毛永良

(江蘇省江陰市青陽(yáng)初級(jí)中學(xué),江蘇 無(wú)錫 214401)

實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的重要組成部分。初中物理教材中包含了許多實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)主要利用實(shí)驗(yàn)室器材完成,稱之為常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)。非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)是指利用學(xué)生熟悉的生活易得物品、材料、器具、人體或人體局部以及兒童玩具等開(kāi)發(fā)的一類體現(xiàn)自創(chuàng)性、體驗(yàn)性、趣味性、簡(jiǎn)易性、生活化的物理實(shí)驗(yàn)。[1]常規(guī)實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)的主心骨,非常規(guī)實(shí)驗(yàn)則是初中物理教學(xué)的重要補(bǔ)充。概念是物理學(xué)的基礎(chǔ),是學(xué)生學(xué)習(xí)物理時(shí)從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)的支架。在概念教學(xué)中,教師應(yīng)用了大量常規(guī)實(shí)驗(yàn),常規(guī)實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備專用器材、花費(fèi)較多時(shí)間。非常規(guī)實(shí)驗(yàn)在初中物理概念教學(xué)中可以大放異彩,初中生好奇心強(qiáng),非常規(guī)實(shí)驗(yàn)利用生活物品等,可突破時(shí)空限制,符合中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),有利于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)物理世界。[2]在“雙減”背景下,各學(xué)校開(kāi)展了延時(shí)服務(wù),教師可以引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展非常規(guī)實(shí)驗(yàn),促進(jìn)他們深度理解概念,進(jìn)而提高物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 非常規(guī)實(shí)驗(yàn)在聲學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

聲學(xué)概念教學(xué)注重學(xué)生的體驗(yàn),非常規(guī)實(shí)驗(yàn)利用學(xué)生身邊的各種物體做實(shí)驗(yàn),可以保證所有學(xué)生參與實(shí)驗(yàn),為學(xué)生創(chuàng)造親身體驗(yàn)的環(huán)境。在課堂教學(xué)中,教師指導(dǎo)學(xué)生做針對(duì)性強(qiáng)、探究目的明確的非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn),以滿足課堂教學(xué)的需要。在課外延時(shí)服務(wù)中,學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組,做具有一定拓展性的非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn),加深對(duì)聲學(xué)概念的理解。

響度、音調(diào)、音色是初中聲學(xué)中的重要概念,在課堂教學(xué)中,教師可以指導(dǎo)學(xué)生利用身邊物品做非常規(guī)實(shí)驗(yàn),獲取對(duì)這些概念的體驗(yàn)和理解。

1.1 響度的教學(xué)

讓學(xué)生用筆敲擊桌子,逐步加大敲擊的力度。教師使用Phyphox軟件顯示聲音的波形,并投影在屏幕上。通過(guò)做非常規(guī)實(shí)驗(yàn),學(xué)生將聲音的響度和敲擊力度的大小聯(lián)系了起來(lái)。通過(guò)觀察屏幕中的波形,學(xué)生將聲音的響度和振幅聯(lián)系了起來(lái)。

1.2 音調(diào)的教學(xué)

學(xué)生撥動(dòng)橡皮筋,使其發(fā)出聲音,學(xué)生不斷改變橡皮筋振動(dòng)部分的長(zhǎng)度。教師同樣使用Phyphox軟件顯示聲音的波形,并投影在屏幕上,學(xué)生從中感受到了音調(diào)和振動(dòng)部分長(zhǎng)度的關(guān)系。通過(guò)觀察屏幕中的波形和頻率數(shù)據(jù),學(xué)生將聲音的音調(diào)和頻率聯(lián)系了起來(lái)。對(duì)于初中生,頻率也是一個(gè)新概念,教師讓學(xué)生將橡皮用細(xì)線懸掛起來(lái)擺動(dòng),來(lái)體驗(yàn)頻率的概念。學(xué)生發(fā)現(xiàn)改變細(xì)線的長(zhǎng)度可以改變橡皮振動(dòng)的快慢(頻率)。

