創(chuàng)新實驗在初中物理教學中的運用①

陳永安

(廣東省惠東縣惠東中學初中部，廣東 惠州 516300)

1 引言

我國新一輪的教育改革把培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)作為課程目標，把培養(yǎng)創(chuàng)新型人才作為新時代的重要任務。物理教學必須順應社會發(fā)展和時代要求，立足于推動以學生核心素養(yǎng)培育為目標的教學改革，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。物理學是以實驗為基礎(chǔ)的科學，新時代的教育要求我們以創(chuàng)新、有效的方法開展實驗教學。運用創(chuàng)新實驗可以為學生鋪設思維階梯，使學生獲得更豐富的感性認識，形成更高層次的思維能力和學科素養(yǎng)，實現(xiàn)高效率、高質(zhì)量的物理課堂。

2 運用創(chuàng)新實驗創(chuàng)設問題情境，為學生鋪設思維階梯

創(chuàng)設問題情境是基于學生已有的認知水平和教學需要，在教學中圍繞物理概念、規(guī)律，創(chuàng)設具有物理學科特色的教學情境，引發(fā)學生的認知沖突，使其產(chǎn)生強烈的好奇心和探究欲望，促使學生主動參與探究。運用創(chuàng)新實驗創(chuàng)設問題情境導入新課,不但能夠克服教材中教學過渡性不強的缺點，還能讓學生產(chǎn)生濃厚的興趣，激發(fā)學生學習的內(nèi)驅(qū)力，提高課堂的實效。

案例1：“探究平面鏡成像”的教學

“探究平面鏡成像”實驗是粵滬版物理教材的內(nèi)容，盡管教材的設計是從生活情境和學生生活經(jīng)驗導入課程，但是生活中學生與平面鏡接觸的機會太多，對于平面的成像特點已失去了新鮮感和好奇感，再者教材的設計“先入為主”地給出了實驗原理和設計，學生只好按部就班地操作，所以探究熱情不高，教學效果不理想。

如圖1所示，教師利用“澆不滅的燭焰”實驗導入新課，提出問題：“為什么向杯中蠟燭澆水，蠟燭依然燃燒？”以神奇有趣的小實驗引入新課，引發(fā)了學生的認知沖突，學生學習熱情立刻被激發(fā)，同時為平面鏡成虛像埋下伏筆。

圖1

筆者根據(jù)教材的實驗設計，先進行課堂演示實驗，發(fā)現(xiàn)實驗效果不理想。接著設置問題引導學生根據(jù)教材實驗的不足進行改進、創(chuàng)新：(1) 為避免實驗中出現(xiàn)兩個像，可采用薄的有機玻璃代替較厚的玻璃，這樣不會再出現(xiàn)由于平面鏡的厚度大導致的重影現(xiàn)象。(2) 為避免蠟燭燃燒出現(xiàn)長短不同情況，可用LED燈代替蠟燭。(3) 為更方便地比較像距和物距關(guān)系，可在臺面上貼方格紙，并在兩則固定刻度尺。另外，在底座安裝上轉(zhuǎn)盤(圖2)，可以輕松調(diào)整演示角度，當用光屏在玻璃板的后面前后移動去接收像時，光屏上不出現(xiàn)像；再轉(zhuǎn)回去，又看見了蠟燭的像；證明了平面鏡成的像是虛像，學生也明白了“澆不滅的燭焰”的原因。

圖2

在實驗過程中，針對研究的問題，借助創(chuàng)新實驗用遞進式問題為學生的學習鋪設思維“階梯”，突破教學難點，促使不同層次的學生向更高層次不斷進階。

3 運用創(chuàng)新實驗增強實驗效果，激發(fā)學生學習興趣

實驗效果是實驗設計重點考慮的因素，一個成功的演示實驗不但可以產(chǎn)生強烈的視覺效果，還能更好地說明實驗原理，使學生更容易理解和記憶。運用創(chuàng)新方法開發(fā)出直觀性強、操作簡便、有趣的演示實驗，可激發(fā)學生的求知欲和探索欲，能使實驗效果大大增強。

案例2：“光的三基色”教學

學生對光的顏色實驗容易引起濃厚興趣，尤其是三基色實驗更會激發(fā)學生強烈的好奇心。但光的三基色的現(xiàn)象在生活不常見，學生對其成因較難理解，實驗室已有器材演示不夠理想，讓學生更直觀地觀察實驗現(xiàn)象是本節(jié)教學的重點。

