王燕紅

(臺州市路橋區(qū)新橋鎮(zhèn)初級中學(xué)，浙江 臺州 318055)

初中物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

王燕紅

(臺州市路橋區(qū)新橋鎮(zhèn)初級中學(xué)，浙江 臺州 318055)

科學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科．在科學(xué)課堂教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)已經(jīng)從從前的從屬地位轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)重要的教學(xué)手段,但是教材實(shí)驗(yàn)存在一定的缺陷．因此教材實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的研究對提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)、創(chuàng)新能力尤為重要．筆者對教材中的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新,幫助學(xué)生針對抽象概念的形成、科學(xué)規(guī)律的得出、解決實(shí)際問題等難點(diǎn)進(jìn)行突破,取得一定效果．

教材實(shí)驗(yàn)； 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)； 設(shè)計(jì)； 教學(xué)難點(diǎn)

2011版的浙教版《科學(xué)》教材中共有各類實(shí)驗(yàn)318個(gè),新教材里的實(shí)驗(yàn)不僅在數(shù)量上有了大幅度的增加,而且內(nèi)容取材新穎、生動(dòng)活潑、趣味性強(qiáng)、貼近生活、適合于廣大學(xué)校的普遍實(shí)施．教材中幾乎每一節(jié)都設(shè)置了演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn).在實(shí)驗(yàn)的形式上,無論是演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn),則沒有嚴(yán)格的界限,只是用“實(shí)驗(yàn)”、“活動(dòng)”、“探究”來說明,給一線教師的教學(xué)提供了較大的自由度．但在實(shí)際教學(xué)中,有些實(shí)驗(yàn)步驟復(fù)雜、周期長,有些學(xué)校器材老舊,實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往達(dá)不到理想的效果．因此,我們需要對教材中的一些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新,使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加合理,步驟更加嚴(yán)謹(jǐn),具有更好的可操作性．從而彌補(bǔ)一些課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不足,便于學(xué)生更加直觀地理解課本中的新知識,提高每個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．

1 化繁為簡，幫助學(xué)生認(rèn)知抽象概念

初中學(xué)生抽象思維和邏輯思維能力正在不斷形成與發(fā)展,對抽象的概念還不易理解和接受．創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)転閷W(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念提供符合認(rèn)知的環(huán)境,通過實(shí)驗(yàn)使科學(xué)現(xiàn)象反復(fù)再現(xiàn),化無形為有形,使抽象的概念形象化,降低學(xué)習(xí)的難度,使學(xué)生通過最簡捷的思維活動(dòng)形成概念,從而突破知識本身的難點(diǎn)．

案例1.杠桿的力臂.

問題分析： 杠桿力臂概念比較抽象,學(xué)生潛意識把支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離當(dāng)作力臂．為了解決這個(gè)問題,設(shè)計(jì)了如下兩個(gè)實(shí)驗(yàn)．

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)1： 讓學(xué)生體驗(yàn)力臂的大?。∫恢сU筆,一端用繩子吊上鉤碼,中間系上細(xì)繩,另一端吊上橡皮筋,學(xué)生一手拿細(xì)繩,另一手分兩次不同方向的力拉橡皮筋,為了使鉛筆保持水平狀態(tài),體驗(yàn)兩次拉的時(shí)候所用力的大?。畬W(xué)生體驗(yàn)到拉力大小不但跟支點(diǎn)與力的作用點(diǎn)的距離有關(guān),還與拉力的方向有關(guān)，如圖1所示．

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)2： 將直尺固定在飛鏢盤上,代替杠桿,在直尺的左端掛上一定數(shù)目的鉤碼,在右側(cè)尺子某一點(diǎn)用彈簧秤拉來保持杠桿平衡,改變彈簧秤拉力方向進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn),每次讀出拉力的大小同時(shí),還測出支點(diǎn)到拉力作用點(diǎn)的距離以及支點(diǎn)到拉力作用線的距離,如圖2盤上的同心圓的半徑當(dāng)力臂,并把數(shù)據(jù)列在表格里進(jìn)行比較．

