李駿

摘 ? 要：實驗在教學(xué)中成功與否將直接影響到學(xué)生對知識的理解、解決問題能力和思維能力的提升。針對教材中存在的諸如實際操作難以適應(yīng)理論設(shè)計、現(xiàn)象呈現(xiàn)效果差、結(jié)論獲得不嚴謹?shù)葐栴}，提出變動態(tài)為靜態(tài)、變瞬逝為反復(fù)、變隱性為顯性、變特殊為普遍、變傳統(tǒng)為現(xiàn)代等創(chuàng)新策略，用以指導(dǎo)更多的實驗創(chuàng)新活動，提升實驗教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：問題導(dǎo)向;物理實驗;創(chuàng)新策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）1-0051-3

物理是一門注重實驗的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，實驗成功與否將直接影響到學(xué)生對知識的理解、解決問題能力和思維能力的提升?！冻踔锌茖W(xué)課程標準》指出，“科學(xué)探究是科學(xué)的本質(zhì)特征，具有重要的教育意義?？茖W(xué)探究不僅涉及邏輯推理和實驗活動，同時還是一個充滿創(chuàng)造性思維的過程” [1]。教材為開展實驗教學(xué)提供了基本思路和范例，經(jīng)多輪修改，已經(jīng)日趨完美。但在日常教學(xué)中，受到設(shè)備、材料等因素的制約，有些實驗依然存在實際操作難以適應(yīng)理論設(shè)計、現(xiàn)象呈現(xiàn)效果差、結(jié)論獲得不嚴謹?shù)葐栴}，需要我們不斷創(chuàng)新，加以改進。

科學(xué)課程目標之一是為了讓學(xué)生初步養(yǎng)成科學(xué)探究的習(xí)慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力。作為教學(xué)的引領(lǐng)者，教師首先要具備創(chuàng)新精神和實踐能力，積極投入到充滿創(chuàng)造性的實驗教學(xué)活動中，總結(jié)、提煉形成策略，用以指導(dǎo)更多的實驗創(chuàng)新活動，提升教學(xué)效率。筆者根據(jù)日常教學(xué)實踐，針對在實驗教學(xué)中出現(xiàn)的各類問題，結(jié)合具體案例，提出五種實驗創(chuàng)新的策略。

1 ? ?變動態(tài)為靜態(tài)

有的實驗需要通過控制條件使物體處于特定的狀態(tài)，觀察物體發(fā)生的現(xiàn)象或測量物體的有關(guān)數(shù)據(jù)。但是，在原來的狀態(tài)下實驗不易操作或者數(shù)據(jù)不夠準確，這時我們可以嘗試改變實驗中物體的運動狀態(tài)，比如將原來動態(tài)的事物變?yōu)殪o態(tài)，達成所需的實驗?zāi)康摹?/p>

案例1 在“影響摩擦力大小的因素”實驗中，最大的難點在于不易控制木塊在長木板上保持勻速直線運動狀態(tài)，導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，影響實驗結(jié)論的得出。改進實驗如圖1所示，木塊放在長木板上，細線一端連接到木塊上，另一端通過定滑輪連接到豎直固定的彈簧測力計上，水平拉動長木條，觀察彈簧測力計示數(shù)即為木塊受到的摩擦力。

2 ? ?變瞬逝為反復(fù)

有的實驗現(xiàn)象肉眼不易直接觀察，作用于學(xué)生的感官時間非常短，難以捕捉，影響實驗效果。如能使現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)或持續(xù)一段時間，留給學(xué)生足夠的時間觀察、思考，往往能取得較好的教學(xué)效果。

案例2 在“壓縮空氣做功”實驗中，需要以一定的力度向下迅速壓活塞，浸有乙醚的棉花（或硝化棉）被引燃。但是這個實驗過程很短，往往學(xué)生還沒有反應(yīng)過來，現(xiàn)象就已經(jīng)消失。此外，受到材料、操作等因素的影響，成功率不高。如取用浸有乙醚的棉花（或硝化棉）量不當?shù)脑?，還存在快速下壓過程中有機玻璃筒爆炸的隱患。如何讓瞬間現(xiàn)象“持續(xù)”，同時消除安全隱患？經(jīng)文獻查閱和反復(fù)試驗，我們最終找到了一種可逆溫變消色油墨來改進本實驗（圖2）。這種油墨常溫下顯紅色，溫度升高時會消色，溫度降低又變?yōu)榧t色。實驗時，將涂有這種變色油墨的金屬片置于密封的注射器內(nèi)，推動活塞，觀察金屬表面顏色的變化，只要活塞不向外拉，現(xiàn)象就能持續(xù)一段時間。學(xué)生很容易根據(jù)實驗現(xiàn)象得出：壓縮空氣做功，空氣內(nèi)能增加;向外拉活塞，空氣內(nèi)能減少。類似的，我們還可以使用這種變色油墨演示“熱傳導(dǎo)”實驗，在金屬棒上涂原來為紅色的油墨，用酒精燈加熱金屬棒中央，可以看到以金屬棒為中心兩邊的顏色依次消失，讓學(xué)生很容易觀察到熱傳導(dǎo)的方向，理解相關(guān)物理特性。

