王 雷

(江蘇省南通市躍龍中學，江蘇 南通 226001)

實驗對于物理教學的重要性不言而喻，特別是對初學物理的八年級學生來說，以實驗為課堂的抓手尤為重要，學生在真實的實驗情境中做中學、學中思，可自主建構(gòu)意義，逐步掌握學習物理的基本方法，提高核心素養(yǎng)。當下的物理課程改革要求物理實驗應具備時代性、生活性、思想性和應用性特征，因此在設計物理實驗時若能融現(xiàn)代科技、日常生活、思想方法、實踐應用于其中，必將收到事半功倍的效果。本文結(jié)合《物態(tài)變化》一章的教學，探討初中物理課堂在起始引入、課中探究和學以致用等不同環(huán)節(jié)實驗設計的優(yōu)化策略。

1 引入實驗凸顯趣味性

良好的開端是成功的一半，課堂引入實驗類似于“大片”的序曲，對學生應有直擊心靈的震撼效果，才能發(fā)揮其最佳效益，讓心理、心情還處于課間活動興奮當中的學生收斂分散的注意力，快速進入學習新知的狀態(tài)。所以，引入實驗應與教學內(nèi)容構(gòu)成有機的內(nèi)在聯(lián)系，以充分激發(fā)興趣、引發(fā)疑問、啟發(fā)思考為目的，并兼顧學生的年齡特點、心理狀況、知識基礎、能力水平、興趣差異等實際情況進行設計。

案例1：“熔化和凝固”的引入設計

在“熔化和凝固”的教學中，常見的實驗為：當溫度變化時冰能化成水、水能結(jié)冰，以此引入熔化和凝固的概念，這種引入因過于常規(guī)而缺乏挑戰(zhàn)性，難以調(diào)動學生的學習心向。為引起感官的沖擊，筆者選擇低熔點金屬條的熔化和凝固作為引入實驗，因為在初中生的前概念中，金屬這類物質(zhì)是一種堅不可摧的象征，學生會根深蒂固地認為其物態(tài)是很難改變的。

師：這是一根金屬條，它處于什么物態(tài)？

現(xiàn)象：用金屬條敲擊燒杯，會發(fā)出響亮的敲擊聲。

生：固態(tài)。

師：如果將它的一端慢慢放進熱水里，會發(fā)生怎樣的現(xiàn)象呢？做做看。

學生動手實驗，當看到金屬條變成亮銀色的液滴并一滴一滴地滴到水中時(圖1)，學生發(fā)出驚呼聲。這個現(xiàn)象令學生感到意外，他們幾乎無法接受這一事實，在他們的前概念中，金屬是強大、堅固的代名詞，怎么可能被熱水一燙就成了液體呢？他們主動拿起鑷子去驗證，難道真的是液體嗎(圖2)？他們感受到金屬液體會流動，這種主動尋求證據(jù)的舉動正說明學生被這一充滿趣味的實驗所吸引，從而引發(fā)一探究竟的沖動。

圖1

圖2

師：請把燒杯中的熱水連同金屬液體一起倒入裝有冷水的水槽中，再觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：金屬液體倒入冷水后變成各式各樣的固態(tài)造型。

師：金屬液體又發(fā)生了怎樣的變化？

生：從液態(tài)變成了固態(tài)。

至此，“熔化和凝固”的概念自然生成。由此抓住時機繼續(xù)點燃學生的思維火花，激發(fā)學生產(chǎn)生提問的沖動。讓學生在一目了然的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)認知沖突，并積極思維，產(chǎn)生解決問題的強烈愿望。

