基于“非常規”物理實驗的概念“進階”教學探討①
——以“汽化”教學為例

楊茹羽 張 偉

(1.內蒙古師范大學物理與電子信息學院，內蒙古 呼和浩特 010022；2.內蒙古師范大學附屬中學，內蒙古 呼和浩特 010022)

1 初中物理概念教學中存在的問題

“進階”是從低級逐漸發展為高級或是在原有的基礎上不斷完善的過程，學生物理概念的“進階”是學生對物理概念的認知程度逐步加深、認知體系不斷完善的過程。

在實際教學中，部分教師偏向于采取“注入式”教學，直接將物理概念“塞”給學生，而不太重視學生概念“進階”的過程。主要表現在不重視對學生的前概念進行糾正或完善、不重視學生對物理概念的深入理解，容易導致學生對所學內容“消化不良”，不利于學生認知的發展，影響學生概念的正確建構。

2 概念界定

2.1 物理概念“進階”

在物理概念學習的過程中，存在著多個前后知識間的遞進和發展，一系列遞進、發展就構成了物理概念的學習“進階”路徑，物理概念“進階”的發展模型如表1所示。

表1

2.2 “非常規”物理實驗教學

“非常規”物理實驗是選擇和利用生活中“非專門化”的物質手段而實施的觀察與探索物理規律的實驗活動。基于“非常規”物理實驗所開展的教學活動叫作“非常規”物理實驗教學，“非常規”物理實驗教學具有緊密聯系生活、互動性強、教學形式靈活多變等特點，通過物理實驗將學生與真實的生活環境聯系在一起，使物理教學走向現實生活，關注學生的精神生活和生命體驗，從而喚起學生原有的認知與生活體驗，幫助學生構建認知體系。

3 “非常規”物理實驗與概念“進階”的關系

物理概念“進階”是學生逐步完善物理概念認知體系的過程，在這一過程中學習者需要對物理概念具有科學準確的認知。為了促進學生的物理概念“進階”，需幫助學生轉變或改善對物理概念基于經驗的前認知，引導學生自主建構物理概念，幫助學生建構物理概念認知體系。“非常規”物理實驗是促進學生物理概念“進階”的有效教學手段。

3.1 “非常規”物理實驗可促進物理概念“進階”的發生

“非常規”物理實驗強調生活與物理的有機聯系，利用生活化的物理實驗資源開展物理教學，將物理內容與學生熟悉的生活結合在一起，給學生以親切感，有利于激發學生主動學習的欲望和物理概念“進階”的發生。

3.2 “非常規”物理實驗有助于學生科學地認識物理概念

“非常規”物理實驗注重從生活經驗中發現物理現象和建立物理模型，拉近了物理與生活之間的距離。在課堂中開展“非常規”物理實驗，能較全面地關注到學生的原有經驗，幫助學生建立物理概念與原有經驗之間的聯系，使學生轉變錯誤的前概念，幫助學生對物理概念建立準確、科學的認識。

3.3 “非常規”物理實驗有助于學生對物理概念的深入理解

“非常規”物理實驗具有儀器簡便、原理直觀、現象明顯的特點，在初中課堂上開展“非常規”物理實驗，方便學生近距離觀察實驗現象。初中生的思維處于形象思維向抽象思維轉化的過渡期，他們的思維以形象思維為主，對直觀現象比較感興趣，喜歡觀察和動手，但欠缺對問題深入的思考及理性的思維。“非常規”物理實驗現象的呈現與思維相互碰撞，符合初中學生的認知特點。同時，注重感受的“非常規”物理實驗將學生置于可觸碰的物理情境中，有利于學生深入理解物理概念，尤其對一些抽象且對學生認知發展尤為重要的物理概念的理解特別有效。

