初中物理教学中开展家庭实验的实践探索

2021-12-10周健

中学物理·初中 2021年11期

摘要：家庭实验是初中物理自主学习的一种模式.它蕴含于学科核心素养和课程标准之中，是课堂教学的有益补充、学生保持学习兴趣的有效手段、教师获取备课资源的有效途径、破除错误概念和促进深度学习的利器.教师只有充分把握它的普適性、联系性、作业属性、拓展性、有用性等性质才能更好地发挥它的作用.

关键词：初中物理;家庭实验;深度学习;实践探索

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）22-0045-04

作者简介：周健（1980-），男，安徽濉溪人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理实验教学.

在任务驱动下，以生活中常见的物品为实验器材，独立思考与合作交流并行，浅层学习与深度学习融合，并以此得到的证据论证出一定结论，这种自主的初中物理学习行为就是初中物理家庭实验.其包括器材小制作、课外小实验、课内实验前置、课内实验外延、书面试题验证等等.笔者从2016年开展家庭实验以来，历时5年，经两个地区的两所学校，进行近100个小实验，取得一定的经验，现从家庭实验开展的意义和家庭实验的性质两个方面阐述笔者的理解.

1 家庭实验开展的意义

1.1 家庭实验蕴含于学科核心素养及课程标准之中

家庭实验是区别于教师演示实验及学生分组实验的另一种实验方式，但是其并不独立于学科核心素养及课程标准之外.

物理学科核心素养要求“能正确实施实验探究方案，使用各种科技手段和方法收集信息”.

课程标准“提倡师生利用身边的物品、器具、材料等进行物理实验”，“有条件的学校应根据具体情况适当增设一些学生实验，增加学生的动手机会”.

案例1：找出生活中质量为50g、500g、50kg的物体，并据此估测一些常见物体的质量.

案例2：向两个相同的杯中注入相同多的冷水和热水，同时滴一滴墨水，观察墨水扩散的快慢.

这些都是课程标准提倡的实验形式.由此可见家庭实验蕴含于学科核心素养及课程标准之中.

1.2 家庭实验是对物理教学有益的补充

长期的应试教育及评价机制、教师教学理念的偏颇，加上实验配套设置（含实验设备和实验管理人员）的不完善，使一门以实验为基础的自然科学——物理，慢慢地走上虚假的素质教育之路，虽然教师纯粹“讲实验”代替“做实验”的很少，但是用演示实验代替学生分组实验，实验视频代替演示实验比比皆是.此时具有较高实验素养和较好教育理念的教师，结合学生已有认知，让学生进行家庭实验，学生从不同于教师演示的角度观察现象，会有不同的收获，在“做中思”“思中学”.

同时，将一些简单易行“课堂实验”转化为家庭实验，可以节约课堂时间，有效提高课堂效率.可以说家庭实验就是从空间和时间上对教学进行有益补充.

1.3 家庭实验可以提高学生观察能力、动手能力，保持学习兴趣

我国很多地区在学生学业水平测试中开设实验操作考试，实验真题及详细操作步骤提前下发，学校会停课针对考试的实验进行强化练习，以确保学生都能得到较为理想的分数.但是每年都会存在学生失分，在这一部分学生中有的平时物理成绩不错，究其原因在于平时操作能力不足，临时抱佛脚无法弥补操作能力的缺失.

爱因斯坦说：“兴趣是最好的老师”，而能够引起兴趣的实验往往是令人惊奇的、“超乎想象”的实验.这样才能够在兴趣的引导下，主动地去学习和探索.

案例3：在学习苏科版八年级下册“走进分子世界”前，笔者布置“将一只回形针轻轻地放入倒满水的杯中，杯中水不会溢出，继续放入回形针，观察此时水面现象，尝试最多能放多少只回形针？对此提出一个或者几个值得探究的问题.”在学生的反馈中，有的学生表示从来没有想过水的液面可以是弧形的，在以前只知道量筒中液面是凹形的;有的学生对能够放那么多回形针感到惊讶，并表示为了能够放得更多，总是小心翼翼地放;有极个别学生还对比“同样条件下水和油哪种物质中放得更多”.

