摘 要：開展倡導學生自主創(chuàng)新的家庭實驗，是充分發(fā)揮學生主觀能動性的學習方式和教學形式，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑.如何基于教材實驗改進、創(chuàng)新實驗和引導學生探究新問題？筆者用創(chuàng)新實驗例談五個方面的策略：巧找器材替代、改變實現(xiàn)實驗條件的方式、改變實驗原理、重視和鼓勵發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象提出新問題并引導探究、學生自主創(chuàng)新實驗.

關(guān)鍵詞：例談;基于教材;家庭實驗;創(chuàng)新策略

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）18-0018-03

作者簡介：姬永發(fā)（1980-），男，貴州織金人，本科，中學高級教師，研究方向：實驗教學、課外開展物理創(chuàng)客實驗培養(yǎng)創(chuàng)新素養(yǎng).

家庭實驗是物理實驗教學的延續(xù)和有力補充.學生在學習新課的前后，以身邊的物品、器材展演教材重點實驗、學做小實驗、自主創(chuàng)新實驗、探究問題，并且教師及時評價、引導、運用于教學，從而能夠持續(xù)保持學生學習興趣，幫助學生鞏固知識，培養(yǎng)探究能力和創(chuàng)新能力，這是充分發(fā)揮學生主觀能動性的學習方式和教學形式;是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑.學生展演、學做實驗是家庭實驗的基本內(nèi)容和基礎.對于一些教材上的實驗，家中存在無器材、購買器材成本較高的困難，師生若從開展家庭實驗的角度創(chuàng)新、改進，就能開展相關(guān)探究.家庭實驗無論展演教材實驗，還是學做小實驗，因受學生主觀性的影響會有些“意外”的收獲，學生自主創(chuàng)新實驗情況更多，教師要鼓勵學生“節(jié)外生枝”，引導學生進行探究從而實現(xiàn)深度學習.如何改進、創(chuàng)新現(xiàn)有實驗呢？現(xiàn)例談筆者的一些做法.

1 巧找器材替代

“工欲善其事，必先利其器.”家庭環(huán)境不具備實驗室器材，進行網(wǎng)購，在時間、經(jīng)濟、器材規(guī)格等方面都存在困難，這決定了開展某些家庭實驗就要在家中找一些具有類似功能的物品、材料替代原實驗方案中的器材，根據(jù)選擇物品對實驗做一些新設計.思考替代、設計是深度思考的過程，既讓學生鞏固所學知識、培養(yǎng)探究能力，又能進行創(chuàng)新思維的訓練，體驗實驗智慧.滬科版教材中探究氣體浮力實驗所用器材：籃球、網(wǎng)、打氣筒、氣針、氣球、杠桿、鉤碼、細線.步驟：（1）用打氣筒給籃球打足氣后裝入網(wǎng)，系在杠桿一端，并把氣球系在氣針尾端.（2）在杠桿另一端掛上鉤碼并移動位置使杠桿在水平位置平衡（如圖1a所示）.將氣針頭插入籃球氣門內(nèi)，讓籃球給氣球充氣，當體積增大到一定程度時，可觀察到左端杠桿上升（如圖1b所示）.分析：籃球給氣球充氣，兩者總質(zhì)量保持不變，杠桿左端上升表明空氣對氣球產(chǎn)生了向上的托力，即浮力.

創(chuàng)新后的實驗則是將兩個打火機的放氣閥門調(diào)到最大，放入排出空氣的塑料袋后扎緊袋口，替代籃球與氣球.實驗中打開火機放氣閥門給塑料袋充氣使其變脹，可觀察到此端杠桿上升（如圖2所示）.與教材傳統(tǒng)實驗方案相比，所用器材塑料袋、打火機比籃球、打氣筒、氣針容易尋找，成本低，器材少，操作簡單，學生在家里可以方便地探究氣體浮力;教師也可用于課堂演示.

