初中物理实验的创新设计及改进

摘 要：创新设计物理实验有助于为学生搭建自主探究空间，培养学生的物理思维、实践能力等素养。在进行物理实验创新设计时应遵循实践性、开放性、创新性、情境化等原则，做好学前分析、实验过程设计、结构化设计，发挥实验创新设计及改进的价值。教师应基于生活实际、学生兴趣、思维培养、物理学习过程，创新和改进物理实验，使学生对物理实验充满兴趣和期待，愿意通过物理实验学习物理知识，提升自身素养。

关键词：物理实验；创新设计；实验改进

作者简介：龚琪（1970—），男，上海市傅雷中学。

初中阶段的物理教学应重视学生学习能力、物理学习兴趣、学习态度等方面的培养，为学生的物理学习打好基础。实验是物理教学中的重要内容，改进和创新实验设计有助于培养学生积极的学习态度，使学生在物理学习中保持高度的学习热情，对于提升学生学习能力、打造高质量物理课堂有着重要意义。

一、初中物理实验的创新设计及改进意义

物理学科作为自然学科，其核心任务是揭示自然界的规律。这些规律通常具有一定的抽象性，学生难以直接理解，因此实验成了一个非常重要的学习途径。在实验中，学生可以通过观察现象发现规律，理解概念和原理，建立物理思维，并学会应用物理规律来解决现实生活中的物理问题。创新和改进物理实验设计，可以激发学生对实验的兴趣，让他们在愉快的氛围中掌握知识和提高能力，这对于提升学生的物理学习质量至关重要，有助于激发他们持续学习的动力。

《义务教育物理课程标准（2022年版）》对初中物理提出了更高的要求，要求培养学生的物理思维和物理观念。传统的物理课堂通常实施“灌输式”教学，不利于学生理解抽象的物理概念、发现本质规律、形成物理思维。而创新物理实验设计，对物理实验进行改进，可以为学生搭建直观的学习情境，使学生更好地理解物理知识，并通过自我反思与探究，进行更深层次的学习。这对于落实新课标、培养学生的综合素养具有重要作用。

二、初中物理实验创新设计及改进的原则与方法

（一）设计原则

物理实验的创新设计和改进需要综合考虑多个因素，包括物理学习内容、学生学习情况、学生兴趣点、物理实验条件等，以提升物理实验教学质量，满足学生需求，使学生能够通过实验学习知识与提高能力。因此，物理实验的创新设计和改进应遵循以下原则。其一，情境化原则。所谓的“情”，指情感、兴趣、思维；“境”则指场景，是符合学生思考和探究兴趣的具体场景或环境。教师需要重视物理实验情境设计，使学生能够沉浸于实验中，更好地理解概念，发现问题并解决问题［1］。其二，实践性原则。物理实验的设计和改进应从学生的视角出发，鼓励学生积极参与实验，形成高质量的物理学习过程。其三，创新性原则。传统的物理实验内容通常较为详细，但缺乏新颖性，这可能导致学生兴趣下降。因此，教师应该尝试创新物理实验，引入新工具、新方法、新技术，以吸引学生的关注，提升他们对物理实验的兴趣。其四，开放性原则。物理与社会生活密切相关，涉及多个学科，所以物理实验设计也应融入生活案例，促使物理与其他学科融合，为学生提供一个开放的学习空间，拓宽他们的学科视野。

（二）设计方法

在物理实验创新设计中，首先应做好学前分析，分析内容要包括学生的知识水平、能力水平、兴趣点以及实验条件，从学生能力和客观条件出发选择合适的实验内容。其次，优化实验过程设计。教师要考虑采用哪些方法进行实验以及如何引导学生，同时引入新颖的实验方法，例如小组合作实验、学生自主实验、“实验＋活动”等，提升学生实验体验。再次，做好结构化设计。物理实验的设计应与教学内容和进度相契合，确保实验与教学紧密联系。实验设计应有助于学生更好地理解教学内容、巩固知识和培养物理思维。最后，做好实验反思和改进。物理实验创新设计需要结合实践，通过实际实施实验、观察物理过程、总结实验结果，教师可以对不理想之处进行改进，确保实验设计的科学性和有效性，为学生的物理学习创造有利条件。