3 ? ?變隱性為顯性

實驗現(xiàn)象一般以多種形式呈現(xiàn)出來，不同現(xiàn)象對學(xué)生的刺激程度也不同。有的實驗，一些關(guān)鍵性的現(xiàn)象往往不一定以強刺激形式出現(xiàn)，甚至學(xué)生察覺不到，效果可想而知。這就要求教師要善于突出這些對象或者現(xiàn)象，想辦法顯示關(guān)鍵性“隱性”或“不明顯”的現(xiàn)象，變隱性為顯性。

案例3 在“真空不能傳聲”實驗中，華師大版《科學(xué)》八下教材中將發(fā)聲的音樂芯片置于泡沫塑料上，在抽氣過程中感知聲音的變化。對這個實驗有學(xué)生提出瓶內(nèi)的空氣是不是在被抽去，在聲音變小的同時芯片是不是在振動？學(xué)生不易清楚地感受到實驗過程中所發(fā)生的現(xiàn)象和現(xiàn)象變化的過程，即呈“隱性”。為了解決上述問題，我們對實驗做了改進（圖3）：事先在瓶內(nèi)放入點燃的蚊香，制造出煙，這樣在空氣被抽出時現(xiàn)象就很明顯;為了顯示抽氣后芯片仍在振動，我們將芯片與一個LED燈串聯(lián)（可以用手機替代）。抽氣前，芯片振動聽到聲音的同時看到LED燈在閃爍;抽氣后聽不到聲音，LED燈（手機屏幕）仍在閃爍，從另一個角度說明芯片還在振動。

4 ? ?變特殊為普遍

有些實驗只是根據(jù)特殊條件下的實驗現(xiàn)象或結(jié)論就推廣到一般結(jié)論，其嚴謹性和科學(xué)性都值得商榷。更重要的是這樣的設(shè)計不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)和科學(xué)方法的學(xué)習(xí)。我們需要進一步改進、創(chuàng)新，研究或測量一般情況下的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，這樣得出的結(jié)論才具有普遍性。

案例4 在“研究杠桿的平衡條件”實驗中，在調(diào)節(jié)至水平的杠桿兩端分別掛上鉤碼，記下動力、阻力、動力臂、阻力臂，學(xué)生探究得到杠桿平衡條件。因為杠杠處于水平狀態(tài)，力臂都剛好落到杠桿上，所以在杠桿上可以直接讀出動力臂和阻力臂。如果有學(xué)生問：有時力臂沒有在杠桿上，杠桿的平衡條件還成立嗎？教材中的實驗過程顯然難以回答學(xué)生的疑問。如何得出一般條件下杠桿的平衡條件？我們對這個實驗也進行了改進（圖4）：用切割工具割出下端寬5 cm、長40 cm，上端寬3 cm、長8 cm的有機玻璃T形板，在下端尺上鑿一個長為20 cm的長方形凹槽。將紅色塑料板箭頭固定在T形尺上端，并使紅色箭頭和下端尺子垂直。以紅色箭頭的一邊為尺子的0刻度線，在T形尺上標出尺子的刻度。杠桿一邊掛鉤碼，一邊用彈簧測力計斜拉，使杠桿靜止。測量力臂時，把T形尺凹槽套在杠桿支點上，移動T形尺，使T形尺的紅色箭頭與拉力作用線重合，讀出支點處T形尺上的刻度，即為對應(yīng)的力臂。使用這樣的T形尺能測出動力、阻力作用線與杠桿不垂直情況下的力臂，探究的結(jié)果更具普遍性。

5 ? ?變傳統(tǒng)為現(xiàn)代

隨著手持傳感器、攝影攝像、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，極大地拓展了科學(xué)實驗的空間，合理地應(yīng)用這些現(xiàn)代技術(shù)，能顯著增強實驗教學(xué)效果。

案例5 在學(xué)習(xí)“流體速度與壓強的關(guān)系”時，教師往往通過向兩張豎直下垂的紙張中間吹氣、吸管噴霧器等實驗得出“流速越大的地方壓強越小，流速越小的地方壓強越大”的結(jié)論，但據(jù)此要求學(xué)生理解飛機機翼產(chǎn)生升力的原因還是存在一定困難。我們通過自制機翼模型，在理論分析的同時在機翼模型的上下方分別用壓強傳感器測量壓強大小予以證實，解決了學(xué)生理解上的障礙（圖5）。

基于問題導(dǎo)向的實驗創(chuàng)新策略關(guān)鍵是教師要善于發(fā)現(xiàn)實驗中存在的問題，在不斷的改進、創(chuàng)新中去提煉和總結(jié)。當然，實驗的創(chuàng)新策略遠不止筆者總結(jié)的這些，在實踐過程中使用的策略也并不是單一的，往往是互相交融，僅是側(cè)重點有所區(qū)別。希望能拋磚引玉，與廣大同仁探討更多創(chuàng)新策略用以指導(dǎo)實驗教學(xué)。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：6-10.

（欄目編輯 ? ?王柏廬）