玩實驗，學物理

湯金波　李進

摘要：江蘇省“名師空中課堂”2020年初中物理“開學第一課”，基于對學生自主創新實驗的實踐與思考，圍繞“玩實驗，學物理”的主題展開教學。具體而言：讓學生依次了解什么是物理、明白為什么要學物理、知道怎樣學物理，最后展示學生自主創新實驗的成果。

關鍵詞：學生自主創新實驗;初中物理;開學第一課

江蘇省“名師空中課堂”2020年初中物理“開學第一課”，圍繞“玩實驗，學物理”的主題展開教學。教學路徑為：首先，讓學生了解什么是物理;其次，讓學生明白為什么要學物理;再次，讓學生知道怎樣學物理;最后，展示學生自主創新實驗的成果。

一、什么是物理

師 同學們雖然還沒有在學校學過物理，但是應該都知道物理這門學科，甚至了解了不少物理知識。那么，什么是物理呢？如果用一句話來概括，老師認為，物理學是一門研究大至宇宙，小至基本粒子，即研究一切物質最基本的運動形式和規律的學科。下面，請同學們欣賞一段視頻資料《粒子與宇宙》。

（播放視頻。）

師 在這段視頻里，你感受到了什么？

生 物理奇妙有趣。

師 你對物理有什么了解？

生 我看過一份資料，介紹的是比夸克還小的靈子。

生 科學家最近對銀河系的邊緣研究有了新發現。

生 人類在浩瀚的宇宙中雖然很渺小，但是我們可以研究宇宙與納米的世界。

師 你的話充滿哲理！歷史上有許多科學家，他們的不懈研究讓我們進入了美妙的物理世界！（出示人物圖片，略）這是老師眼中“最牛”的5位物理學家，他們分別是伽利略、牛頓、愛因斯坦、霍金、楊振寧。請你用一句話說說你所了解的他們。

生 牛頓有著名的牛頓三大定律。

生 楊振寧提出了宇稱不守恒。

……

師 物理學家不分性別，還有很多女性物理學家巾幗不讓須眉，同樣做出了巨大貢獻。（出示圖片，略）畫面中第一位女性科學家是誰？

生 （齊）居里夫人。

師 誰能介紹一下她的成就？

生 她發現了一種新的放射性元素。為紀念祖國波蘭，她將其命名為釙。

……

[評析：本節課為“開學第一課”，學生之前沒有學習過物理這門學科，所以有必要讓學生了解什么是物理。教學中利用多媒體播放從人到宇宙再到基本粒子的視頻，讓學生內心產生巨大的震撼，激發對人類認識自然能力的崇拜和對物理學習的向往。同時，物理學科還蘊含著豐富的人文精神。本節課中，教師只是用幾幅圖片，花費了極少的時間，就讓學生了解古今中外的物理學家。秘訣就在于，教師充分發揮了學生的主觀能動性，調動了學生的已有認知。學生是帶著許多知識進入課堂的，但是這些知識是雜亂的，教師的作用正如一個磁鐵磁化一堆鐵屑一般，幫助學生梳理并調動了相關認知。]

二、為什么要學物理

師 物理對社會發展起到重要作用，可以改變人們的生活。同學們，（出示圖片，略）根據圖片提示談談你知道的物理改變生活的例子。

生 飛機的起飛、飛行、降落都離不開物理知識。

生 現在我們進出小區要用紅外溫度計測量人體溫度，其中也有物理知識。

……

師 （展示學生制作的簡易溫度計，如圖1）老師這里有一支課前布置你們制作的溫度計，請你將其與實驗室溫度計的結構對比一下。

生 自制溫度計中的藥瓶相當于實驗室溫度計的液泡，吸管相當于液柱。

師 你發現自制溫度計與實驗室溫度計相比，有什么明顯缺點？

生 自制溫度計沒有刻度。

生 （做這個溫度計的學生）我也想給我做的溫度計標刻度，但是結果不準確。

師 這說明，想制作合格的物理儀器，僅僅有物理知識還不夠，還需要有工程、技術等知識的支持。想不想自己制作出一支標上刻度且能準確測量的溫度計？

生 （齊）想！

師 （出示一支遮住刻度的實驗室溫度計）這是一只遮住刻度的實驗室溫度計，老師稱之為“穿了裙子”的溫度計。我們怎么給它重新標上上刻度？

生 把“穿了裙子”的溫度計的液泡放在冰水中，將這時液柱頂端所在位置定為0℃;再把液泡放在沸水中，將這時液柱頂端所在位置定為100℃;把0℃到100℃之間的距離一百等分，每一等份就是1℃。