2 改變實驗條件的方式

從實驗室轉(zhuǎn)移到家庭進行實驗，由于環(huán)境的局限性，缺乏相應的器材、工具、材料，規(guī)格也達不到要求，要實現(xiàn)一定的實驗條件，必須另起“爐灶”，靠“山”吃“山”，用“土”辦法解決問題.這是家庭實驗中學生創(chuàng)新實驗特色之路.在探究液體沸點與氣壓的關(guān)系時，教材常采用如圖3所示方案：用酒精燈給裝有適量水的燒瓶加熱至水沸騰，停止加熱后迅速在瓶口塞上橡皮塞，倒置燒瓶并向瓶底澆冷水，可觀察到停止沸騰的水又重新沸騰.分析：冷水吸收大量的熱量，使瓶中氣體降溫體積收縮，氣壓變小.溫度降低的水重新沸騰，說明氣壓減小，液體沸點降低.探究此規(guī)律，家里找不到酒精燈、燒瓶、橡皮塞，容器只能找到普通的厚壁玻璃瓶.按原方案中方式加熱所需時間長，加熱、冷卻玻璃瓶都極易出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象.如何安全完成探究？將玻璃瓶裝一半水放入盛水的鍋內(nèi)，加熱至鍋內(nèi)水沸騰.用鉗子將瓶撈出，用塑料袋包著蘸水的紙巾作塞子塞住瓶口 （如圖4所示），將瓶子倒置在戳孔的礦泉水包裝膜上（可用其它物品作為支架），在瓶底放上冰塊.一段時間后可清楚觀察到水重新沸騰，持續(xù)時間長（如圖5所示），對此現(xiàn)象進行分析得出結(jié)論.

本方案根據(jù)家庭環(huán)境設計，與原方案相比改變加熱和冷卻方式：用水煮食物加熱，瓶子受熱均勻;冰塊代替澆冷水冷卻，瓶及瓶內(nèi)氣體溫度降低相對緩慢，防止厚玻璃瓶部分急劇升溫、降溫快速熱脹冷縮出現(xiàn)炸裂現(xiàn)象，保證普通厚玻璃瓶也能完成探究.后者同時讓瓶內(nèi)氣壓減小相對緩慢，水沸騰持續(xù)時間長，且沒有澆冷水降溫產(chǎn)生的水簾妨礙觀察，現(xiàn)象極為明顯，增強學生對物理過程的體驗.

根據(jù)家庭條件設計某個實驗研究，對學生創(chuàng)新而言就是新世界，是學習中更高更深的思維訓練，學生獲得了比知識更重要的研究問題的方法.

3 改變實驗原理

實驗原理是實驗遵偱的依據(jù)，是探究的理論基礎.受家庭環(huán)境的限制，按原方案實驗原理無法開展探究，改變實驗原理，重新設計實驗可以讓實驗的開展出現(xiàn)“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”的境地.滬科版八年級《物理》探究“浮力與物體排開液體重力關(guān)系”實驗（如圖6所示），原理是用彈簧測力計測出石塊的重力G石、石塊浸沒在水中時彈簧測力計對石塊的拉力F，同時收集石塊排出的水并測其重力G排;根據(jù)F浮=G石-F計算石塊所受浮力，利用G排=G總-G桶計算石塊排開水的重力，比較F浮與G排的大小得出結(jié)論.

創(chuàng)新后的實驗.器材：重物、橡皮筋、水、溢水杯（可自制）、薄而小的塑料袋、細線、細鐵絲等.步驟：（1）把橡皮筋上端固定在高處，下端系細線和細鐵絲制成的掛鉤.（2）將重物掛在橡皮筋下端，在其伸長到的地方標記（如圖7所示）.（3）將重物放入裝滿水的溢水杯中，觀察到橡皮筋的伸長變短;同時用小塑料袋收集物體排出來的水（如圖8所示）.（4）將小塑料袋掛在橡皮筋下端掛鉤上，觀察到橡皮筋伸長恢復到標記處（如圖9所示）.分析：掛上物體排出水后橡皮筋伸長恢復到標記處，浮力托物體的作用效果沒有在橡皮筋上呈現(xiàn)出來，說明物體排出水的重力與浮力的作用效果相互抵消，即物體排開水的重力與浮力平衡，物體所受浮力大小等于它排開液體的重力.

