初中物理实验教学方法探索

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摘要：随着物理新课程改革的不断深入，在实验课堂教学中教师应重视培养学生的核心素养，对学生的实验能力提出更高的要求，积极组织学生开展物理实验。文章主要围绕创新物理实验教学方法、开展实验背景知识探究、培养学生物理实验思维以及提高学生物理综合素养这几方面展开讨论，进而分析核心素养下开展实验教学的策略。

关键词：物理；核心素养；教学策略

物理是一门实验性的科学，在物理学的发展过程当中，理论和实践相辅相成，互相依赖，因此进行物理实验，对于理解和掌握物理知识起着关键的作用。实验主要是运用仪器和设备再现某一种物理现象，通过在实验室人为再现的方式，有目的性地研究某一种物理实验现象。在物理学的发展历史过程中，实验扮演着重要的角色，正因为有科学的物理实验，物理学家们可以总结经验，发现规律，最终得出正确的实验结论。

一、创新物理实验教学方法

现如今，实验教学中普遍存在以练习代替实验的现象，这反映出许多教师对于实验不够重视，教师认为学生可以通过习题训练的方式掌握物理实验。然而“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，教师通过考试实验习题的方式，大幅度地压缩了物理实验的课时，长此以往，会导致学校的实验室形同虚设，学生埋头于题海之中，逐渐减弱学生对于物理实验的兴趣。这会导致学校不采购相应的实验器材，使得物理实验室无法满足实验条件，导致教师无法开展实验课程，只能通过口述讲解的方式代替操作实验。新课程标准明确提出要培养学生解决问题的能力，《物理课程标准》越来越注重培养学生学科之间的串联能力。笔者采用将物理实验课堂与数学课堂相结合的方式，根据物理实验数据画出数学函数图像（如图所示）让学生在实验的过程当中，亲自记录物理实验数据，并探究实验数据之间的数学关系，运用物理与数学两门学科相互交叉的方式，提高学生的学习热情。为开展物理创新课堂，笔者为学生设计了新型物理实验，例如，在学习“探究凸透镜成像规律”时，利用一根蜡烛，一个凸透镜，还有一块光屏作为实验器具。首先进行实验演示，依次将这三种实验器具摆放在标尺上，将点燃的蜡烛放置在标尺的原点处，通过改变凸透镜和成像光屏的位置，学生可以发现，蜡烛在光屏上的成像也是不同的。当蜡烛距离凸透镜之间的距离为16厘米的时候，光屏上呈现出了一个清晰的等大的蜡烛像，根据物理公式可以得出U＝2F（物体距离等于二倍的焦距时，光屏成像与物体等大），通过标尺可以知道U＝16厘米，因此不难算出F＝8厘米。接着，教师可以让学生在观察实验的过程中记录实验数据，主要包括蜡烛到凸透镜的距离（U）以及成像到凸透镜的距离（V），然后汇总出学生记录下来的数据，作出以下函数图像，如下图所示。教师向学生讲解相关的物理实验原理，并告诉学生当物体到凸透镜的距离，与成像到凸透镜的距离相同的时候，会在光屏上看到一个倒立着的和实际物体大小相同的成像，并且此时根据算式可以列出物理算式，U＝V，而此时可以明确物体距离U等于二倍的凸透镜焦距，从而就能够测算出来凸透镜的焦距。此外在该物理实验当中，笔者准备了不同类型的凸透镜，有一些凸透镜的焦距比较大，有一些凸透镜的焦距较小。通过多次实验，学生可以自己测量出凸透镜的焦距，从而画出不同的函数图像。当学生遇到类似的数学函数与物理实验相结合的题目时，就能够迎刃而解了。