1.3 音色的教學(xué)

教師敲擊不同的物體,讓學(xué)生聽(tīng)聲辨物。教師利用Phyphox軟件顯示各種物體所發(fā)出聲音的波形,通過(guò)對(duì)比波形,學(xué)生可以體驗(yàn)不同物體發(fā)出的聲音音色不同。

在課外延時(shí)服務(wù)中,教師讓學(xué)生合作制作一件樂(lè)器。有的小組制作了“古琴”,他們將若干根橡皮筋繃在文具盒上,傾斜插入一支鉛筆,以獲得不同振動(dòng)長(zhǎng)度的琴弦;有的小組制作了“水編鐘”,他們?cè)诓Ａ屑尤氩煌叨鹊乃?用筆來(lái)敲擊玻璃杯;有的小組制作了“豎笛”,他們?cè)谖苌喜煌恢锰庨_(kāi)小孔,將吸管下端插入截去一半的塑料瓶中(圖1)。制作完成后,各小組還嘗試使用他們制作的樂(lè)器合作演奏一首樂(lè)曲。課外延時(shí)服務(wù)中的小制作既培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力,又讓學(xué)生進(jìn)一步體驗(yàn)了各種概念,深化了對(duì)聲學(xué)概念的理解。

圖1

2 非常規(guī)實(shí)驗(yàn)在力學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

力學(xué)是初中物理中最為重要的內(nèi)容,所包含的概念較多。學(xué)生在日常生活中接觸過(guò)許多力學(xué)現(xiàn)象,他們?cè)趯W(xué)習(xí)力學(xué)時(shí)存在一些前概念,學(xué)生頭腦中的前概念可能是正確的,也可能是錯(cuò)誤的。因此,在力學(xué)概念教學(xué)中教師要充分利用學(xué)生的前概念,幫助學(xué)生去偽存真,逐步完善對(duì)概念的理解。非常規(guī)實(shí)驗(yàn)在力學(xué)概念教學(xué)中可以發(fā)揮巨大的作用,在課堂教學(xué)中,教師指導(dǎo)學(xué)生做非常規(guī)實(shí)驗(yàn),初步建構(gòu)力學(xué)概念。在課外延時(shí)服務(wù)中,教師讓學(xué)生自主做有意思的非常規(guī)實(shí)驗(yàn),體驗(yàn)力學(xué)概念的細(xì)節(jié)。

重力、彈力、摩擦力是最常見(jiàn)的三種力,學(xué)生通過(guò)生活可感知這三種力,但是又不能深刻理解這三種力。在課堂教學(xué)中,教師利用非常規(guī)實(shí)驗(yàn)可幫助學(xué)生建構(gòu)相關(guān)概念。

2.1 重力的教學(xué)

教師引導(dǎo)學(xué)生做以下實(shí)驗(yàn):(1) 學(xué)生觀察身邊物體的自由下落,可以感受到物體受到力的作用,這個(gè)力就是重力。(2) 將重物懸掛在橡皮筋上,學(xué)生可以觀察到橡皮筋的伸長(zhǎng)方向。這兩個(gè)非常規(guī)實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生初步建構(gòu)重力概念。

2.2 彈力的教學(xué)

學(xué)生可以利用橡皮筋、彈簧做實(shí)驗(yàn),觀察形變和彈力的關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn),學(xué)生發(fā)現(xiàn):存在兩種形變,即彈性形變和范性形變。而彈力的產(chǎn)生和彈性形變息息相關(guān),學(xué)生觀察到彈力的大小和形變的程度具有直接關(guān)系,形變量越大,彈力越大(圖2)。

圖2

2.3 摩擦力的教學(xué)

