基于自主創新實驗的初中物理活動課程設計

朱雨紅

(江蘇省泰州市九龍實驗學校,江蘇 泰州 225300)

創新是當前世界發展的主題，綜合國力的競爭急切需要大批的創新人才為其服務。創新人才是指“具有創新意識、創造思維和創新能力”的人才，[1]其核心是培養創造思維，關鍵是提高創新能力，培養任務已經由大學悄悄地向中小學前移。

實驗教學是初中物理教學的重要組成部分，是培養學生創造思維的重要載體。當前一些初中物理教師的教學理念還跟不上教學改革的步伐，實驗教學的方法和內容還比較陳舊，按圖索驥的實驗操作并沒有給學生帶來能力上的提升，它已經成為初中物理實驗教學改革的瓶頸，阻礙了學生創新能力的發展與提升。面對這一教學實際，我校物理組開展了“基于學生自主創新實驗的初中物理活動課程設計研究”，以活動課程為載體，將培養學生的創新能力從課內延伸到課外，筆者就活動課程的目標設置、實驗設計等進行探討。

1 目標設置

1.1 激發情趣

《義務教育物理課程標準(2011年版)》將“保持探索科學的興趣與熱情，在認識自然的過程中獲得成就感”作為課程目標之一。[2]只有當學生對課外活動的課程內容有了興趣，才會樂意參加課程學習。通過活動，可激發學生的情趣，讓其學得更生動活潑。

1.2 主動參與

活動課程為學生學習創設了現實場景，是提升其知識與技能的根基。活動課程必須讓學生成為活動的主體，而完成不是被動地執行教師的指令，凡是學生能夠自主的活動，教師千萬不能越俎代庖，適當讓學生嘗試失敗也未嘗不可。[3]

1.3 創新設計

活動課程的設計必須立足創新，通過課內實驗向課外遷移、開展創新評比、合作學習解決創新問題、創新設計系列實驗、運用多個實驗探究同一規律、改進傳統儀器等途徑，增強學生的創新意識，發展學生的創造思維，提高學生的創新能力。

2 實驗設計

2.1 課內實驗向課外遷移

人們在初次交往中對于所接觸的人、事、物形成的認知往往對認知對象起到明顯的甚至決定性的作用，這就是“首輪效應”。物理是初二新開設的一門課程，其首輪效應將直接體現在第一堂課的活動設計中。蘇科版物理教材一開始就安排了4個實驗活動(圖1)，活動1通過看一看和猜一猜，設計了兩個演示實驗，活動2通過做一做，設計了兩個學生實驗。

圖1

怎樣實現由課內實驗向課外遷移呢？筆者以“透過盛水的玻璃杯看書本上的字”活動為例，老師先讓學生猜一猜：看到的字，是變大了？變小了？還是不變？以此激發學生的活動興趣，并引導學生開展活動：(1) 觀察書本上字的大小變化；(2) 觀察放在玻璃杯后的手指，是變粗了還是變細了？是變長了還是變短了？(3) 如果將如圖2所示的小西紅柿從杯外移到杯內，是變大了變小了？是變“胖”了還是變“瘦”了？(4) 用小竹簽將小西紅柿插入飲料瓶的水中，觀察小西紅柿的形狀、大小的變化；(5) 將小西紅柿由前向后或由上向下逐漸移動，小西紅柿的形狀、大小又會發生怎樣的變化？要求學生在課外對上述實驗繼續進行創新，將課外的創新實驗拍成照片或視頻，弄清楚其中的科學原理，進行交流評比。

圖2

2.2 針對課外實驗開展創新評比

要使課內實驗發揮首輪效應的作用，還需通過課外實驗的遷移，讓學生在創新評比中獲得成就感，有4位同學通過實驗照片展示了自己的觀察結論。

生1：透過盛水的玻璃杯觀察照片的像的大小變化，當照片橫放時，像寬度不變，長度變大，看上去變“瘦”了。當照片立放時，像的高度不變，寬度變大，看上去變“胖”了。

生2：觀察同一張照片，通過不同塑料瓶觀察到的像有差異，“瘦”瓶比“胖”瓶成的像還要胖。

生3：用注射器給乒乓球注射適量鹽水，使其沉入瓶底。然后讓乒乓球由前向后逐漸移動，再將乒乓球從瓶內移出瓶外。移動乒乓球后，在其平衡時用手機拍攝其俯視和平視的照片，如圖3所示，上排4張照片是乒乓球在瓶內由前向后移動乃至移到瓶外后4個位置處的俯視照片，下排4張照片是乒乓球與上述4個位置相對應地從瓶的正前方拍攝的平視照片。從上、下兩排照片的比較看，上排乒乓球的形狀沒有改變，仍然是一只球，下排乒乓球的形狀卻發生了較大的改變，由圓變成了橢圓。再看圖4所示的照片是隔著瓶子從不同的角度，以平視的方式，對瓶外的乒乓球拍攝而成的，顯然，其形狀的變化較大，而且還出現了多個像。圖5所示的照片是手機圍繞位于瓶中心的乒乓球，通過斜視拍攝而成的，發現有很多大小、形狀各異的像。