師 （出示高溫溫度傳感器，如下頁圖2）這是什么器材？

生 測量溫度的。

師 怎么判斷的？

生 這個器材有一個高溫探頭，而且還標有-200—1200℃，據此我判斷它應該是測量溫度的器材。

師 你很聰明，講得有理有據！這是高溫溫度傳感器。

[評析：物理是一門由生活中來，再用到生活中去的學科，大多數物理研究都與人們的生活息息相關。教師從學生的生活中采擷素材，結合疫情期間要經常使用溫度計這一實際情況設計教學，在課前布置學生自制溫度計，并在課上展示，讓學生獲得自主創新實驗的初體驗。學生以溫度計的制作這一“項目”為核心問題，通過教師的引導，不僅明白了溫度計的構造與原理，還理解了溫標和溫度單位等概念。進一步地，教師通過高溫溫度傳感器的介紹，讓學生感受高新物理儀器帶來的測量便利。]

三、怎樣學物理

師 物理學作用重大，我們都想學好物理這門學科，那怎么才能學好呢？今天實驗的“主角”是蠟燭。（點燃一支蠟燭）燭焰分內焰和外焰，那內焰、外焰哪里溫度高？怎么設計實驗證明？

（學生小組討論。）

生 用竹簽。

（學生代表上講臺動手實驗，將竹簽在火焰中停留2—3秒，發現：在外焰中的竹簽變黑，而在內焰中的竹簽幾乎沒有顏色的變化。）

生 用紙條。

（學生代表上講臺動手實驗，將紙條在火焰中停留約1秒，發現：在外焰中的紙條變黑，在內焰中的紙條幾乎不變色。）

師 同學們設計的實驗方案都不錯，但都只是通過人眼的觀察來判斷的。這屬于定性實驗，還不夠科學。這支蠟燭內焰、外焰的溫度是多少？我們能不能測量出來？

（學生一時回答不出來。）

師 能不能借助我們今天剛剛看過的高溫溫度傳感器來測量？

生 應該能。

（兩名學生上臺，借助高溫溫度傳感器分別測量內焰、外焰的溫度：一位學生固定探頭位置，另一位學生快速報出傳感器顯示屏不斷變化的溫度值。）

生 內焰溫度580℃，外焰溫度750℃，相差170℃。

師 這樣，我們就可以很肯定地說：蠟燭外焰的溫度高于內焰。再來看這個實驗。

（教師演示實驗：一支剛熄滅的蠟燭，打火機的火焰分別點在燭芯上和燭芯上方1厘米處，蠟燭都能夠被重新點燃。）

師 你觀察到什么現象？

生 蠟燭都被重新點燃了。

師 為什么呢？

生 燭芯與燭芯上方溫度都比較高。

師 溫度雖然高，但沒有可燃的物質能燃燒起來嗎？

生 燭芯上方肯定有可燃的物質。

師 對，有看不見的石蠟蒸氣。燃燒過的蠟燭四周都會流“眼淚”，這是什么原因？

生 一定時間內，燃燒掉的蠟燭的質量小于熔化形成的液態蠟燭的質量。

師 有什么辦法解決蠟燭流“眼淚”的問題？

（學生七嘴八舌地發表意見。）

師 我校上一屆的王同學曾經與老師一起深入研究過這個問題。我們發現，如果把蠟燭先熔化倒入鹽水中，再將液態的蠟放入模具凝固，這樣的蠟燭就不會出現流“眼淚”現象了。感興趣的同學可以課后去探究一下。（將一支未點燃的蠟燭放在一支已點燃的蠟燭旁邊）請同學們利用生活經驗，在不動兩支蠟燭的情況下點燃這支熄滅的蠟燭，當然，不允許直接點燃它。