問：針對這樣的現(xiàn)象，你能提出什么問題？

生1：為什么金屬條會在熱水中熔化？

師：你們覺得可能與什么因素有關？

生：溫度。

生2：熔化與溫度有什么關系？

師：還有什么值得研究的問題嗎？

生3：不同物質(zhì)的熔化特點有什么不同？

學生在這樣的思維碰撞中，其問題意識得以有效提高，而學生主動發(fā)現(xiàn)的問題正是需要不斷研究的。對于初學物理的學生而言，這樣的引導對培育良好的問題意識特別關鍵。以“激趣引思”為目的引入實驗可從三個層次去引導學生思考：(1) 為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象？(2) 現(xiàn)象與什么因素有關？(3) 如何從相關聯(lián)系中尋找相同和不同？通過這樣循序漸進的有層次的問題，可有效培育學生的問題意識，提升學生的提問能力。

2 自主實驗強化高效性

對于物理初學者而言，在探究習慣、思維深度、科學方法等方面還處在比較粗淺的層次。實驗的設計應緊扣主干知識，使實驗聚焦于問題解決。比對各種版本教材的實驗設計，都是從實驗室角度去設計實驗，其缺點是割裂了物理與生活的聯(lián)系，學生很難把物理知識與日常生活或生產(chǎn)活動相關聯(lián)，也就是說這種“實驗室程式化”的設計易把學生牽進一種固化的思維之中。因此，課堂教學的自主實驗需要根據(jù)教學內(nèi)容的要求，從便于操作、現(xiàn)象明顯、易于觀察等方面進行精心設計，不僅能深化教學，同時還能對學生良好的觀察和實驗習慣起到有效訓練的作用。

案例2：探究水沸騰時溫度變化的特點

這一實驗是課程標準規(guī)定的學生必做實驗，其重點是研究水沸騰前后溫度變化的特點，觀察現(xiàn)象、獲取數(shù)據(jù)、描繪圖像，進而總結(jié)出沸騰的條件，溫度計的使用是實驗的次要點，本實驗中只需獲得有效的溫度數(shù)據(jù)。使用日常生活用品進行實驗，學生會倍感親切。

實驗設計：用透明電水壺燒水(圖3)，分組進行計時、讀取溫度、觀察氣泡和聲音的變化、記錄數(shù)據(jù)。

實驗現(xiàn)象：如圖3所示，水在沸騰前底部有氣泡產(chǎn)生，在上升過程中氣泡變小，并伴有清脆響亮的炸裂聲。達到沸點后可觀察到大量氣泡上升的劇烈沸騰現(xiàn)象，且聲音低沉。學生每隔20秒讀取溫度并描繪圖像，總結(jié)沸騰的特點。這一實驗操作簡便，現(xiàn)象直觀且貼近生活，又因電水壺的功率較大、實驗時間較短。尤其是沸騰的條件能夠顯而易見，水沸騰后斷電，沸騰幾乎立即停止，再接通開關水又能繼續(xù)沸騰，學生通過對明顯的現(xiàn)象的分析，可輕松總結(jié)出水沸騰的條件是：達到沸點且需繼續(xù)吸熱。

圖3

在學生觀察現(xiàn)象并得出水沸騰的條件后，提出問題：若此實驗使用實驗室器材，如何進行裝置的選擇與安裝呢？

生1：熱源可使用酒精燈，因此整體裝置應以酒精燈的外焰為中心自下而上進行安裝。

生2：盛水容器可選燒杯或燒瓶。

生3：測量溫度時應將溫度計的玻璃泡放在水的中央。

師：同學們的設計方案很好，關注了裝置要求、操作要點、觀察重點等諸多因素，但老師必須提醒的是在實驗中要注意操作安全。

在此安排這樣的倒置環(huán)節(jié)，既是為了呼應教材的要求，因為教材是從物理實驗室的角度去設計的(圖4)，在研究水沸騰特點的同時，還把裝置的規(guī)范安裝作為關注點。實踐表明，生活化實驗設計有助于學生建立物理與日常生活的聯(lián)系，實現(xiàn)讓物理走向生活、在生活中學習物理的目的，學生在實驗中學習物理，其關注生活、觀察身邊現(xiàn)象的習慣亦能漸漸養(yǎng)成，物理學習的興趣同樣會得以有效保持。