圖1 拉力與方向關(guān)系

效果對比： 通過實(shí)驗(yàn)1的活動(dòng),學(xué)生感受了杠桿動(dòng)力大小,拉力大小不但與拉力到支點(diǎn)之間的距離有關(guān),還與拉力的方向有關(guān)．通過比較實(shí)驗(yàn)2所測的數(shù)據(jù),學(xué)生會(huì)恍然大悟,拉力大小原來是由支點(diǎn)到拉力的作用線的距離決定的，只要支點(diǎn)到拉力的作用線的距離不變,其拉力的大小是不變的．由此得出力臂的概念,他們不但能畫出各種力臂圖示，也為杠桿的平衡條件、杠桿的應(yīng)用打下了良好地基礎(chǔ)．

在科學(xué)教學(xué)中有很多諸如比熱、密度、壓強(qiáng)等抽象的概念學(xué)生難以理解,教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)往往難以達(dá)到預(yù)設(shè)的效果,教師如果對這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),讓學(xué)生參與體驗(yàn),采用控制變量的方法測出多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),讓學(xué)生在這些數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律,對前概念的有效轉(zhuǎn)換將起重要作用．

2 步步為營，解決學(xué)生思維障礙

教師認(rèn)為簡單的推理,對于學(xué)生來說卻可能存在很大的思維障礙．因?yàn)槌踔袑W(xué)生空間想象能力與抽象思維能力較差,需要用簡單、直觀的實(shí)驗(yàn)解決復(fù)雜、抽象的科學(xué)問題,從而有效培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、訓(xùn)練大腦思維和提高科學(xué)素養(yǎng)．通過學(xué)生參與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,引導(dǎo)學(xué)生操作、觀察,歸納概括而得出規(guī)律．通過實(shí)驗(yàn)使科學(xué)現(xiàn)象呈現(xiàn),為學(xué)生創(chuàng)設(shè)思維的臺階,降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度,從而達(dá)到課標(biāo)要求．正如美國心理學(xué)斯滕伯格說的“教育的最重要的目標(biāo)就是引導(dǎo)學(xué)生的思維,這也是教育的最令人歡欣的目標(biāo)．[1]”

案例2.做功改變內(nèi)能.

問題分析： 做功改變內(nèi)能,當(dāng)壓縮活塞,看到乙醚燃燒,給密封盛少量水的錐形瓶內(nèi)充氣,充到一定程度時(shí),突然瓶塞跳起,瓶口出現(xiàn)白霧．學(xué)生存在思維難點(diǎn):第一次接觸乙醚,有學(xué)生可能認(rèn)為壓強(qiáng)增大導(dǎo)致乙醚燃燒,很難把壓縮氣體與容器中內(nèi)能變化聯(lián)系在一起．其次,學(xué)生認(rèn)為給瓶內(nèi)充氣使其壓強(qiáng)增大,壓強(qiáng)大到一定程度后氣體把塞子沖出,他們很難把白霧與內(nèi)能變化聯(lián)系在一起．

改進(jìn)1： 在錐形瓶容器內(nèi)放入溫度傳感器,相連的顯示器在瓶外面,當(dāng)給錐形瓶打氣的時(shí)候,傳感器上的溫度顯示器示數(shù)上升．當(dāng)瓶塞跳起的時(shí)候,顯示器上的溫度示數(shù)下降．通過溫度示數(shù)的變化,非常直觀地顯示了做功和內(nèi)能變化的關(guān)系．

改進(jìn)2： 如圖3裝置,在注射器低端安裝帶活塞的玻璃管．靠近活塞的注射器安裝溫度傳感器,為了防止手對注射器溫度的影響,改用壓玻璃膠的金屬支架來壓縮注射器,閥門關(guān)閉時(shí),對注射器中的氣體進(jìn)行壓縮做功,發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)示數(shù)上升．打開閥門,被壓縮的高壓氣體沖出，能使放在玻璃管口的小紙片吹動(dòng),同時(shí)溫度計(jì)示數(shù)也降低．

