实验创新，让物理课堂灵动起来

韦兵余

物理学是自然科学的基本组成部分，实验则是支撑起物理学大厦的基石。《义务教育物理课程标准（2022年版）》在实验教学方面对教师提出了较高要求，除了教材中所呈现的学生分组实验、教师演示实验以外，还要求师生能够利用身边的物品、廉价的新材料对教材中的实验资源进行创新、优化，让实验探究更好地服务于教学，帮助学生实现对物理知识的理解和运用。作为一名初中物理教师，笔者有责任传递好义务教育阶段培养学生创新能力的“接力棒”，引导学生像科学家一样去探索新知，创造未来。笔者的教育主张是以实验为载体，以创新为导向，在实验活动中培育学生自主实验的创新能力，提升学生的核心素养。

一、物理实验创新概念的明确

物理实验是指在教学过程中为了构建某些物理概念、探查某些物理规律，验证某些物理原理，利用实验器材开展有目的、有计划、有组织的研究活动，是进行物理知识建构的重要学习方式之一。创新概念不单指新事物的首次“露面”，也可以是新思维、新方法、新技术等某些事物的凸显。而物理实验创新则是物理实验教学的生长点，其创新的意义与传统意义中的“创新”有所不同。物理实验创新注重的是创新实验过程中所蕴含的教育功能和研究价值。物理实验创新既包含教材实验设计和功能的改进、教具的改造和设计；也包含在实际教学过程中，根据教学设计的需要由师生自行制作教具、学具，以此为学生的创新能力和创新素质的发展做好铺垫。

二、国内物理实验创新的研究现状

20世纪80年代初，创新教育在我国已引起广泛重视，并有许多教育工作者先后开展了研究。我国物理教育界的前辈朱正元教授所倡导的“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”指明了一种物理实验创新的方向。南京师范大学刘炳昇教授一直倾心于实验创新研究，提出“小教具，大智慧”的教育思想，并主编了多部著作，对中学物理实验创新的基本原理及创新策略以案例的形式作出了详细的阐述。南京师范大学附属中学树人学校汤金波老师首先提出了学生自主实验创新是未来物理教学的最优途径，倡导“玩中体验，改中求变，思中顿悟，创中提能”。他的研究团队在核心及主流教学期刊上发表了数十篇关于学生自主实验创新的论文，从学习心理学、认知表征方式的角度和传统的实验改进、自制教具比较的角度，阐述了推进学生自主实验创新的必要性，强调了学生自主实验创新可以轻松实现“从动作表征、图像表征到符号表征”的层级进阶，为学生自主实验创新教学模式的践行提供了理论依据，引发了全国各地物理教育同仁的广泛关注。江苏省南京市秦淮区教师发展中心丁玉祥老师也曾撰文阐释了自主实验创新是学生科学素养培育的重要载体，强调要科学把握其基本特征与实践价值，充分发挥其教学功能，建议围绕课后自主实验设计活动的项目设计、校内物理特色校本课程的内容设计、物理教材规定演示实验的补充改进、课后物理习题创新实践的实验转化、物理实验阶段备考复习的深度拓展、教材综合实践活动习题的创新实践等教学路径开展学生自主实验创新，从而阐明了学生自主实验创新是未来物理教学的最优途径。

同時，许多高校学生和一线教师也纷纷撰文分享自己在实验创新方面的成果。例如，山东师范大学研究生张建华在论文《中学开展低成本物理创新实验设计的实践研究》中系统指出了开发低成本创新实验的美好前景，以及低成本创新实验资源开发的具体方法等。湖南省长沙市南雅中学的彭海燕在《中学物理实验的创新与拓展》一文中，从中学物理实验教学的实践出发，在教学范围、教学方法、教学手段、教学内容及科研与教学的关系等方面，比较系统地探讨了教师在中学物理实验教学中创新的主要途径。华中师范大学研究生朱远稼在论文《中美物理DIS实验系统比较研究》中明确指出，构建信息技术平台是实现物理课程与信息技术整合的迫切要求。随着新课改的不断深入，数字信息化系统实验（如DIS实验系统）越来越受到大家的重视，因为它可以帮助解决某些操作性要求较高的物理实验，且实验现象直观形象，有利于帮助学生对知识的建构和规律的理解。