圖4

案例3：探究水蒸氣液化的特點

液化是學生較易感知到的現(xiàn)象，諸如：早晨的露珠、從冰箱取出的物品表面很快結(jié)出水珠、尤其是戴眼鏡的同學從寒冷的室外進入溫暖的室內(nèi)時鏡片上會出現(xiàn)水霧等，這些身邊的實例都是液化教學的好素材，教學難點在于液化過程會對外放熱。為了讓學生有直觀感知，就需要排除干擾進行顯性設計，通過有效的對比幫助學生主動發(fā)現(xiàn)。

為此，實驗設計的重點確定為：對水蒸氣液化時新增水量和等量開水混合后的溫度變化進行對比。

(1) 裝置設計：在燒瓶中加入適量熱水，用上插玻璃管的瓶塞蓋住，在玻璃管上外接軟管，取兩只100 mL的量筒，均倒入50 mL初溫相同的水備用(圖5)。

圖5

(2) 實驗過程：加熱燒瓶直至水沸騰，把軟管插入量筒中，讓水蒸氣進入量筒，用溫度計適時測量量筒中的水溫變化。在課堂教學中，因?qū)嶒灥牟僮饕蟾?，本實驗宜作為教師演示實驗，實驗進行2分鐘左右量筒中水的體積增加了10 mL。停止加熱，迅速將燒瓶中的沸水加注10 mL到另一只量筒，輕輕攪拌測量水溫變化。

(3) 實測結(jié)果：通入水蒸氣的量筒中水量增加10 mL，水溫變化達到26 ℃，而倒入10 mL沸水的量筒的水溫只變化了6 ℃。

學生從實驗中可輕松得出結(jié)論：多出的水是由水蒸氣液化所得，通過水溫變化的對比，發(fā)現(xiàn)水蒸氣液化時可以放出大量的熱。

這一實驗改進排除了沸水混合使冷水升溫這一變量，為液化放熱提供了有力的證據(jù)，整體裝置的簡潔設計減少了干擾因素，使學生將注意力集中于觀察重點。學生對比分析這兩個明顯的現(xiàn)象，從而自主突破液化的難點。

3 收關實驗關注實用性

在課堂教學的收關環(huán)節(jié)，有必要根據(jù)具體的教學內(nèi)容，創(chuàng)造條件設計學生動手制作的實驗或課外拓展實驗，使學生深刻體會到物理知識在生活、生產(chǎn)中的應用，把物理學習從課內(nèi)延伸到課外，從而使學生的物理知識得以活化。

案例4：挑戰(zhàn)“野外生存”，如何獲得蒸餾水？

在學完“汽化和液化”后，推出一項實踐活動作為收關環(huán)節(jié)的內(nèi)容。

師：請用所學知識設計獲得蒸餾水的實驗。

生：利用一只大盆抽取河水或地下水，在盆里放一只干凈的接水容器，大盆上覆蓋保鮮膜，放到太陽下曬，過一段時間后可獲得蒸餾水。

師：老師提供了一只大燒杯、一只小燒杯、保鮮膜，為節(jié)省實驗時間，用酒精燈加熱。分小組合作制取蒸餾水。

通過生生討論、師生對話形成了實驗方案，再通過動手操作獲得了蒸餾水。這樣的設計有效深化了學生對汽化和液化知識的理解，更能讓學生知道學習物理可以“做什么”和“怎么做”，踐行了課標和教材倡導的“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念。

4 結(jié)語

物理課堂的引入實驗當以“激趣引思”為設計重點，學生自主實驗應聚焦教學核心問題，還要根據(jù)便于操作、現(xiàn)象明顯等要求去改進，應用性實驗要以促進學生學以致用、活化知識與培養(yǎng)能力為目標。教師只有在物理實驗設計上下功夫，才能激發(fā)學生的學習心向、熱情，促進學生抓住重點、突破難點，感受物理學的應用價值，從而實現(xiàn)物理課程的育人價值。