可见，一个看似平常的家庭实验，刺激学生去观察、去动手、去思考、去探究，唤起学生求知的欲望.

1.4 家庭实验是获取备课资源的有效途径

教学经验是教师备课的重要依据.根据多年积累的经验，教师可以获知一节课的教学重点和教学难点，从而选取恰当的教学方法和教学策略突出教学重点和攻克教学难点.

但是，随着社会发展进步，学生获取信息的渠道及方式已经发生一定的改变，教师不能再以老方式、老观点看待新问题.

此时，学生的家庭实验不仅是一种作业形式、学习手段，同时也是教师获取备课资源的有效途径（如图1所示）.通过学生的先学，从而使教师获知哪些学生的哪些部分是可以简略讲解，哪些是需要通过特殊教学方法重点讲解，进而有效提高课堂的教学效率.

案例4：在进行人教版八年级上册“测量平均速度”的教学时，学生通过家庭实验，已经获知平均速度的测量方法，而对于怎样减小误差、记录实验数据、表格设计、平均速度的求法（即与速度的平均值关系）等不甚了解.笔者在教学中将教学重心偏向于此，获得较好的教学效果.

1.5 家庭实验破除错误前概念

在人的发展历程中，通过所见、所闻、所感、所思逐渐认识世界，这是逐渐积累的过程，期间便形成对事物认识的前概念.但是有些前概念是不科学、不全面的，在课堂教学中，教师可以通过一定的形式手段将一些错误的前概念转化为科学概念.但是部分同学错误的前概念根深蒂固，倘若在课堂上未能转化，将会一直困扰着他.此时家庭实验，便成为突破错误前概念的利器.

案例5：学生从小就在科普读物中知道含有水的矿泉水瓶和凸透镜具有一个相同的特点——对光有会聚作用.那么学生就会深刻地“记住”装有水的瓶子等同于凸透镜.那么透过装有水的圆柱形瓶子观察近处物体，成什么样的像.将“上下左右都放大”作为答案的不在少数.通过布置家庭实验“透过装有水的圆柱形瓶子、方形容器观察近处物体”，将学生疑惑轻易解除（如图2所示）.

案例6：小镜子能成小物体完整像，大镜子能成大物体完整像，这也是学生的一个错误前概念.通过布置“通过家中小镜子观察一个比他大10倍的物体”（如图3所示），学生通过实验得到正确的结论，解除疑惑.

1.6 家庭實验促进学生深度探究

学有余力的学生对学校日常作业完成准确率高、速度快.这些学生的家长会向教师提出“推荐一些有难度的资料”或者“能否给孩子布置有些难度的题目”.毫无疑问，家长想让孩子的高阶思维能力得到提升.与其布置一些难度大、计算量大、玩弄文字、抠字眼、“超纲”的题目，不如让学生对一些实验进行设计、操作、分析论证、改进，促进学生深度探究，从而使批判性思维、创新性思维、实践能力得到提升，此时家庭实验凸显出其独特的优势.

案例7：在学生学习完“熔化和凝固”后，笔者针对部分学生布置如下家庭实验：小组合作探究盐水浓度对盐水凝固点的影响.

经小组合作讨论、交流，讨论出盐水的浓度的含义;为降低操作难度，学生将“探究盐水凝固点”改为“探究盐冰的熔点”;为降低个人操作次数，将测量不同浓度的盐冰的熔点分解.最后得到盐水凝固点与盐水浓度的曲线（如图4所示），并用文字语言阐述两者之间的关系.

上述探究在不同的教辅资料中也会遇到如上类似题目，相信学生通过探究得到的规律比仅仅通过做题得到的要深刻，同时在探究过程会明白“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的道理.