三、初中物理实验设计及改进中存在的问题

（一）实验难度较大，学生参与性较低

在物理实验创新设计中，部分教师过于注重知识学习，而忽略了学生的实际参与，同时，设计的实验难度较大，学生难以独立完成，导致学生不愿意采用实验的方式学习。此外，部分教师在实验设计中对实验场景和工具的考虑较少，过于重视实验的新颖性，没有充分考虑实验物品的可获得性和实验场景的安全性，导致实验难以进行，影响学生的学习体验和能力提升。

（二）实验内容枯燥，学生兴趣较低

部分教师没有根据学生的需求丰富实验内容，导致学生对实验兴趣不高。一些教师尽管具备创新意识，但创新仅限于形式，如改变工具或场景，换汤不换药，导致学生难以感受到物理实验的趣味性，从而失去主动探究、思考物理实验过程的热情。

（三）实验缺乏探究性，不利于物理思维形成

一些教师给出实验要求和步骤过于详细，导致学生缺乏思考和探究的机会，只是机械地根据要求做实验。在这种情况下，学生会失去培养创新思维和探究能力的机会。此外，缺乏悬念和情境创设的实验设计也使学生难以发挥想象力和拓展思维。

（四）缺乏课外实验融入，难以构建持续学习过程

物理学习需要走向实践，和学生生活紧密相连，但是一些教师的实验教育限于课堂内，缺乏课外实验的融入，场景单一，导致学生在课后难以继续进行物理实验学习，只能依赖于“刷题”和死记硬背。这限制了学生的学习行动，不利于学生构建持续的学习过程。

四、初中物理实验的创新设计及改进有效策略

（一）基于生活創新和改进实验，提升学生参与度

物理实验的创新设计应紧密结合学生的生活经验，使实验内容与学生的日常生活相关，以便学生理解知识。首先，教师应考虑学生的日常生活经验，找出与实验内容相关的情境或例子，这样学生会更容易理解实验的背景和目的，从而更愿意参与其中［2］。其次，实验不宜太复杂，时间应控制在合理范围内。复杂的实验需要学生花费许多时间与精力，可能会导致学生失去兴趣和耐心，难以保证实验质量。

例如，沪教版初中物理八年级上册（第一学期）“二力平衡”一课涉及摩擦力知识点的学习。为了帮助学生理解摩擦力以及摩擦力在社会生产生活中的作用，笔者进行了如下实验设计。

（1）“筷子提米”——摩擦力小实验

实验材料：瓶子（或者空纸杯）、大米、筷子

实验过程：取一个瓶子（或者空纸杯）装入适量大米，将大米压实。在瓶子中插入一根筷子，再次压实大米，然后通過提筷子尝试将装有大米的瓶子提起来。

这个实验简单易行，操作难度适中。通过这个实验，学生能够直观地感受到大米与筷子之间的摩擦力，理解为什么通过提筷子能够提起瓶子。此外，这个实验基于日常生活经验，学生容易理解，从而加深对摩擦力概念的认识。

（2）“筷子夹玻璃球”实验——体会摩擦力

实验材料：筷子、玻璃球、粗糙布、双面胶、沙子等

实验过程：使用筷子夹住玻璃球，观察夹取的效果，感受摩擦力。思考如何更有效地夹住玻璃球，可以尝试在玻璃球上粘贴粗糙的布，或者在筷子上贴双面胶，并在双面胶上撒上沙子等。

通过这个实验，学生将更深入地理解摩擦力的的概念，同时培养解决实际问题的能力和创新思维。

（二）基于学生兴趣创新实验，激发学生兴趣

在物理学习中，兴趣是提升学生学习动力的关键，教师应从激发学生兴趣的角度出发，创新实验设计。教师可在实验中设计悬念，调动学生的探究欲望，让学生通过查阅资料或者合作探究的方式来参与实验，引领学生学习［3］。此外，教师可以关注学生的兴趣爱好，结合他们在日常生活中所参与的活动来创新实验，从而激发学生对实验的兴趣，提高实验的教学价值。