三、物理实验创新的基本策略

既然物理实验创新对物理学科素养发展如此重要，作为一线教师，我们应该如何开展实验创新活动，有哪些具体策略便于实施？众所周知，实验创新不能是无根浮萍，必须有载体可以依托。而物理教材是承载科学知识的重要文本，蕴含着丰富的实验资源。若能依托教材中的实验资源，引导学生自主开展实验创新活动，不仅能够培养学生的创新能力，也能够提升学生的核心素养。

1.优化实验方案，弥补教材缺憾

尽管编写教材的专家对每一个实验方案都进行了精心设计，但我们在教学过程中仍然发现了某些实验方案存在一些“瑕疵”，影响了实验效果。而物理教材中的这些“瑕疵”，正是师生进行自主实验创新最好的资源。

例如，在“估测大气压的值”实验中，把注射器的活塞推至针筒的底端来排尽针筒中的空气，然后用橡皮帽封住注射器的小孔，以期在注射器针筒内制造一个“真空”的环境。事实上，注射器中的空气无法完全排尽，因为注射器针筒的前端尖嘴内还残留了少量空气，这也是造成所测大气压的值比标准大气压值偏小的重要原因。笔者受到护士输液排气的启发，用水填补注射器前端尖嘴中的“空白”。同时，为了减小注射器针筒与活塞之间的摩擦对测量结果造成的影响，我们先后测量出针筒与活塞相反方向的滑动摩擦力大小，取大气对活塞的压力的平均值，使测量结果更加接近于真实值。

2.改进实验装置，凸显实验魅力

尽管教材中大多数实验装置设计精巧，操作简便，实验现象明显，但在实际教学过程中，笔者仍然发现了个别实验方案中的装置存在着缺陷或不足。为了发挥物理实验在知识建构中的特殊功能，笔者认为很有必要对其进一步改进。

例如，在“研究气泡的运动规律”实验时，若按照教材中的实验方案进行实验就存在诸多困难。普通学校物理实验室极少配备内径约为1厘米、长约1米的细玻璃管，且在实验操作过程中很可能由于操作不慎造成细玻璃管破损，甚至会给实验人员造成身体上的伤害。在教学中，我们用亚克力透明塑料管来替代长玻璃管，用掺入一定比例洗洁精的水作为实验所需液体，减缓气泡上升的速度，从而延长实验的时间，便于学生观察实验现象和记录实验数据。

3.自制实验教具，提高教学效益

物理课程标准中指出，利用日常物品做实验，不但具有简便、直观的优点，而且有利于培养学生动手能力和创新意识。可见，借助常见的生活物品开发低成本实验资源，既可以帮助学生在知识建构中搭建思维阶梯，轻松实现学习进阶，也能帮助一些学校摆脱实验器材不足的困境。

例如，我们用塑料瓶、注射器针筒、气压式喷壶等生活常见物品自制物体浮沉演示仪（如图1）。

利用它不仅可以直观演示物体排开液体体积的多少对物体浮沉的影响，也可以直观演示物体自身重力的改变对物体浮沉的影响，还可以直观演示液体密度的改变对物体浮沉的影响，实现了一个器材多种用途。

4.创新实验教具，突破教学瓶颈

教材中关于电磁铁磁性强弱的影响因素以“读一读”形式呈现，主要通过简要文字表述了电磁铁磁性强弱与线圈匝数多少、线圈中电流大小有关，缺乏定量的、直观的“实验证据”，致使学生在电磁铁磁性强弱的认知上不够深入。为了突破教学瓶颈，我们利用微型电子台秤、纽扣式铷磁铁一枚、铜漆包线、开关、3.8V小灯泡（附有灯座）、学生电源及亚克力透明塑料板等常见生活物品，自制电磁铁磁性强弱测量仪（如图2所示）。利用这个装置中的微型电子台秤所显示的数值前的正负号，可以直接判别电磁铁的极性，电磁铁磁性强弱也可以通过电子台秤所显示的数字大小直接展现，充分体现了创新实验教具的直观性。

由此可见，物理实验创新是一个非常值得一线物理教师研究的课题。在实验创新探究的过程中，既可以学习、借鉴一线教师的成功做法，也可以发挥聪明才智，自主开展实验创新，使其成为撬动物理高效课堂的那根最省力的“杠杆”，也让物理学科核心素养的培育落地生根、茁壮成长。

（作者单位：江苏省连云港市和安中学）