陳永安

(廣東省惠東縣惠東中學(xué)初中部，廣東 惠州 516300)

1 引言

我國(guó)新一輪的教育改革把培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)作為課程目標(biāo)，把培養(yǎng)創(chuàng)新型人才作為新時(shí)代的重要任務(wù)。物理教學(xué)必須順應(yīng)社會(huì)發(fā)展和時(shí)代要求，立足于推動(dòng)以學(xué)生核心素養(yǎng)培育為目標(biāo)的教學(xué)改革，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，新時(shí)代的教育要求我們以創(chuàng)新、有效的方法開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生鋪設(shè)思維階梯，使學(xué)生獲得更豐富的感性認(rèn)識(shí)，形成更高層次的思維能力和學(xué)科素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的物理課堂。

2 運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，為學(xué)生鋪設(shè)思維階梯

創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境是基于學(xué)生已有的認(rèn)知水平和教學(xué)需要，在教學(xué)中圍繞物理概念、規(guī)律，創(chuàng)設(shè)具有物理學(xué)科特色的教學(xué)情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心和探究欲望，促使學(xué)生主動(dòng)參與探究。運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境導(dǎo)入新課,不但能夠克服教材中教學(xué)過(guò)渡性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，還能讓學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，提高課堂的實(shí)效。

案例1：“探究平面鏡成像”的教學(xué)

“探究平面鏡成像”實(shí)驗(yàn)是粵滬版物理教材的內(nèi)容，盡管教材的設(shè)計(jì)是從生活情境和學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)入課程，但是生活中學(xué)生與平面鏡接觸的機(jī)會(huì)太多，對(duì)于平面的成像特點(diǎn)已失去了新鮮感和好奇感，再者教材的設(shè)計(jì)“先入為主”地給出了實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)計(jì)，學(xué)生只好按部就班地操作，所以探究熱情不高，教學(xué)效果不理想。

如圖1所示，教師利用“澆不滅的燭焰”實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入新課，提出問(wèn)題：“為什么向杯中蠟燭澆水，蠟燭依然燃燒？”以神奇有趣的小實(shí)驗(yàn)引入新課，引發(fā)了學(xué)生的認(rèn)知沖突，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情立刻被激發(fā)，同時(shí)為平面鏡成虛像埋下伏筆。

圖1

筆者根據(jù)教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，先進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果不理想。接著設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)教材實(shí)驗(yàn)的不足進(jìn)行改進(jìn)、創(chuàng)新：(1) 為避免實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)兩個(gè)像，可采用薄的有機(jī)玻璃代替較厚的玻璃，這樣不會(huì)再出現(xiàn)由于平面鏡的厚度大導(dǎo)致的重影現(xiàn)象。(2) 為避免蠟燭燃燒出現(xiàn)長(zhǎng)短不同情況，可用LED燈代替蠟燭。(3) 為更方便地比較像距和物距關(guān)系，可在臺(tái)面上貼方格紙，并在兩則固定刻度尺。另外，在底座安裝上轉(zhuǎn)盤(pán)(圖2)，可以輕松調(diào)整演示角度，當(dāng)用光屏在玻璃板的后面前后移動(dòng)去接收像時(shí)，光屏上不出現(xiàn)像；再轉(zhuǎn)回去，又看見(jiàn)了蠟燭的像；證明了平面鏡成的像是虛像，學(xué)生也明白了“澆不滅的燭焰”的原因。

圖2

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，針對(duì)研究的問(wèn)題，借助創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)用遞進(jìn)式問(wèn)題為學(xué)生的學(xué)習(xí)鋪設(shè)思維“階梯”，突破教學(xué)難點(diǎn)，促使不同層次的學(xué)生向更高層次不斷進(jìn)階。

3 運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

實(shí)驗(yàn)效果是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮的因素，一個(gè)成功的演示實(shí)驗(yàn)不但可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的視覺(jué)效果，還能更好地說(shuō)明實(shí)驗(yàn)原理，使學(xué)生更容易理解和記憶。運(yùn)用創(chuàng)新方法開(kāi)發(fā)出直觀(guān)性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便、有趣的演示實(shí)驗(yàn)，可激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索欲，能使實(shí)驗(yàn)效果大大增強(qiáng)。

案例2：“光的三基色”教學(xué)

學(xué)生對(duì)光的顏色實(shí)驗(yàn)容易引起濃厚興趣，尤其是三基色實(shí)驗(yàn)更會(huì)激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心。但光的三基色的現(xiàn)象在生活不常見(jiàn)，學(xué)生對(duì)其成因較難理解，實(shí)驗(yàn)室已有器材演示不夠理想，讓學(xué)生更直觀(guān)地觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)。