圖3

圖4

圖5

生4：如圖6所示，將兩只乒乓球同時放入塑料瓶中，為什么原來大小相同的兩只乒乓球的像卻變得大小不同呢？

圖6

2.3 通過合作學習解決問題

4位學生為了探究其中的奧秘，他們成立了學習小組，通過請教老師、網上查詢、提前自學等方式，自主解決了上述問題。他們發現透明塑料瓶的橫截面是一個圓，內部的水就成了一個水透鏡(放大鏡)，其縱截面可看成是一塊玻璃磚。正因為其結構的特殊性，它成的像也就有了復雜性。既有橫向放大鏡的放大功能，又有縱向玻璃磚的平移功能。

2.4 創新設計系列實驗

上述實驗都是學生設計的乒乓球系列實驗的一部分，其中涉及光學和力學內容，他們還設計了以下實驗。

(1) 聲學實驗

放大微弱的振動。將音叉的叉股靠在乒乓球上，敲響音叉，乒乓球會擺動起來，實驗結論：聲音是由于物體振動產生的。

(2) 熱學實驗

將捏癟的乒乓球復原。用手將乒乓球捏癟，接著把球放入杯中，倒入熱水。會看到癟的乒乓球又變圓了，實驗結論：乒乓球內空氣受熱膨脹。

(3) 電學實驗

電荷間相互作用。先將兩只乒乓球用絲線懸掛起來，再依次做下列3個實驗：① 用與絲綢摩擦過的有機玻璃棒分別靠近兩只乒乓球；② 使兩只乒乓球都帶上正電荷后讓它們相互靠近；③ 使兩只乒乓球帶上異種電荷后靠近。實驗現象：① 帶電有機玻璃棒能吸引乒乓球；② 帶同種電荷的兩只乒乓球相互排斥；③ 帶異種電荷的兩只乒乓球相互吸引。實驗結論：① 帶電體能吸引輕小物體；② 同種電荷相互排斥；③ 異種電荷相互吸引。

(4) 力學實驗

圖7

創新的覆杯實驗。用乒乓球緊蓋住裝滿水的礦泉水瓶口，并將其倒過來，然后放開手(圖7)。實驗現象：乒乓球不會掉下，水也不會流出。實驗結論：存在大氣壓。

2.5 運用多個實驗探究同一規律

學生還用乒乓球創新設計成多個實驗，探究流速與壓強的關系。

(1) 滾不下去的乒乓球

將乒乓球斜放在一個飯盒的蓋上，讓自來水沖落在乒乓球上，乒乓球居然沒有滾下(圖8)。

圖8

圖9

(2) 吹不掉的乒乓球

先將漏斗口朝下，再把乒乓球置于口頸處，然后從上端向下吹氣，球不會被吹落下來(圖9)。

(3) 分而不離的乒乓球

當向浮在水中的兩個乒乓球之間噴水時，兩乒乓球不但不分開，反而彼此靠近(圖10)。

圖10

(4) 隔杯跳遠的乒乓球

把兩個高腳杯并排放置，乒乓球放在前一個高腳杯中，對著球的上方沿水平方向吹氣，乒乓球就會跳入第二個杯子(圖11)。

圖11

2.6 改進傳統儀器

有的學生發現實驗室的“色光合成演示器”(圖12)操作較為麻煩，效果不理想。他們從結構改進入手進行創新，將原儀器中的三個圓筒、三個開關，改進為一個圓筒和一個開關(圖13)，能很容易演示色光的合成，該創新成果榮獲江蘇省青少年科技創新大賽二等獎。

圖12

圖13

3 結語

我校物理組開展的“基于學生自主創新實驗的初中物理活動課程設計研究”已有三年，由于抓住了“激發情趣、主動參與、創新設計”這三個目標和“首輪效應”，激發了學生探索物理的興趣與熱情。許多學生在家長的支持下辦起了家庭實驗室，為自主創新實驗的開展提供了物質保障。他們也利用自己的創新實驗成果，走出校門，積極參加各級各類行政部門組織的創新比賽和成果展示交流活動，有二十多位學生獲得了市級以上的一、二等獎。增強了學生的自信心和獲得感，培養了學生的創新意識，發展了學生的創造思維，提高了學生的創新能力。