圖3 做功改變熱能實(shí)驗(yàn)

效果對比:用改進(jìn)1的實(shí)驗(yàn)是通過溫度示數(shù)的變化來表達(dá)內(nèi)能的變化,對學(xué)生來說沒有思維障礙．改進(jìn)2的實(shí)驗(yàn)是注射器壓縮氣體的過程中,溫度計(jì)的示數(shù)逐漸上升,本裝置不但能得出壓縮空氣做功內(nèi)能增加的結(jié)論,還可以利用此裝置通過得出氣體對外做功,內(nèi)能減少的結(jié)論．這個(gè)裝置把教材提供的“壓縮空氣發(fā)熱”和“氣體對外做功”的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)整合在一起,不但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,成功率高,操作簡便,并且可以重復(fù)利用．

學(xué)生通過參與實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)過程,不僅可以體會(huì)到知識的應(yīng)用過程,提高實(shí)驗(yàn)技能,而且能獨(dú)立反思感悟,從而加深對相關(guān)知識的認(rèn)識和理解．

3 就地取材，搭建生活和科學(xué)的橋梁

科學(xué)與生活緊密結(jié)合,很多的器材來源于生活中常見的物品,如各式包裝品、塑料制品及一些廢料,都能制成一些簡易的實(shí)驗(yàn)儀器．這些儀器使學(xué)習(xí)妙趣橫生,更有成效，能將科學(xué)知識應(yīng)用于解決生活中的實(shí)際問題,麥克斯韋曾經(jīng)說過“一項(xiàng)演示實(shí)驗(yàn),使用的材料越簡單,學(xué)生就越熟悉,就越想透徹地獲得所驗(yàn)證的結(jié)果”[2]．對于難以理解的概念教學(xué),從學(xué)生熟悉的生活器材來設(shè)計(jì)改變教材一些實(shí)驗(yàn),能幫助學(xué)生更好地建構(gòu)和理解相關(guān)概念．

案例3.壓力與重力的辨別.

問題分析： 壓力是個(gè)教學(xué)難點(diǎn),在學(xué)生的前概念中就認(rèn)為壓力是由于重力產(chǎn)生的,其大小也等于物體的重力．雖然教師用圖示、受力分析等途徑進(jìn)行解釋,仍有較多的學(xué)生存在疑惑．為了解決這些問題,嘗試以下 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)．

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)： 把物體平放在電子秤上如圖4,讀出讀數(shù);接著把電子秤一邊抬起,在抬起的過程中發(fā)現(xiàn)讀數(shù)逐漸減少．“為什么會(huì)減少呢?”學(xué)生會(huì)恍然大悟,原來壓力在減少,并且還知道同一物體傾斜的角度越大,對支撐面的壓力就越?。?/p>

效果對比： 教材提供體驗(yàn)壓力的圖片比較多,但“壓力的大小”這一節(jié)內(nèi)容沒有安排實(shí)驗(yàn),教師經(jīng)常用圖在黑板上進(jìn)行分析,學(xué)生難以接受．電子秤是學(xué)生熟悉的稱量工具,電子秤測出的雖然是物體的質(zhì)量大小,但是電子秤在傾斜過程中示數(shù)變化,學(xué)生知道是物體對秤盤的壓力發(fā)生變化引起的．在這個(gè)實(shí)驗(yàn)里學(xué)生明白生活皆科學(xué),生活用品可以成為科學(xué)實(shí)驗(yàn)器材,拉近了生活與科學(xué)的距離．

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中難以理解教材中的內(nèi)容,如果教材又沒有提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),教師可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生加以理解,所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)盡量貼近學(xué)生生活．例如沉沒的物體有無浮力,可以讓學(xué)生在水井中打水等,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中獲得親自動(dòng)手、實(shí)踐的機(jī)會(huì),減少學(xué)生對科學(xué)實(shí)驗(yàn)的神秘感和陌生感．