教師讓學(xué)生利用書本和橡皮筋做實(shí)驗(yàn),學(xué)生將橡皮筋和書本連接起來(lái),在課桌上利用橡皮筋拉動(dòng)書本,通過(guò)觀察橡皮筋的長(zhǎng)度,學(xué)生可以間接了解桌面對(duì)書本的摩擦力。通過(guò)探究,學(xué)生發(fā)現(xiàn)摩擦力的大小與壓力、粗糙程度等因素有關(guān),而和書本的運(yùn)動(dòng)快慢、接觸面積沒(méi)有關(guān)系。

在課外延時(shí)服務(wù)中,教師指導(dǎo)學(xué)生做非常規(guī)實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步探究這三種力的概念。學(xué)生將橡皮擦向各個(gè)方向拋出,觀察橡皮擦的下落過(guò)程,體驗(yàn)重力的作用。學(xué)生用橡皮筋制作簡(jiǎn)易測(cè)力計(jì),教師提供彈簧測(cè)力計(jì),讓學(xué)生為自制測(cè)力計(jì)定標(biāo),用自制測(cè)力計(jì)測(cè)量身邊各種小物體所受的重力。學(xué)生通過(guò)各種方式感受摩擦力,如在爬桿的時(shí)候,認(rèn)識(shí)到靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力。在向上爬桿的時(shí)候,靜摩擦力向上,提供了動(dòng)力。在下滑的時(shí)候,滑動(dòng)摩擦力向上,提供了阻力。這個(gè)非常規(guī)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了摩擦力既可以提供阻力,也可以提供動(dòng)力,刷新了學(xué)生的認(rèn)識(shí),利用非常規(guī)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生糾正了“摩擦力一定是阻力”的錯(cuò)誤認(rèn)知。

3 非常規(guī)實(shí)驗(yàn)在光學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

光學(xué)是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn),雖然各種光學(xué)現(xiàn)象能夠吸引學(xué)生的眼球,但是學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)還是感覺(jué)十分困難。在光學(xué)教學(xué)中,教師需要引導(dǎo)學(xué)生建立相關(guān)的光學(xué)概念,以作為探究各種光學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)。在課外延時(shí)服務(wù)中,教師讓學(xué)生開(kāi)展小制作,進(jìn)一步探究光學(xué)概念的內(nèi)涵和外延。

3.1 光線的教學(xué)

使用激光筆照射裝滿水的玻璃瓶,學(xué)生無(wú)法觀察到水中的光線。滴入幾滴牛奶,搖勻后再使用激光筆照射玻璃瓶,學(xué)生可以清晰地觀察到一束光線。在非常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,教師引導(dǎo)學(xué)生繪制光路,他們會(huì)使用帶箭頭的線段來(lái)描述光線,進(jìn)而建構(gòu)光線模型。

3.2 光的折射的教學(xué)

在裝滿水的玻璃瓶中,滴入幾滴牛奶,往玻璃瓶中放入一枚硬幣。教師要求學(xué)生使用激光筆從水面上照射,能照射到水下的硬幣上。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)激光射入到水下時(shí)會(huì)發(fā)生偏折,這就是光的折射現(xiàn)象。

3.3 光的反射的拓展學(xué)習(xí)

在課外延時(shí)服務(wù)中,教師鼓勵(lì)學(xué)生分組進(jìn)行光學(xué)小制作。有些小組制作了萬(wàn)花筒,學(xué)生用幾塊平面鏡組成一個(gè)六棱柱,在其中放置一個(gè)物體,學(xué)生從筒口可以觀察到許多物體的像。教師引導(dǎo)他們使用光路圖來(lái)分析萬(wàn)花筒成像的原理。通過(guò)分析,學(xué)生進(jìn)一步強(qiáng)化了對(duì)光線、光的反射等概念的認(rèn)識(shí)。

4 非常規(guī)實(shí)驗(yàn)在電學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

電學(xué)中的許多概念十分抽象,學(xué)生難以理解。在課堂教學(xué)中,教師利用非常規(guī)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行類比,從而認(rèn)識(shí)相關(guān)概念。在課外延時(shí)服務(wù)中,學(xué)生自己動(dòng)手做非常規(guī)實(shí)驗(yàn),解開(kāi)對(duì)電學(xué)概念的疑惑。