例如，在沪教版初中物理九年级上册（第一学期）“大气压强”的实验教学中，教师可以设计“神秘的瓶子——探究大气压”实验。即取一个瓶子装满水，接着在瓶子不同的面、不同的高度扎几个小孔，然后观察瓶子中水流的状况。为了激发学生对实验的兴趣，教师可以在实验前设置“水流是否会从四面八方涌出”的悬念。通过设计这个悬念，学生会对实验情境充满好奇和期待。当学生发现这种现象实际上不会发生时，他们会积极探究原因，尝试在不同情境下扎孔，例如拧紧瓶盖后再扎孔，或者扎更多的孔，以更深入地理解大气压的作用。这种基于学生兴趣的实验可以使学生更积极地参与到学习中，提高实验的教学效果。

（三）设置探究性实验，培养学生物理思维

物理实验应是学生主动参与的实验，教师只有发挥学生在实验中的主动性，才能让学生通过实验深化学习、总结规律、形成概念、提升认知。因此，在物理实验创新设计中，教师应特别关注实验过程，为学生搭建思考和探究的平台，让学生有机会进行思考和实践，使他们总结物理规律。此外，教师还应坚持因材施教的原则。对于那些在物理学习方面表现出较强能力的学生，可以设置开放性实验内容，鼓励他们根据所学的物理知识自主设计实验并得出结论。这种方式不仅能够丰富学生的学习体验，还能够为他们创造广阔的探究空间，使他们能够自主思考和探究，从而形成积极的学习过程。

例如，大气压强这个概念比较抽象，不少学生对于“大气对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压”这样的定义感到一头雾水。对此，教师可以设计“覆杯”探究实验。这个实验所需的实验工具较少，步骤简单，容易操作，重点是让学生自己完成实验，体验探究的过程。实验过程如下：（1）取一个杯子，不装满水。（2）在杯口盖上纸片，倒置杯子，观察实验现象。（3）将杯子装满水，在杯口盖上纸片，再次倒置杯子，观察实验现象。（4）在杯子的顶部钻一个小孔，然后用透明胶带封孔，在杯口盖上纸片，倒置杯子，观察实验现象。（5）揭开胶带，使空气重新进入杯子中，再次倒置杯子，观察实验现象。

通过实验索引，学生可自主完成实验探究，思考大气压强的概念，并用自己的话表达出来，如：“大气压强是指大气对物体表面产生的冲击力，由大量的大气分子共同施加在物体表面上的压力所形成。”这种方法可以帮助学生更深刻地理解压强概念，培养他们的物理思维能力。

（四）融入课外实验，拓展物理学习空间

“双减”政策下，物理新课标的实施对课后物理学习提出了更高的要求。教师应根据“双减”政策和核心素养要求，积极设计课外实验，以激发学生对物理知识的探索兴趣，让他们享受物理学习的乐趣［4］。课外实验能为教师和学生提供更广阔的探索空间：一方面，教师可以克服场景和设备的限制，拥有更高的物理实验设计自由度；另一方面，学生可以得到家长的帮助或者查询课外资料，从而实现学习的拓展，确保学习的深度。因此，在设计课外实验时，教师可以融入多种元素，如木板、乒乓球、玻璃片、“热风车”等，提升实验的新颖性。教师还可以组织家庭类的小实验，让家长参与其中，这不仅可以起到监督的作用，确保实验质量，还能培养学生的合作精神。

结语

物理实验对于帮助学生理解概念、掌握知识具有积极的意义。在初中物理教学中，教师应该充分考虑学情，从学生的角度出发，设计和改进物理实验，使实验更加有趣，引导学生进行科学学习，培养学生的物理思维，帮助学生形成科学的物理学习方法，提高学生的物理学习质量。

［参考文献］

王想敏.核心素养导向下的初中物理创新实验教学设计：以“大气压强”实验教学为例［J］.物理教学，2022，44（2）：38-40.

吴玉茹.初中物理实验“分组合作”学习模式构建的实践探索［J］.读写算，2022（5）：153-155.

单佳丽，陆增友，崔恺.在物理实验教学中提升学生创新思维能力的实践研究［J］.中学物理教学参考，2021，50（33）：28-30.

高学哲.让理性课堂充满智慧之光：论初中物理实验教学中学生创新思维的培养［J］.数理化解题研究，2021（14）：76-77.