利用如圖3所示的有4個(gè)透光面的合色棱鏡可以直觀(guān)、形象地演示光的混合、光的分解及三基色的形成。當(dāng)白光從任意一個(gè)透光面射入時(shí)，從3個(gè)面分別射出紅、綠、藍(lán)三種色光，這是光的分解。相反，當(dāng)從任意三個(gè)透光面分別射入紅、綠、藍(lán)色光時(shí)，會(huì)從另外的一個(gè)面射出白光，這是光的合成。在如圖4所示的實(shí)驗(yàn)中，用小型高亮度手電筒作為光源，用白色塑料泡沫作反射面，可以大大增強(qiáng)演示效果。本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用新型光的三基色分解實(shí)驗(yàn)器，具有設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便等特點(diǎn)，不但能產(chǎn)生強(qiáng)烈的視覺(jué)效果，還能直觀(guān)演示白光分解出三色光的效果。

圖3

圖4

4 運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

教具是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可缺少的條件，有的實(shí)驗(yàn)教具存在設(shè)計(jì)的不足，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不夠理想，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)教具進(jìn)行改進(jìn)或創(chuàng)新，不但可以彌補(bǔ)學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件的不足，激發(fā)了學(xué)生的興趣，降低了學(xué)生理解的難度，更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

案例3：探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素

按照教材設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生經(jīng)過(guò)猜想后運(yùn)用控制變量法，設(shè)計(jì)了如圖5所示的兩種電路進(jìn)行科學(xué)探究，通過(guò)吸引鐵釘?shù)臄?shù)量確定磁性的強(qiáng)弱。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，由于兩次實(shí)驗(yàn)操作要改變電路的連接，不但增長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，學(xué)生還不易直接對(duì)比前后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的變量關(guān)系容易混淆，因此，實(shí)驗(yàn)存在較大改進(jìn)空間。

圖5

圖6是改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)教具，具有如下創(chuàng)新點(diǎn):

圖6

(1) 將教材設(shè)計(jì)的兩個(gè)探究電路整合成一個(gè)并聯(lián)連接的電路，利用滑動(dòng)變阻器改變電路電流，使兩種探究能同時(shí)進(jìn)行，利于比較實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，容易得出結(jié)論。

(2) 選用不同匝數(shù)的線(xiàn)圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在4號(hào)線(xiàn)圈內(nèi)不放置鐵芯，與1號(hào)線(xiàn)圈的匝數(shù)相同，可探究有無(wú)鐵芯對(duì)磁性的影響。

(3) 在并聯(lián)電路的各支路上串聯(lián)一只小燈泡，通過(guò)小燈泡的亮度可以直觀(guān)比較電路中電流大小。

5 運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)操作，全面提升課堂效率

隨著社會(huì)信息化的進(jìn)程，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)已成教育信息化發(fā)展的不可缺少的應(yīng)用，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要途徑。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，可解決原有教學(xué)中受時(shí)間、工具和環(huán)境等因素制約的問(wèn)題，改進(jìn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的、實(shí)驗(yàn)效果不明顯的、實(shí)驗(yàn)效率低下的部分實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，提高教學(xué)效率。利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)芎?jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作，使很多難以測(cè)量或難以控制的實(shí)驗(yàn)得以順利進(jìn)行，大大提升實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度。

例如初中熱學(xué)中幾個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，依據(jù)教材的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，不但存在實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、熱源不穩(wěn)定、讀數(shù)不準(zhǔn)等問(wèn)題，而且使用酒精燈加熱的過(guò)程存在一定的安全隱患。因此，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入課堂，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全面優(yōu)化，能有效地避免傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，提升實(shí)驗(yàn)效率。在圖7所示探究沙子和水的吸熱能力實(shí)驗(yàn)中，用電加熱器替代酒精燈，在如圖8所示的探究晶體與非晶體的熔化實(shí)驗(yàn)中，用養(yǎng)生壺替代酒精燈，在如圖9所示的探究焦耳定律的實(shí)驗(yàn)中，用電源適配器代替學(xué)生電源，3個(gè)實(shí)驗(yàn)都采用溫控傳感器和數(shù)字溫度計(jì)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，操作簡(jiǎn)單，讀數(shù)方便，實(shí)驗(yàn)效率得到大幅提高。

圖7

圖8

圖9

6 結(jié)語(yǔ)

在物理教學(xué)中運(yùn)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程和操作，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程、領(lǐng)悟科學(xué)方法、體驗(yàn)科學(xué)樂(lè)趣和養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度。在現(xiàn)實(shí)的教學(xué)環(huán)境下，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用還需要集中教師的智慧，需要一段時(shí)間進(jìn)行教學(xué)探索并加以完善和優(yōu)化。教師應(yīng)該克服現(xiàn)實(shí)教學(xué)中的各種困難，最大限度地發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的作用，真正落實(shí)素質(zhì)教育的目標(biāo)和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)任務(wù)。