其实家庭实验的进行往往也是在家长的参与下进行的，学生与家长一起实验、一起修正、一起分析论证、一起享受成功的快乐，无形之中改善亲子关系.在分享到网络的过程中，促进信息技术能力的提升.

可见，将家庭实验融入到教师的教和学生的学中，对保持学生学习兴趣、破除错误前概念、促进深度探究等都有其特殊的意义和作用，学生发展核心素养的总体目标也会更容易得到落实.

当然，要想使家庭实验发挥出较好作用，开展家庭实验还需要具有以下特点.

2 家庭实验的性质

演示实验和分组实验是初中物理教学中最重要的手段，学生通过已有认知和技能以及在教师搭建脚手架的协助下，较容易达到既定目标;家庭实验在项目设计好后，实际工作者是学生，此时要想使家庭实验顺利完成，要想成为初中物理教学的有力助手，其必须具有以下性质特点.

2.1 普适性

家庭实验要求用居家用品或者网络上容易购买的物品进行实验，其理论依据是课程标准中“使用易拉罐、饮料瓶等日常用品进行物理实验”.

案例8：在进行光的色散家庭实验时，“在水盆中装有水，将镜子斜插入其中，将盆放在阳光下，转动盆，将反射的光投射在白墙上.”这种方式毫无疑问比用三棱镜要更加具有普适性.

案例9：在进行制作测力计的家庭实验时，选择利用橡皮筋作为研究对象比选择弹簧作为研究对象要合适.

水盆、镜子、橡皮筋更易获得，通过如此简单的物品获得实用的测力计和美丽的彩虹，拉近物理学与生活的距离，激发学生的学习兴趣;同时学生经历探究过程，养成获取数据信息、分析数据信息的能力，认识到物理学与生活相联系，进而体会到实践出真知的道理.

2.2 联系性

教科书是学校教育中最基本、最重要的课程资源之一，是教师开展教学活动和学生进行学习活动的主要参考.在日常教学中，教师准备一节课都是参考各个不同版本的教材进行整合教学，以取得最佳教学效果.同理，在进行家庭实验布置时，教师也可以参考不同版本教材，选取课上未进行实验，而出现于其他版本教材的实验.

案例10：苏科版八年级上册序言中利用“富兰克林捕捉闪电”阐述科学探究的六要素，那么家庭实验就可以让学生做人教版八年级上册序言中的“伽利略对摆动的研究”（如图5所示）.

案例11：人教版八年级上册采用“敲桌子”实验说明固体也可以传声，那么相对应家庭实验可以布置苏科版八年级上册“铅笔敲衣架”（如图6所示）.

以上两个案例巧妙地建立教材与教材、教材与知识点、知识点与实验、实验与学生之间的联系，这样家庭实验就会紧贴课堂，而不会脱离教学实际.

2.3 作业属性

作业是学生根据教师要求，在课外时间独立进行的学习活动，其不仅包含书面练习，而且包括课外小实验、课外小制作……也就是说，家庭实验其实是一项课外作业.

2.3.1 控制作业总量

《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中明确指出：过重的课业负担严重损害青少年身心健康……成立学科兴趣小组，通过兴趣小组的一系列活动培养学生学习兴趣和爱好，从而减轻学生学业上的负担.如果在课外作业正常的情况下再用家庭实验来加码，那么家庭实验不但不能培养学生的学习兴趣和爱好，还有可能成为学生最浪费时间的一项负担.所以，家庭实验应该纳入作业总量，从而提高实验效果.

2.3.2 体现作业评价

作业要做到“有发必收、有练必批、有批必评、有错必纠”.但是实验作业不能仅仅看到答案的正确与错误，要将过程性评价和终结性评价相结合，发展性评价与甄别性评价相结合，运用多样化的评价方法，促进学生全面而富有个性地发展.