二、开展实验背景知识探究

物理需要学生学习到的知识通常都和学生的生活息息相关，对于初中阶段的学生而言，他们正处于对这个世界充满好奇心的阶段。作为一名初中教师，应当培养学生善于思考，善于发问的习惯。一些有趣的物理小实验背后往往也有十分有趣的背景知识，教师可以借助生活当中的事件或者现象，引导学生开展探究活动，让学生体会到物理实验在生活中的作用。物理课本当中写了这样一个小故事：2000多年前，古希腊学者阿基米德需鉴定国王的王冠是否是用纯金制造的，所以要测量出王冠的体积，而王冠是一个不规则的物体，因此他冥思苦想了很久，都没有想出测量王冠体积的方法。而某一天当他跨进浴缸时，观察到浴缸中水向外溢出，这一现象给了他灵感，当物体浸在液体当中时，会排开一定的液体体积，那么排出的体积会是物体的体积吗？随即他进行了深入的科学研究，从而发现了浸到液体中物体的体积等于物体排开液体的体积，从而顺利测量出了王冠的体积。当学生学习了“浮力”相关知识后会了解：阿基米德原理是计算浮力大小的重要方法，因此，有很多学生以为阿基米德原理实验是获得浮力大小的实验，而这样的理解并不是完全正确的，阿基米德原理包括的内容很多，学生把这一原理的适用范围变窄了。在学习实验之后，有必要向学生更深一步讲解实验的相关背景知识。随着物理学科的发展，人们也逐渐认识到了浸在液体中的物体都会受到液体向上的浮力。后人将阿基米德原理公式总结为：F浮＝G排。即浮力等于排出液体的重力。因此，学生所理解的阿基米德原理实验并不是为了计算物体所受浮力的大小，而是探究物体所受浮力大小与物体排开的液体重力之间的关系。这样的表述方式才更加严谨准确，更加符合物理实验学科的严谨精神。为了让学生更加清晰地看到实验的过程，在开展“探究浮力的大小与哪些因素有关”的实验中，笔者在实验室准备了相关的实验器材，包括：弹簧测力计、金属块、量筒和一定量的水。首先，笔者向学生介绍弹簧测力计这一实验器材的用法，弹簧测力计是一种能测量物体重力的仪器，首先把金属块挂在弹簧测力计的下方挂钩处，此时弹簧被拉长，在纸表盘上也会显示出一个数值，此时这个数值就表示金属块的重力大小，记为F1。第二步，在量筒当中倒入适量的水，记录下水的体积，记为V1，接下来手提弹簧测力计，将金属块浸没到水中，要使得金属块完全没入水中，此时再记录一下量杯里水的最高刻度记为V2，此时观察手中弹簧测力计的数值，不难发现，此时挂着金属块的弹簧测力计上显示的数值已经与第一次显示的数值不一样了。根据测力计上两次显示数值的差值计算出金属块在水中的浮力，即为物体所受的浮力（F浮＝F1－F2）。再计算出两杯当中水体积的差异，从而得到物体排开液体的体积为（V2－V1），再通过液体重力计算公式，计算出水的重力：G水＝ρ（V2－V1）g，最后比较所得数据的关系，学生不难发现浸在液体中的物体受到的浮力大小，与物体排开液体的重力相同，即F浮＝G水。通过比较发现：物体受到的浮力恰好等于排开液体的重力。而且无论是什么物体和什么液体，也无论物体在液体中是完全浸没还是浸入一部分，也无论物体在液体中是漂浮还是下沉，通过实验我们都会发现：物体受到的浮力都等于排开液体的重力。由此总结出了阿基米德原理的内容：浸在液体中的物体受到向上的浮力，浮力的大小等于物体排开的液体所受的重力。

三、培养学生物理实验思维

美国心理学家布鲁纳在发现学习理论中强调，在学习知识的过程当中，学生是一个独立而积极的探索者，其中教师的作用是要为学生提供一个能够独立探究的情景，而不是提供现成的知识。所以在初中阶段，在物理课堂的教学过程中，教师应当十分注重学生科学思维的养成和建立，学生所面临的物理实验的难度大部分并不大，并且很多实验都能够在家中自主完成，因此教师可以借助有效的课堂教学，引导学生自主思考，这样能够激发学生在课下自主进行实验探究的动力，帮助学生完成知识的掌握和内化，从而提高课堂教学效果，逐渐使学生养成问题意识。在初中物理教学课堂上，教师要精心设置问题，通过提问的方式来引发学生思考，激发学生的创造性思维，培养学生的自主意识和独立人格。在物理学科中，要想培养学生的物理实验思维，要从以下几个方面做起：首先教师要善于抓住事物的本质属性和内在规律，对物理问题进行概括；其次是在分析物理问题时，要善于建立物理模型，物理模型是对初中高年级学生提出的更高要求，虽然建立物理模型这一概念相对比较抽象，但是利用模型的概念，能够帮助学生解决很多物理逻辑思维的问题；最后要引导学生善于运用数学手段（数学公式推导和函数图像）来解决物理问题，数学是物理学科的基础，因此学会利用好数学工具是解决物理问题的基础。比如，教学“光现象———光的直线传播”的时候，实验课上准备了一个大水缸和一支激光笔。通过学习，学生知道在空气当中光线是沿直线进行传播的，但是光记住这一知识点还不够，还需要通过实验的方式让学生亲眼看到。笔者用激光笔朝着天花板进行照射，学生能够清楚地看到一条射向天花板的直线，接着进行进一步的思考：光线在水中还会是直线传播吗？将激光笔放在水缸的左侧，向水缸的方向进行照射。学生依然能够观察到，激光穿过整个水箱，在光的传播过程当中仍然呈现出一条直线。此外通过提问的方式，引发学生对于光现象的深入思考：①光为什么是以直线的形式来传播的？②你能够举出哪些现象表明光是以直线形式来传播的？这些问题对于认真学习新课的学生来说并不难回答，答案全部都在课本当中。在课堂上为了检查学生的掌握情况，教师可以让学生合上课本，用自己的语言来回答。考查学生是否理解了什么是光的直线传播。学生A回答道：“在日常生活当中，人们所见到的光线都是直线，没有曲线。”这种回答完全正确，因为人们在生活现象当中看到的光线确实没有呈曲线形式的。学生B在课前查阅了相关的资料，给出了更加专业的回答：“光之所以是直线传播，这是由光的本性所决定的。一般情况下光可以被看成是一种特殊的粒子，光粒子在不受任何外力的作用下，会一直沿着直线前行。”这时学生C提出质疑：“既然光是沿直线传播的，那么为什么在下雨天，人们看到的闪电不是一条直线呢？”能够提出这样有创造性的问题，说明学生对光现象有自己的认识和思考。关于“闪电为什么不是一条直线”这一问题，很多学生都有这样的疑惑，当学生无法回答的时候，笔者再对学生的提问进行解答。下雨天出现的闪电，实际上并不是一束光线，而是天地之间形成导电通路发生的放电现象。在慢速观察当中，科学家发现闪电实际上是高温电离激发出来的等离子体。由此可见，通过提问的方式进行思考和探究，学生能够在讨论的过程当中收获更多的新知识，也能够在探究的过程当中逐渐锻炼学生的实验思维，使学生养成科学严谨的实验态度。

