增进实验设计体验 提升学生思维品质

张秋红

【摘要】“双减”政策和新课程标准对义务教育提出了更新更高的要求。本文从初中物理教育角度出发，结合“焦耳定律”的教学实践介绍学生进行实验设计、展示交流的实例，让学生增强实验设计体验，顺利突破教学重难点，从而帮助学生增强实验探究水平、提升思维品质，为学生的思维在高中能顺利进阶做好铺垫，为学生的终身发展服务。

【关键词】初中物理  实验设计  思维品质

【基金项目】本文系河北省教育装备“十四五”规划课题“基于思维品质提升的初中物理探究类实验教学实践研究”阶段性研究成果，课题编号：JYZB2204123。

【中图分类号】G633.7   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2024）02-0109-03

一、背景

2021年7月中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》，“双减”政策的落地意在减轻学生过重的作业负担和校外培训负担，目的在于让每一个孩子接受更健康的教育，提升教育质量。2022年版物理新课程标准中明确指出：聚焦中国学生发展核心素养，培养学生适应未来发展的正确价值观、必备品格和关键能力，进一步精选对学生终身发展有价值的课程内容，减负提质，凸显学生主体地位，关注学生个性化、多样化的学习和发展需求，义务教育物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，帮助学生从物理学视角认识自然、解决相关实际问题，初步形成科学的自然观，引导学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，养成科学思维习惯，进而学会学习。

二、学生情况调查

对于初中生而言，初中二年级才开始学习物理，本人针对刚刚升入初二年级的143个学生做了一个调查。调查题目如下：

调查题目1.你喜欢在家动手做一做各种各样的小实验吗？

A.特别喜欢，平时我就喜欢自己在家动手做一做

B.喜欢，只要老师说了我很乐意做

C.一般，做不做都行

D.不喜欢

调查题目2.如果老师让同学们在家准备一个自选小实验，你的实验内容来源？

A.自己思考的

B.网络上查找筛选一下

C.课本中相关的或重复课本中的

D.查找科普类或实验类书籍

调查题目3.假如你在家做实验，你喜欢和家人（如父母）一起进行吗？

A.特别喜欢 B.比较喜欢

C.都行 D.更喜欢自己做实验

调查题目4.如果你要在学校课堂上展示给同学们实验，你会在家事先做准备到什么阶段？

A.好好准备，在家先做熟练

B.准备好器材，心里面想想大概怎么做就可以了

C.准备好器材，到学校再想怎么做就行

D.不会放在心上

调查题目5.如果在课上没有机会展示你在家准备的小实验，你是否愿意录成视频或做成其他形式作品在相关微信群或大屏幕进行展示？

A.特别愿意 B.比较愿意

C.无所谓 D.不愿意

经统计，各题选择各选项人数如表1。

从调查结果来看，49%的学生喜欢在家动手做一做各种各样的小实验，38%的学生在老师布置后也是很喜欢做的。而如果让学生准备一个自选小实验，34%的学生实验内容来源于自己思考，41%的学生会网络上查找筛选一下。假如学生在家做实验，52%学生特别喜欢和比较喜欢与家人（如父母）一起进行，22%学生感觉做实验时有没有家人的参与都行，25%更喜欢自己进行实验。如果要在学校课堂上展示给同学们一个小实验，84%的学生会在家好好准备，先做熟练。如果在课上没有机会展示在家准备的小实验，特别愿意和比较愿意录成视频或做成其他形式作品在相关微信群或大屏幕进行展示的占68%。可见喜欢实验设计操作、边动手边动脑、得到肯定、希望展示等这些特点符合初中生。

三、实际体验

在物理实验教学中，学生会对许多物理现象不能理解，需要我们借助实验现象解决这些问题。学生根据问题，选择实验器材，设计实验。在设计、动手操作的过程中学生的探究能力得到了锻炼，思维品质得到了提升。如在焦耳定律内容的学习过程中学生可进行自己设计和展示实验的体验。如下为焦耳定律教学内容分析及第一课时实际教学过程主要环节：

教材分析：《焦耳定律》是教科版九年级物理上册第六章《电功率》里的内容。本章内容属于课程标准中科学内容的第三个主题“能量”，是该主题下的二级主题“电磁能”中的部分内容，知识内容虽然不多，但很重要，它是从能量转化的角度来学习电学的基础知识。教材在学生已具备电阻、电流、电压、内能、电功等知识后及时地安排了本节课，满足了学生的学习需要，同时也为学生升入高中打好了坚实的基础。此外，本节课也为下一节电功率的教学做了某些知识准备，在全章中起着承前启后的作用。《初中物理新课程标准》中提出的基本理念之一是：“注重科学探究，提倡学习方式的多样化”，在这部分内容的学习中，应该着重让学生亲历各种探究过程，学习知识，发展解决实际问题的能力。

教学对象分析：学生在上节课认识了电流的热效应，知道了电流通过导体产生热量，这为本节课的教学提供了基础；通过课下查阅资料进行实验，找到了比较热量多少的方法，并通过探究“欧姆定律”等实验中关于控制变量法的学习与应用，为“电热与电阻、电流和通电时间关系的探究”提供了科学的思维方式。

教學过程：

环节1：课堂引入

教师活动：设置情境，请同学们帮帮老师：上周六，我出门前嘱咐儿子好好写作业，不要看电视。我回来时看到他在认真写作业，电视机也没打开，很高兴。可是我用手一摸电视机后盖后就发现，他刚看过电视。谁知道我是怎么判定的？