4.1 電流的教學(xué)

在兩個(gè)小盆底部開(kāi)孔,使用透明導(dǎo)管連接兩孔,在其中一個(gè)小盆中倒入有顏色的液體,并將其放置于高處。學(xué)生可以觀察到水順著導(dǎo)管流動(dòng),過(guò)了一會(huì)兒水停止流動(dòng)。教師只需將另外一個(gè)小盆的位置調(diào)高,水在管道中又會(huì)向另外一個(gè)方向流動(dòng)。教師再引導(dǎo)學(xué)生思考電流問(wèn)題,通過(guò)類比的方法幫助學(xué)生建立電流概念。

4.2 電壓的教學(xué)

將一個(gè)水盆放在較高的位置,水開(kāi)始在水管中流動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)水盆中的水面一樣高的時(shí)候,水會(huì)停止流動(dòng)。教師讓學(xué)生探討使水保持流動(dòng)的方法,學(xué)生思考后提出:將水舀過(guò)去,保持兩個(gè)水盆中的水位差。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到使水持續(xù)流動(dòng)需要存在水壓,而使電流持續(xù)流動(dòng)則需要電壓。

4.3 電阻的教學(xué)

教師引導(dǎo)學(xué)生利用身邊的器材做實(shí)驗(yàn),探究影響導(dǎo)體電阻的因素,有小組做了這樣的實(shí)驗(yàn):使用學(xué)生電源、導(dǎo)線、燈泡、面團(tuán)連接成為電路。如圖3所示,學(xué)生比較接入面團(tuán)前、后燈泡發(fā)光亮度,發(fā)現(xiàn)接入面團(tuán),燈泡亮度變暗,得出結(jié)論:該面團(tuán)是導(dǎo)體,在導(dǎo)電的同時(shí),對(duì)電流有一定的阻礙作用,即為電阻。搓揉面團(tuán),改變接入電路面團(tuán)的長(zhǎng)度、橫截面積,學(xué)生發(fā)現(xiàn)燈泡的亮度均會(huì)發(fā)生變化,由此,說(shuō)明電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積有關(guān)。為了讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)電阻概念,教師提供電壓表和電流表讓學(xué)生繼續(xù)探究。學(xué)生使用電流表測(cè)量了流過(guò)面團(tuán)的電流,使用電壓表測(cè)量了面團(tuán)兩端的電壓,利用學(xué)生電源多次改變電壓和電流。畫出面團(tuán)的U-I圖像,學(xué)生發(fā)現(xiàn):對(duì)于同一個(gè)面團(tuán),當(dāng)形狀保持不變時(shí),它兩端的電壓和通過(guò)它電流的比值保持不變。顯然兩者的比值反映了導(dǎo)體存在著一種電學(xué)特性,即導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體兩端電壓大小和通過(guò)導(dǎo)體的電流大小無(wú)關(guān)。

圖3

5 結(jié)語(yǔ)

借用生活中的多種物品做非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn),進(jìn)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)探究,使學(xué)生意識(shí)到生活中的很多物品都是很好的探究器材,可以提升他們的科學(xué)探究能力與實(shí)踐能力。[3]非常規(guī)實(shí)驗(yàn)對(duì)于初中物理概念教學(xué)的意義重大,教師可以將非常規(guī)實(shí)驗(yàn)融入到課堂教學(xué)和課外延時(shí)服務(wù)中,促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的深度理解,為學(xué)習(xí)物理規(guī)律打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。初中物理內(nèi)容較為廣泛,在不同教學(xué)內(nèi)容中應(yīng)用非常規(guī)實(shí)驗(yàn)的目的和方法有所區(qū)別,教師可以根據(jù)教學(xué)需求設(shè)計(jì)非常規(guī)實(shí)驗(yàn)。