四、提高学生实验综合素养

对于初中阶段的学生而言，在物理课堂上除了要准确理解物理课上的基础公式和定理之外，能够独立完成基础的实验操作，也是物理学习的另外一个重点，新课标改革对学生能力的要求变得越来越高，物理实验的分值也将增大。所以实验教学也是物理教学的重难点，甚至从某种程度上来讲，学生的物理实验操作能力比他的理论知识点更实用，并且学生的实验操作能力的高低对他们今后的工作和学习有着重要的影响。在实验教学过程当中培养学生的核心素养，有利于提高学生物理的综合能力，从而使得学生具备更强的解决问题的能力。因此教师开展实验教学的时候，应当合理设置课堂问题，创设出良好的学习情境，丰富学生的学习。新课程标准明确提出在课堂中教师和学生应保持良性互动，不断对物理学习进行创新发展。生活中，小到照明电路的安装，各种物体质量的测量，大到交通运输和生产劳动，都需要这方面的能力。所以，教学大纲把培养学生的实验操作能力作为素质教育重要的一个方面。物理实验本身就是一个操作过程。教师最好能让学生分组实验，每个人都有操作机会，在演示实验中，可让部分学生配合教师一起完成实验，条件许可时，可将演示实验改为学生实验，尽力地提升学生的动手操作能力，这样对他们学习物理是有极大帮助的。教师可以开展物理趣味实验比赛来提高学生的参与程度。学生以小组为单位进行实验比拼，在一个个物理实验的过程当中，每一个小组能否进行高效的配合是比赛的关键，这样既能够锻炼学生的团队合作意识，也能够提高学生对于物理实验的熟练程度。实践表明，实验比赛能够激发学生的讨论和思考，也能够加深学生对于相关物理知识的理解和印象。在实验比赛的过程中，学生在物理知识的海洋当中进行深入思考，既增长了自身的物理知识，又提高了自身的物理实验能力，有利于培养学生的综合应用能力，帮助学生养成团结协作、共同进步的学习氛围。在物理实验比赛的过程当中充分展现出了每个班级小组的风采。因此，开展趣味物理实验比赛的活动意义在于，激发学生对物理的浓厚兴趣，提高学生对于物理学科的学习兴趣，使学生体会到物理之美。综上所述，教师组织学生开展有效的物理实验学习，需要为学生提供足够的自由发展空间，让学生在实验过程当中掌握主动权，从而提高学生的参与度，丰富学生的物理学科知识，提高学习效率。在物理学习阶段，教师的主要任务是使学生养成良好的物理学科思维以及科学严谨态度，通过组织实验的方式培养学生的物理核心素养。

参考文献：

［1］薛钰康．运用知识图谱指向核心素养的物理复习课教学设计：以初中物理力学综合复习教学为例［J］．物理教师，2020（2）：41－43．

［2］沙丽塔娜提·吾肯．利用综合实践活动拓展初中物理实验教学［J］．教育研究，2020，3（5）：74－75．

作者：王锡龙