学生活动：同学们积极思考、踊跃回答问题，说出电视机的后盖发热说明刚刚看过电视。

达成目标：设置情境，尤其是同学们都熟悉的情境，吸引了学生的注意力，提升学习兴趣，同时引出本节课的学习知识——电流的热效应。

环节2：提出问题

教师活动：生活中，许多家用电器接通电流后，都伴有发热现象。请同学们找出这些家用电器的共同特点：电烤箱、电热水壶、电烙铁、电熨斗、电炉子等。引导学生观察电炉子工作时的情况并提出问题：电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？

学生活动：观察，结合生活经验进行思考：这些用电器通电后都会发热。认识到：电流通过导体时，电能转化为内能的现象叫作电流的热效应。观察电炉子图片并提出问题：电炉丝和导线通过电流相同，为什么电炉丝热得发红，而导线却几乎不发热？电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？

达成目标：结合实际生活使学生体会理解电流的热效应的概念，并通过观察提出问题：电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关？为下一步的学习做好铺垫。

环节3：猜想假设

教师活动：教师提出问题：结合生活经验，猜想电流产生热量的影响因素，并提醒学生注意控制变量法在探究中的应用。

学生活动：学生结合实际情况猜想影响电热的因素：可能与电流有关；可能与时间有关；可能与电阻有关。

达成目标：使学生结合生活经验等实际情况进行猜想假设，并注意控制变量法在探究中的应用。

环节4：学生实验展示交流

教师活动：电流通过导体产热，其中所产生的热量既看不见也摸不着，如何测量呢？教师从这个问题入手引导学生展示自己的实验设计，解决如何比较电热多少的问题。同时介绍科学方法：转換法。

教师介绍器材（图1）：电阻丝固定在一个通明塑料盒内，盒盖上有接线柱和两个通气孔，通气孔上分别连上橡胶管，把一个通气孔用夹子夹住密封，另一个通气孔通过橡胶管连接装有一定液体的U形玻璃管，把电热的多少转换为观察U形管内两侧液面的高度差。

学生活动：学生展示自己的实验设计，解决如何比较电热多少的问题：用发热的电阻丝切割泡沫塑料，通过切割快慢来比较电热多少；用电熨斗熨烫泡沫板，通过泡沫板的弯曲程度来判断电热多少；给热水器通电通过观察水温的变化来判断电热的多少；把发热的电阻丝和塑料布放在一起，观察塑料布的卷曲程度来判断电热多少等。学生体会转换法的应用。

达成目标：让学生展示自己的实验设计，既能解决如何比较电热多少的问题，又提升了学生在实验当中的参与感，为提升学习兴趣和科学探究能力助力。体会科学方法的作用和多样性。

环节5：电路设计

教师活动：教师在学生设计电路探究电热与电阻、电流的关系时，给予适当引导。探究电热与电阻的关系电路图如图2；探究电热与电流的关系电路图如图3。

学生活动：设计电路用以探究电热与电阻、电流的关系。根据常识（通电时间越长塑料布被烤焦的程度越严重）判断不用设计电路探究电热与通电时间的关系。

达成目标：学生在明确了如何比较电热多少后，又设计了实验电路，为实验探究做好准备。

环节6：实验探究

教师活动：教师展示实验，分别探究电热与电阻、电流的关系：引导学生观察实验、分析归纳。探究电热与电阻的关系电路图如图4；探究电热与电流的关系电路图如图5。

学生活动：学生观察实验、分析归纳得出：电流通过导体产生的热量跟电流、电阻、通电时间有关。电流越大，电阻越大，通电时间越长，电流通过导体产生的热量越多。

达成目标：让学生观察实验、分析归纳得出电流通过导体产生的热量跟电流、电阻、通电时间的定性关系。

环节7：电热的利用与危害

教师活动：教师展示多种利用电热的用电器，请学生判断哪些是利用电热、哪些是防止电热带来的危害。引导学生有节约用电的意识。

学生活动：学生观察判断哪些家用电器是利用电热、哪些是防止电热带来的危害。有节约用电的意识。

达成目标：通过了解电热的利用和防止，认识科学的应用价值，使学生体会物理与生活生产的紧密联系，培养学生将物理知识主动运用于生活生产的意识。

环节8：课堂总结

教师活动：教师引导学生练一练；引导学生对本节课的内容进行小结。

学生活动：学生巩固自己本节课的收获和进行反思总结。

达成目标：使学生在练习和总结知识的过程中，巩固今日所学。

四、感受

实验由学生来设计和展示交流，学生会将生活中的物品纳入实验，其余学生更容易接受和理解。在这个过程中学生要思考、准备器材、动手操作、组织语言，一定程度上成功地解决了问题时，会产生喜悦感，会激发出学生对科学探究的一种深层次动力，并上升到对科学探究的兴趣的提升。这种对实验的兴趣提升扩散到整个学习中，从而将有效提高各学科的学习效益。同时，通过实验设计能力的培养，能够提升学生的创新精神和实践能力，对思维品质的提升起到较好的作用。

五、小结

科学探究不只是科学知识的学习，更是培养学生的核心素养。所以科学课堂中的实验非常重要，让学生参与到实验设计当中，在实验中探究，在实验中发展，在实验中提升认知。新时代需要具有创新型思维的人才，教育的根本意义和价值在于培养创新精神、训练创新能力、提升思维品质。对于初中生而言，也许他的创新和思维还比较初级和幼稚，但是我们要看到这些创新思维之“芽”，相信经过以后学习中的思维进阶，一定能开出创新思维之“花”，结出创新思维之“果”。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]李春密.义务教育课程标准（2022年版）课例式解读初中物理[M].北京：教育科学出版社，2022.

[3]刘阿平.通过实验设计创新 发展学生物理核心素养——以“探究杠杆的平衡条件”为例[J].物理教学探讨，2021（5）：32-34.