生 嘴吹氣。

（教師指名學生上臺演示：由于吹氣不均勻，已點燃的蠟燭會被吹滅，而未點燃的蠟燭也沒有被點燃。教師眼神示意學生使用桌面上的吸管，學生借助吸管吹氣并將蠟燭點燃。）

師 這里應用了流速與壓強的關系。現在有三支完全相同的蠟燭，如果有兩支蠟燭已經被點燃，怎樣最快點燃第三支蠟燭？

（一名學生上臺，把三支蠟燭一字排開，俯視圖如圖3所示。）

師 這樣吹，確實可以將第三支蠟燭點燃，但是無論你從左向右吹，還是從右向左吹，遠離吸管的那支蠟燭火焰對點燃蠟燭沒有起到作用。

（學生實驗驗證教師的說法。）

生 （同步操作，俯視圖如圖4所示）把三支蠟燭排成等邊三角形且彼此緊靠。

師 從哪個方向吹氣？

生 從兩支點燃的蠟燭中間吹氣。

（學生實驗驗證。）

[評析：學生自主創新實驗的過程，是學生在動手中觀察現象、理解知識，并不斷促進思維發展和創新力提升的過程。本階段教學，教師不僅讓學生通過“感受”“探究”“創新”三個層次的體驗，實現了知識理解、應用、遷移的“三級跳”，還體現了STEAM的教育理念，調動學生綜合應用各學科中學過的知識。最快點燃第三支蠟燭的實驗看似簡單，實則需要學生具備一定邏輯思維能力和工程理念才能完成。所謂“潤物細無聲”，教師沒有給學生講任何大道理，但是教學中“干貨”滿滿，為學生未來的發展播撒了“智慧種子”。]

四、學生自主創新實驗成果展示

師 同學們，通過今天的學習，我們知道了輕松學好物理的要訣：在實驗的基礎上，善于發現、勤于思考、聯系實際。讓我們一起來看看，之前的同學們都是怎么“玩”自主創新實驗的吧！

（教師演示實驗：1.將多根高度不同的蠟燭由低到高依次排列成一條直線;2.將藍牙音箱放置在最低的蠟燭前端;3.點燃最低的蠟燭，調節音箱高度，使發聲位置正對燭焰，最終擺放如圖5所示;4.藍牙音箱播放音樂。實驗現象：隨著音量升高，最低蠟燭的燭焰晃動幅度增大，后面的蠟燭依次被點燃。）

師 我們可以看到，在音樂聲也就是聲音響度比較大的時候，蠟燭的燭焰偏動的幅度也較大，從而能夠點燃后面的蠟燭。這說明了聲音具有能量。本實驗還可以通過改變藍牙音箱到蠟燭的距離或蠟燭之間的距離，來探究聲音的響度與距離聲源遠近的關系。我們還可以用蠟燭做這樣一個實驗。

（教師演示實驗：1.用塑料板做出上表面是曲面、下表面是平面的“機翼”;2.將“機翼”豎放在水平桌面上，兩側放置擋板;3.將點燃的蠟燭分別放置在“機翼”尾部的兩側，最終擺放如圖6所示;4.用吹風機在“機翼”的頂端向尾部吹風。實驗現象：“機翼”尾部兩側的蠟燭同時熄滅。）

師 “機翼”尾部兩側蠟燭同時熄滅，說明通過機翼兩側的氣體同時到達尾部，即曲面一側的氣體流速大于平面一側的氣體流速。（出示圖7）這也就是飛機機翼的工作原理。本實驗設計的創新之處就在于，可以更直觀地認識到機翼上下表面空氣雖然經過的路程不同，但所用時間卻相同，進而證明其流速的不同。留心處處皆學問，本實驗雖然做起來很簡單，卻說明關注細節是實現實驗創新的途徑之一。

[評析：成果既是知識積累，也可以是“能力”展現。課尾，展示之前學生自主創新實驗的成果。學生自主創新實驗教學在評價學生的學習效果方面有獨特之處，讓學生在接近真實場景的應用中，將所習得的知識、技能、素養表現出來。這是一種真實的評價，很好地體現了以學生為本的教育理念，是符合課程目標評價原理以及布盧姆的掌握學習理論的。知識在“創新”中掌握，技能在“創新”中提升，素養在“創新”中發展。]

*本文系江蘇省中小學教學研究室“十三五”規劃立項課題“基于實證的‘實驗·反思·創新式教學實踐研究”（編號：2019jyktzd15）的階段性研究成果。

參考文獻：

[1] 湯金波，黃網官.學生自主創新實驗是未來物理教學的最優途徑[J].實驗教學與儀器，2018（6）.

[2] 孟富林，湯金波.學生自主創新實驗“四部曲”[J].教育研究與評論（中學教育教學），2019（10）.