傳統(tǒng)實驗要用到彈簧測力計配合其它器材探究，操作較多;本實驗使用橡皮筋、小塑料袋進行探究，一是改變實驗原理，由測F浮與G排的大小找出它們的數(shù)量關(guān)系變成利用平衡力的思想，看G排能否把F浮在橡皮筋上呈現(xiàn)出的效果抵消，思考角度另辟蹊徑.二是器材易找，成本低，操作簡單，解決家里無彈簧測力計無法探究的難題.學生在學習教材實驗后再動手探究此實驗，既鞏固知識，又拓寬學生的眼界，啟發(fā)學生思維.

4 重視和鼓勵發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、提出新問題并引導探究

學生自主開展家庭實驗，因操作、理解、思考、觀察都帶有主觀色彩，學生會在探究過程中發(fā)現(xiàn)一些新現(xiàn)象，提出一些新問題，產(chǎn)生一些新想法，做出一些新的嘗試或設計，教師要鼓勵學生實驗 “節(jié)外生枝”，積極引導學生探究，“舊瓶裝新酒”，賦予原實驗新生命，讓其煥發(fā)新光彩，在這個過程中，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和能力.如探究凸透鏡成像規(guī)律實驗，探究問題多、操作多、記錄數(shù)據(jù)多、成像規(guī)律多且容易搞混淆，極有必要讓學生在家中自主展演進行生態(tài)學習.課后筆者讓學生在家用蠟燭、凸透鏡、自制光屏展演該實驗，由于在家實驗不受時間、空間的限制，學生有較多時間觀察、思考、總結(jié);可探究一些課堂上無法探究的內(nèi)容，如探究遮擋一部分凸透鏡時成像的特點、不同凸透鏡成像大小的特點等.探究過程中，學生發(fā)現(xiàn)一些新現(xiàn)象，如凸透鏡后方會觀察到像，經(jīng)師生分析是凸透鏡前后表面反射光形成的虛像，分別是凸、凹面鏡成像.用中間鏤空成五角星的擋板遮擋凸透鏡，光屏中心像的周圍還會形成五個較暗的像（如圖10所示）.學生到校交流，經(jīng)反復觀察、分析，凸透鏡邊緣是厚度均勻的玻璃圓環(huán)（于光而言可視為不存在），其與擋板五個角處構(gòu)成了五個小孔，師生討論認為五個像是五個小孔的小孔成像，并設計實驗驗證：觀察其中一個像，像與物體對應點的連線經(jīng)過對應小孔;用手堵住該小孔，該像消失;拿掉凸透鏡，在對應小孔處放上帶有同樣小孔的板，得到完全相同的像.

5 學生自主創(chuàng)新實驗

學生自主創(chuàng)新實驗是指學生根據(jù)所學的物理知識、方法、思想，選擇和利用身邊的常見物品、材料，不按固定的方法和形式設計出具有新意的實驗方案.學生自主創(chuàng)新實驗對學生要求較高，學生可以通過展演教材重點實驗、學做小實驗積累基礎，從而培養(yǎng)探究能力，在到達一定程度便能開展.學生自主創(chuàng)新實驗并非要求學生整個方案都創(chuàng)新，像前文所述在一個實驗的一個點、環(huán)節(jié)有所設計、改進也行，最終過渡到全新的實驗方案.學生自主創(chuàng)新實驗是家庭實驗的高級形態(tài)，在鞏固學生所學知識、培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力方面可以有效達成目標，應大力倡導這一未來最優(yōu)物理教學途徑.

楊振寧說：“物理本身就是現(xiàn)象，物理教學就是讓學生‘識物樹理‘悟物窮理，沒有‘物，便沒有‘識與‘悟.”這樣改進創(chuàng)新教材實驗開展家庭實驗能讓學生觀察到大量的物理現(xiàn)象，經(jīng)歷相關(guān)的物理過程、創(chuàng)新過程，能讓學生“識”與“悟”，再“識”再“悟”，除了達到讓學生鞏固知識、培養(yǎng)探究能力的目的外，還能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新素養(yǎng).因此，學生、教師積極設計、思考創(chuàng)新教材實驗開展家庭實驗是一件意義重大的事情，能讓學生生態(tài)地學習，讓家庭實驗真正成為培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑，讓家庭成為培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要陣地.

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（收稿日期：2021-04-13）