指向探究能力提升的初中物理“微實驗課堂”的創設

朱文蓮

摘 要：物理微實驗在提升學生科學探究能力方面具有獨特的教學價值。創設初中物理“微實驗課堂”，要根據不同課型的教學特點，研究微實驗的教學應用時機、教學應用策略。以“杠桿”新授課為例，闡述創設初中物理“微實驗課堂”的策略。即借助微實驗導入新課，激發學生探究欲望;借助微實驗突破教學重難點，培養學生探究思維;借助微實驗實現學以致用，提升學生探究能力。

關鍵詞：微實驗課堂;創設策略;探究能力

物理微實驗在提升學生科學探究能力方面具有獨特的教學價值。為此，教師根據新授課、復習課、習題課、講評課等不同課型的教學特點，充分利用身邊廢舊的生活物品設計一些小微實驗，并研究其教學應用時機、教學應用策略，具有十分重要的現實意義。下面，以“杠桿”新授課為例，就如何創設初中物理“微實驗課堂”進行探討，希望對各位同行有所啟發。

一、借助微實驗導入新課，激發學生探究欲望

杠桿是生活中常見的簡單機械，學生每天都會接觸?？曜?、夾子、剪刀，包括人身體上的手臂、腳踝等，這些都是杠桿。在講授“杠桿”這一概念時，教師以往的教學方式往往是先給出概念—— 一根在力的作用下繞著固定點轉動的硬棒，然后再讓學生舉出生活中常見的杠桿有哪些。這種方式下，一個枯燥的概念就先入為主了。這種教學方式味同嚼蠟。在杠桿概念的講授中，教師應放手讓學生利用經常用到的剪刀、夾子、鉗子等，讓學生動手使用這些器材并觀察思考它們在不同狀態時的共同點，引導學生提煉這些隨手可見的裝置的共性，并指出具有這種共性的物體就稱作杠桿。通過這些簡單易操作的微實驗可以真正幫助學生在大腦中自然生成物理概念。

例如，可以用剪刀、夾子、鉗子設計生活中的杠桿：（1）學生用剪刀剪廢舊紙板，觀察剪刀的狀態。（2）學生拿出不同狀態的夾子，觀察夾子打開和夾上物品時的狀態。（3）學生觀察用鉗子撬起圖釘的狀態。學生在做的過程中，教師追問以上器材在使用過程中的共同點。

這些實驗分組做或者自行完成都可以，教師引導學生歸納其工作時的共同特點，從而引出杠桿的定義—— 一根在力的作用下繞一固定點轉動的硬棒叫作杠桿。同時，通過觀察各種類型的杠桿，學生不難發現，杠桿可以是直的，也可以是彎曲的，形狀各異。微實驗的演示，不僅自然地引出了新課，在學生頭腦中建構了杠桿的物理概念，同時大大激發了學生探究杠桿相關知識的欲望。

二、借助微實驗突破教學重難點，培養學生探究思維

依據課程標準和教材分析，畫力臂是本節課的教學重點。為了讓學生在大腦中形象直觀地建構力臂這一概念，突破本節課教學的重難點內容，教師可利用廢舊的白色的紙板、杠桿尺、支架、鉤碼、彈簧測力計、剪刀、紅色金屬絲等創設微實驗，把抽象的力臂變為可直觀呈現的實物，從而變抽象為直觀。

例如，直接在杠桿尺上呈現力臂（探究當力垂直作用在杠桿上時的力臂）。實驗器材為杠桿尺、鉤碼、彈簧測力計。教師首先組裝好一個簡易的杠桿，并調節杠桿使其在水平位置平衡，兩側的力與杠桿垂直時，教師讓學生分析力臂，學生能比較容易判斷出力臂就在杠桿上，指出哪一段是力臂。這種方式不僅能讓學生直觀地在杠桿尺上找到力臂，同時也為后面探究杠桿平衡條件做了鋪墊。

又如，利用紙板和金屬絲呈現力臂（探究當力不垂直作用在杠桿上時的力臂）。實驗器材為杠桿尺、支架、鉤碼、彈簧測力計、廢舊紙板、紅色金屬絲。

（1）在杠桿左端懸掛兩個鉤碼，另一端在合適的位置利用彈簧測力計豎直向下拉動杠桿，使杠桿在水平位置平衡，此時動力臂為圓的半徑。（2）改變彈簧測力計的拉動方向，使紅色金屬絲與彈簧測力計秤鉤在同一直線，紅色金屬絲可以直觀地表示出力的作用線。調整拉力方向，使與秤鉤同一直線的金屬絲B與圓盤上的金屬絲A垂直。此時，金屬絲B所在直線為力的作用線，金屬絲A經過支點且垂直于力的作用線為動力臂（仍然為圓的半徑）。大家都知道圓的半徑相同，使力的方向和圓盤相切，這時圓的半徑就是力臂。利用紅色金屬絲表示出力的作用線和力臂，學生可以直觀看到作用線的方向和力臂的長短。教師不斷地改變力的方向但始終和圓盤相切，力臂始終是圓盤的半徑長。通過多次的直觀展示，讓學生深刻理解力臂的概念，學生就能夠在頭腦中清晰地想象出力的作用線并判斷出力臂。

