射光线、反射光线和法线在同一平面内的物理情境，也便于让学生更好地领悟右侧光屏折转后就看不到反射光线的原因。

3   声音的可视化

【造成教学尴尬的实验设计】

在给学生介绍声音的波形时，教材用到了示波器。但由于示波器笨重，且需要专门的电源以及与之配套的麦克风，示波器的显示屏是直径约为10cm的圆形，非常小，课堂上为学生演示声波波形图时可视化效果非常差（如图8所示）[4]。

【对探究声波图形实验的改进】

對低成本实验的理解，我们不应该局限于实验器材本身的价格低廉，其实一些价格较贵但容易获得的实验器材，也属于低成本实验的器材[5]。如智能手机、笔记本电脑等，这些电子产品虽然价格较高，但随手可得。笔者认为，这类电子产品也属于低成本实验器材的开发范畴。

改进方法一：在手机上下载一个虚拟示波器Oscilloscope（如图9（a）所示），这样就可以将智能手机变成一个示波器，利用手机话筒采集声音信号，利用Oscilloscope软件显示声音波形，再配合希沃授课助手（如图9（a）所示）进行投屏，就可以很方便地在课堂上让学生看到声音的波形了（如图9（b）所示）[6]。

改进方法二：如图10所示，在电脑上下载“NOBOOK物理仿真实验室”，利用该软件中自带的虚拟示波器，也可以演示声波的波形，再利用教室里的投影仪将电脑显示器的虚拟示波器的画面呈现出来，这样就能够立即增加声波图形的可视性。

总之，实验在物理教学中占有非常重要的地位，是发展学生能力和使学生得到科学训练的重要途径，是探索物理奥秘的工具[7]。通过对低成本物理实验进行开发和利用，可以生动课堂教学，有效减少课堂教学尴尬的出现，降低教师课堂教学的难度，提高课堂教学的效率，增强学生学习物理的兴趣，培养学生的注意力和意志力，拉近师生的距离，展现教师的形象和魅力，使以问题链驱动的课堂教学模式在初中物理课堂中得到更好的应用。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部制定.全日制义务教育物理课程标准（2011版）[M].北京：北京师范大学出版社，2001.

[2]冯化友.初中物理实验通论[M].成都：四川辞书出版社，2014.

[3]经全国中小学教材审定委员会2002年初审通过，义务教育课程标准实验教科书《物理》八年级[M].上海科技出版社，2002.

[4]义务教育物理课程标准实验教科书编写组，经全国中小学教材审定委员会2002年初审通过，义务教育课程标准实验教科书《物理》八年级[M].北京：教育科学出版社，2002.

[5]教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要[Z]，2010.

[6]孙少辉.从几款APP看安卓智能手机在中学物理教学中的应用[J].物理教学探讨：中学教学教研专辑，2016（4）.

[7]阎金铎，田世昆.中学物理教学概论[M].北京：高等教育出版社，1985.