4 技術(shù)輔助，“凸顯”科學(xué)規(guī)律

科學(xué)原理規(guī)律需要幾代科學(xué)家共同努力才能得出,而在科學(xué)的課堂教學(xué)中,大多數(shù)在1節(jié)課45min內(nèi)就要學(xué)生得出其規(guī)律．學(xué)生缺少親身體驗(yàn)來完成科學(xué)的探究活動(dòng)，不但得不出規(guī)律,并且對教材中提到的規(guī)律也難以理解．現(xiàn)在數(shù)字化傳感器等信息技術(shù)正在飛速發(fā)展,如把這些技術(shù)成果用于課堂實(shí)驗(yàn),使傳統(tǒng)測量各點(diǎn)的數(shù)據(jù)變?yōu)檎麄€(gè)實(shí)驗(yàn)過程的溫度變化,并自動(dòng)以圖像顯示規(guī)律,由定性實(shí)驗(yàn)變?yōu)槎繉?shí)驗(yàn)．

案例4.熔化和凝固.

圖5 晶體的熔解和凝固實(shí)驗(yàn)裝置

問題分析： 熔化、凝固屬于物態(tài)變化內(nèi)容,學(xué)生在小學(xué)就接觸過三態(tài)變化,在生活中也有豐富的經(jīng)驗(yàn),但是學(xué)生大多數(shù)認(rèn)為熔化過程中物體溫度是升高的．教材提供的實(shí)驗(yàn)材料是海波．海波比熱比較小,熔化的時(shí)間比較短,如果每隔0.5min讀一次溫度計(jì),可能測得溫度計(jì)示數(shù)一直上升．

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)： 用紅外線代替酒精燈加熱(圖5),用溫度傳感器代替普通溫度計(jì),溫度的變化通過電腦自動(dòng)測出并把所測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像(圖6)．

圖6 電腦顯示溫度圖像

效果對比：根據(jù)實(shí)驗(yàn)熔化和凝固的圖像,得出晶體與非晶體的熔化特點(diǎn),歸納熔化和凝固的規(guī)律．把定性的實(shí)驗(yàn)用定量直觀的圖像形式表現(xiàn)出來,充分發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)，有利于規(guī)律的得出,有利于學(xué)生對知識的掌握,提高了學(xué)習(xí)效率．

把傳感器等信息技術(shù)應(yīng)用于初中科學(xué)教學(xué),該技術(shù)的應(yīng)用改變了以定性實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與分析一體化的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理的微機(jī)化,簡化了傳統(tǒng)定量實(shí)驗(yàn)繁瑣的操作步驟,簡便了獲得定量操作的途徑．

按照教材中提供的方法和裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,實(shí)驗(yàn)效果不理想時(shí),則嘗試對實(shí)驗(yàn)方式、器材、情境、過程等進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化．在改進(jìn)的過程中,要以科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、合理為前提,體現(xiàn)器材安全、方法新穎、操作簡便、實(shí)驗(yàn)效率高的特點(diǎn),還要從學(xué)生角度來考慮問題,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和創(chuàng)造性,讓學(xué)生的創(chuàng)新意識得到充分的發(fā)揮,使學(xué)生親自體驗(yàn)探究過程的樂趣,也就是在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過程中盡量引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維．

1 高付元.淺談在“生物科技實(shí)踐活動(dòng)”中的引導(dǎo)技能[J].中國教育科技，2005(3)：8-10.

2 方紅峰.實(shí)驗(yàn)教學(xué)在新課程中地位和作用的再認(rèn)識[J].中國教育技術(shù)裝備,2006(10):3-7.

3 陳蒼鵬.例析初中物理微實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新幾個(gè)方法[J].物理教師，2017(4)： 34-35.

2017-03-29)