利用如圖3所示的有4個透光面的合色棱鏡可以直觀、形象地演示光的混合、光的分解及三基色的形成。當白光從任意一個透光面射入時，從3個面分別射出紅、綠、藍三種色光，這是光的分解。相反，當從任意三個透光面分別射入紅、綠、藍色光時，會從另外的一個面射出白光，這是光的合成。在如圖4所示的實驗中，用小型高亮度手電筒作為光源，用白色塑料泡沫作反射面，可以大大增強演示效果。本實驗運用新型光的三基色分解實驗器，具有設計合理、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點，不但能產(chǎn)生強烈的視覺效果，還能直觀演示白光分解出三色光的效果。

圖3

圖4

4 運用創(chuàng)新實驗優(yōu)化實驗過程，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力

教具是物理實驗教學不可缺少的條件，有的實驗教具存在設計的不足，導致實驗效果不夠理想，因此對實驗教具進行改進或創(chuàng)新，不但可以彌補學校實驗條件的不足，激發(fā)了學生的興趣，降低了學生理解的難度，更能培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

案例3：探究影響電磁鐵磁性強弱的因素

按照教材設計的實驗方案，學生經(jīng)過猜想后運用控制變量法，設計了如圖5所示的兩種電路進行科學探究，通過吸引鐵釘?shù)臄?shù)量確定磁性的強弱。在實際實驗中，由于兩次實驗操作要改變電路的連接，不但增長了實驗操作時間，學生還不易直接對比前后的實驗現(xiàn)象，對實驗探究的變量關(guān)系容易混淆，因此，實驗存在較大改進空間。

圖5

圖6是改進后的實驗教具，具有如下創(chuàng)新點:

圖6

(1) 將教材設計的兩個探究電路整合成一個并聯(lián)連接的電路，利用滑動變阻器改變電路電流，使兩種探究能同時進行，利于比較實驗現(xiàn)象，容易得出結(jié)論。

(2) 選用不同匝數(shù)的線圈進行實驗，在4號線圈內(nèi)不放置鐵芯，與1號線圈的匝數(shù)相同，可探究有無鐵芯對磁性的影響。

(3) 在并聯(lián)電路的各支路上串聯(lián)一只小燈泡，通過小燈泡的亮度可以直觀比較電路中電流大小。

5 運用創(chuàng)新實驗優(yōu)化實驗操作，全面提升課堂效率

隨著社會信息化的進程，數(shù)字化實驗已成教育信息化發(fā)展的不可缺少的應用，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的重要途徑。引導學生運用數(shù)字化實驗進行探究，可解決原有教學中受時間、工具和環(huán)境等因素制約的問題，改進無法實現(xiàn)的、實驗效果不明顯的、實驗效率低下的部分實驗，優(yōu)化教學過程，提高教學效率。利用數(shù)字化實驗能簡化實驗操作，使很多難以測量或難以控制的實驗得以順利進行，大大提升實驗測量精度。

例如初中熱學中幾個重點實驗的教學，依據(jù)教材的設計方案進行實驗時，不但存在實驗時間長、熱源不穩(wěn)定、讀數(shù)不準等問題，而且使用酒精燈加熱的過程存在一定的安全隱患。因此，將數(shù)字化實驗引入課堂，對實驗進行全面優(yōu)化，能有效地避免傳統(tǒng)實驗教學的不足，提升實驗效率。在圖7所示探究沙子和水的吸熱能力實驗中，用電加熱器替代酒精燈，在如圖8所示的探究晶體與非晶體的熔化實驗中，用養(yǎng)生壺替代酒精燈，在如圖9所示的探究焦耳定律的實驗中，用電源適配器代替學生電源，3個實驗都采用溫控傳感器和數(shù)字溫度計，改進后的實驗大大縮短了實驗時間，操作簡單，讀數(shù)方便，實驗效率得到大幅提高。

圖7

圖8

圖9

6 結(jié)語

在物理教學中運用創(chuàng)新實驗創(chuàng)設問題情境、增強實驗效果、優(yōu)化實驗過程和操作，讓學生經(jīng)歷科學探究過程、領(lǐng)悟科學方法、體驗科學樂趣和養(yǎng)成科學態(tài)度。在現(xiàn)實的教學環(huán)境下，創(chuàng)新實驗的開發(fā)和運用還需要集中教師的智慧，需要一段時間進行教學探索并加以完善和優(yōu)化。教師應該克服現(xiàn)實教學中的各種困難，最大限度地發(fā)揮物理實驗教學在培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的作用，真正落實素質(zhì)教育的目標和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)任務。