案例12：2021年寒假前，新书发下，旧书未收存，笔者布置了“不用生活中的秤，比较八年级上语文书与八年级下数学课时作业哪个重”的家庭实验.一位同学采用直尺做横梁、小书本做砝码来度量两本书的“重”的关系，这俨然就是一个天平的雏形（如图7所示）.

笔者对作业批改后，选取几位同学的实验报告在班级进行呈现，首先由所选同学对自己的实验进行展示，并要求从“好的方面”“有待改进的方面”“我的再思考”进行自评.然后进行同学互评，要求从“我发现两个不同点”“我认为好的方面”“我认为可以改进的地方”，最后进行教师评价，此时评价更多阐述出学生优点，让学生感到荣誉感;阐述出对学生的期待，让学生明确自己学习的方向.

适量的家庭实验作业及合理的评价对培养学生批判性思维大有益处，特别是基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，追求自主创新.

2.4 拓展性

拓展性是基于原有知识、技能和方法，利用家庭现有器材对既有的知识进行深加工，从而取得更加深入、严谨的知识，促进学生核心素养的全面提高.

案例13：“响度与距离的关系”是八年级上册学习的知识，控制变量法是八年级上册习得的技能，手机中的“噪声分贝仪”是较为常见的APP，在上述基础上，“响度随距离变化的可视性研究”就是可行的家庭实验.

通过以上探究，学生发现“APP较为灵敏，用发出持续稳定单音的手机作为声源更好”“由于墙面反射，在空旷的场地进行实验要比在房间内好”“用描点作图得到响度随距离变化的圖像”“响度的变化并不一定与距离成反比”等.

学生在进行家庭实验的过程中应用既有知识，经历探究过程，思考解决问题的最佳路径，学会用数学手段处理物理问题，提高提取信息的能力，提升信息化素养.

2.5 有用性

初中物理注重有趣和有用并存，两者都是学生学习物理的持续动力.家庭实验的有趣性是不容置否的，其实有用才是家庭实验真正的价值，这种价值不仅体现在一些积存并蓄势待发的高阶思维的发展，更要体现对一些疑难问题的解决.

案例14：在进行苏科版“力与运动”教学时，作业中有如下习题：为了探究电梯在运行时受力和运动的关系，小明先将体重计放在静止的电梯中，站在体重计上，示数如图8甲所示，然后乘坐电梯从1层直接到10层，之后又从10层直接回到1层.相关示数如图8乙、丙、丁所示，其中图中右上角为电梯显示的楼层数和运行方向.以下分析正确的是

A.该同学的质量是50kg

B. 由乙图可知，电梯在加速向上

C. 由图丁可知，电梯在减速向下

D. 在丙、丁图状态下，小明受非平衡力作用

本题难度较大，为了能够使学生易于理解习题，笔者布置“电梯运行时，人站在体重计上，其示数如何变化”的家庭实验，学生经过实验，获得表象，完成习题的正确率明显提高，体现出家庭实验的有用性，使家庭实验开展的更加持久，学生的参与度也得到提高.

当然，为了使学生获得荣誉感，笔者将学生的优秀案例发布在公众号中，学生发现自己的实验能够被别人认可，也会增加学生学习物理的兴趣.

总之，只要教师不拘泥于“多、难、偏”的作业观，让学生敢于进行、多进行、善于乐于进行家庭实验，学生的自主学习、动手操作、批判质疑、创新等方面的能力肯定会有长足进步.

参考文献：

[1]江耀基，彭辉.核心素养视域下物理家庭实验开展策略研究[J].新课程评论，2019（12）：86-95.

[2]吉临荣，吉金.农村初中物理低成本实验资源的开发与研究[J].中学物理，2013，31（08）：10-11.

[3]徐正黄.优化物理课堂教学整合物理课程资源[J].江苏教育，2017（83）：7-9.

[4]周健.基于信息化手段的《测量平均速度》的教学[J].中学教学参考，2020（14）：40-41.