再如，利用齒輪圓盤和卡紙呈現力臂（探究當力不垂直作用在杠桿上時的力臂）。學生在實驗的過程中發現金屬絲太細不方便觀察，如果用粗的金屬絲又發現力的作用線和力臂（圓的半徑）不能垂直，沒法直觀地呈現出力臂和力的作用線的關系。于是進行改進，把圓盤做成齒輪形狀，支點在齒輪的圓心，力的方向和齒輪相切，力臂是半徑長。為了更加直觀地觀察力臂，用一個紅色的卡紙剪成箭頭形狀，一端固定在圓盤齒輪的圓心上，另一端指向力的作用線，直觀簡易的力臂就體現出來了。在此實驗中，學生在力臂的判斷過程中，存在的主要問題是不能很好地理解力臂的定義——支點到力的作用線的距離，因為力的作用線和力臂都是一個抽象的概念，不是一個具體的實物呈現。學生很容易將力的作用線理解成力的作用點，判斷的時候就只考慮支點到力的作用點的距離。即使能判斷出力的作用線，但部分學生在畫力臂時常常會沿水平或者豎直方向去判斷距離畫出力臂?；谝陨蠈W情，本實驗設計的重點在于：利用紅色金屬絲，形象直觀地描述出力的作用線;借助廢舊圓盤與金屬絲的組合，使力臂具體化為圓盤的半徑。通過直觀展示力的作用線與力臂，讓學生有直觀的認識;通過變化力的作用線的方向，多次判斷強化對力臂定義的理解，實現從抽象到直觀的轉變。而齒輪的圓盤又使力臂更加形象和直觀，從而為后面學習“滑輪的本質是杠桿的變形”做好鋪墊，可謂一舉兩得。

還如，對杠桿尺的不穩定性的改進（力臂探究實驗中的創新）。學生在利用杠桿尺探究力臂的過程中又有新的發現。發現杠桿尺穩定性比較差，在左右掛鉤碼時由于有先后順序，所以在杠桿尺一邊有負重的情況下，必須用手扶穩，否則極易圍繞支點大幅度偏轉，稍有不慎鉤碼就會掉落桌面，導致實驗不能順利進行。學生在接二連三地經歷了鉤碼落地的窘迫后，不禁思考：如何讓杠桿尺在一定范圍內轉動，又不會使鉤碼落地？學生經過反復摸索，最終在支點上方0.5cm處設置牢固的障礙卡（廢舊鐵絲彎成的），使杠桿尺能在有限范圍內偏轉而不影響杠桿尺的平衡效果。在此實驗中，杠桿尺上加障礙卡，限制偏轉幅度，可以有效保障實驗進程。一個小小的障礙卡體現了學生遇到問題解決問題的能力。應了那句話：紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。

學生在整個力臂微實驗探究的過程中，不僅深刻理解并掌握了力臂的概念和畫法，更重要的是掌握了一種探究問題的方法，從而使探究思維不斷地得到提升。

三、借助微實驗實現學以致用，提升學生探究能力

物理知識來源于生活又服務于生活。在學生探究完杠桿平衡條件后，教師可以引導學生利用杠桿原理設計生活中的省力杠桿，做到學以致用。

例如，利用細棍設計省力杠桿。實驗器材為3根5cm長的細棍、1段縫衣服用的細線、1個裝有水的飲料瓶。（1）用細線系住飲料瓶的瓶口，其中一根細棍放在桌子邊沿，把系飲料瓶的細線掛在第一根細棍上，用手按住細棍的另一端。（2）第二根細棍把線撐起來。第三根細棍抵住第一根細棍的頭部，再把它的尾部抵在第二根細棍的中間位置。調整好重心，慢慢移開壓住第一根細棍的手，飲料瓶穩穩地掛了起來。這種省力杠桿在生活中用處很大，如指甲刀、瓶起子、鉗子等。高品質的物理學習的核心就是讓學生學會運用物理知識和方法來解決實際問題，就是我們經常說的學以致用。

又如，設計蠟燭蹺蹺板。實驗器材為2個碗，縫衣針、蠟燭、剪刀、打火機各1個。一個縫衣針穿過一根蠟燭，就形成一個杠桿。針的兩端蠟燭質量不相等，就會使兩端力和力臂的乘積不相等。乘積大的一端向下傾斜，這一端的火苗燃燒使蠟燭熔化較快，力和力臂的乘積小于另一端，從而向上翹起;反之，另一端力和力臂的乘積變小后又會向上翹起……這就像我們小時候玩的蹺蹺板一樣，蠟燭蹺蹺板便做成了。物理知識的學習不是枯燥乏味的，教師要引導學生創設有趣的蘊含物理知識的微實驗，培養學生在做中學、玩中學，學生的探究思維才能真正調動起來，真正體會學習的快樂。

目前，物理微實驗的學術研究與實踐探索剛剛起步，對以微實驗為手段培養學生科學探究能力的認識尚不夠，指向探究能力提升的初中物理“微實驗課堂”創設方面的研究尚不完善。只要我們加強探索，必將摸索出一條簡單易行、方便操作的提升學生科學探究能力的新路徑，從而使初中學生科學探究能力提升由一個抽象的理念變成一個看得見、摸得著的行動。

參考文獻：

丁玉祥.學生自主創新實驗的意義、價值與實踐路徑[J].實驗教學與儀器，2009（5）.

注：本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃2020年度重點課題“指向探究能力提升的初中物理微實驗開發與應用研究”（批準號：B-b/2020/02/194）的階段性成果。