3.4 “非常規”物理實驗有助于學生建立物理概念之間的關聯

“非常規”物理實驗教學鼓勵學生自主進行實驗，在實驗的過程中，由于“非常規”物理實驗操作靈活，一材多用、一實驗多模式是常有之事，而同種器材用于不同的實驗可引發學生對相關概念的聯系進行思考，利用不同的實驗設計進行同一實驗能促進學生對物理概念進行全面的建構，因此，“非常規”物理實驗有利于學生建立物理概念的完整認知。

3.5 “非常規”物理實驗可幫助學生保持學習興趣

“非常規”物理實驗利用身邊器具做實驗，這種利用方式新穎、表現形式多樣，較容易引起學生的好奇心，進而激發學生學習的興趣，學生概念“進階”的過程是長期的，這種趣味性在這一過程中可保持學生持續的專注力，促進學生概念“進階”的有效進行。

4 基于“非常規”物理實驗的概念“進階”教學模型

物理概念“進階”的過程是學生對物理概念的認知逐漸趨于完善、建立物理概念認知的思維方式逐漸成熟的過程，為了有效地開展學生物理概念“進階”的教學，結合對核心概念“學習進階”的復雜度層級模型的理解，筆者提出了基于“非常規”物理實驗促進物理概念“進階”的教學模型(圖1)。

圖1

5 教學案例分析

筆者以人教版物理“汽化”教學為例，展示基于“非常規”物理實驗促進概念“進階”的教學實踐。

5.1 創設真實的物理情境，聯結物理概念和原有經驗

如圖2所示，教師將一個生雞蛋放進透明茶壺中煮，等水開了之后用夾子取出雞蛋，學生會觀察到雞蛋外殼上有水。繼續加熱，讓學生觀察茶壺中的水，在水沸騰的過程中，壺中各處水的汽化都非常劇烈且不斷有氣泡產生，如果在壺嘴處放一張衛生紙會濕透；再觀察蛋殼，會發現這時蛋殼已變干。

圖2

評析：教師將燒開水、煮雞蛋這兩個常見的情景呈現于課堂中，直觀呈現“水如何沸騰”以及“雞蛋殼怎么干了”等現象，為學生的物理學習創設了一個真實的問題情境，學生的經驗和思考往往來源于此，這種直觀性能幫助學生建立概念與經驗之間的映射與聯結，有利于學生建立對物理概念的科學認識。

5.2 設計感官體驗型實驗，顯化物理概念的多種特征

將醫用酒精涂在學生手背上，讓學生觀察酒精狀態變化的同時感受手背的感覺。

在此基礎上，進一步讓學生分別在手背和桌面上面積相等處涂酒精、在手背上滴一滴和涂一片酒精、在手背上涂酒精并且用嘴吹，觀察酒精蒸發的快慢情況，由此總結出影響蒸發快慢的因素。

評析：學生通過手背感受“蒸發”過程，將“蒸發吸熱制冷”這一特征直接反饋給感覺神經，獲得了直接經驗以及感性認識，有利于學生建立“汽化”這一概念與其外化的具體特征之間的關聯；利用直觀感受自主探究影響蒸發快慢的因素，促進了學生對“蒸發”概念的自主建構，也加深了學生對“汽化”概念的理解。

5.3 組織學生動手實驗，促進物理概念的完整認知

安排學生分小組合作，探究水在沸騰過程中溫度的變化規律，實驗裝置如圖3所示，在探究過程中注意觀察水沸騰現象，觀測此過程中水的溫度隨時間變化的情況，當水溫達到95℃時每隔30s記錄一次水的溫度。結合觀察到的現象討論：在沸騰過程中水中的氣泡如何變化？水的溫度如何變化？畫出水的溫度隨時間變化的圖像。關閉酒精爐的閥門，觀察水是否會繼續沸騰、觀測水溫，討論并總結出水沸騰的條件。

圖3

評析：在小組合作中明確分工，探究水沸騰時溫度的變化規律，所用到的實驗器材源于生活，容易操作，學生比較熟悉，會全身心地投入到實驗中。實驗過程中學生親自動手操作，仔細觀察現象，適時進行交流、討論，自主建構物理概念，小組成員相互啟發，能有效促進其物理概念的完整認知。