微實驗在初中物理課堂教學中的有效運用

楊 玲

與傳統的物理實驗相比,微實驗對實驗材料設備的要求更低,實驗操作安全性更強,耗費的課堂時間也較少,因此非常適合在物理課堂教學中進行應用。通過圍繞初中物理課堂教學,加強對微實驗有效運用的探索,不僅有利于更好地體現微實驗的教學作用價值,促進其廣泛應用,還能夠切實提升初中物理課堂教學質量水平,促進學生未來實現更好的發展。

一、初中物理教學中運用微實驗的作用

(一)激發學生學習興趣,減輕學生認知壓力

在傳統初中物理課堂教學模式下,教師采用的教學方法單一,教學信息呈現方式陳舊,長此以往,學生容易產生審美疲勞,很難激發學生的學習興趣。不僅如此,在的單一的物理教學模式下,學生由于學習興趣低下,內在學習動力不足,在對物理知識進行認知學習時,非常吃力,實際學習壓力大,難以滿足當下“雙減”政策中減輕學生學習負擔的要求。而在初中物理教學中,通過引入物理微實驗,可以有效解決上述問題。另外,物理微實驗本身便是一種創新式的教學手段,改變了傳統“說教式”物理教學方式,能夠帶給學生新鮮感。并且物理微實驗本身趣味性十足,學生可以通過實驗,實現對物理知識的探索學習。不僅有利于激發學生的物理學習興趣,還有利于激發學生對物理知識探索學習的欲望,讓學生通過微實驗學習操作,不知不覺中完成對物理知識的習得與掌握,有效減輕了學生物理學習的認知壓力,真正實現了“寓教于樂”,帶給學生更好的物理學習體驗。

(二)簡單易操作,增進學生對物理概念的理解

在開展物理實驗教學中,采用的多是一些大型物理實驗,不僅需要耗費大量課堂時間,而且還需要采用一些專業的物理實驗設備。因此學生很難直接上手操作,無法親身體驗物理知識探索的樂趣。與此同時,相較于其他學科知識,初中物理知識本身抽象難懂,尤其是針對一些物理概念,學生實際認知學習的難度大,很難深入理解初中物理概念。而通過應用微實驗,可以有效幫助學生解決上述困境。一方面,微實驗顧名思義,即開展的物理實驗不需要大型專業的實驗設備,也不會耗費大量的時間,通常是圍繞一個物理概念、物理知識點、物理現象等開展的小型實驗,整個實驗操作過程簡單,需要的實驗設備可以從現實生活中就地取材,實驗操作簡單,易于學生上手操作。同時通過物理微實驗所展示的物理現象,成功地將物理知識概念以具體化的實驗現象展現出來,因此有利于增進學生對物理概念的認知與理解。并且大部分物理微實驗都具備器材簡單熟悉、實驗現象趣味奇特、操作性強且一物多用的特點,因此可以讓學生通過在熟知的事物中操作體會應用,讓學生通過微實驗的探索,體驗到物理知識從陌生到熟悉的過程,促進學生實現物理知識概念的內化與吸收,提高學生的物理學習效果。

(三)促進物理教學創新,培養學生動手實踐能力

傳統初中物理教學形式單一,教學方法陳舊,整體缺乏創新。并且在整個教學的過程中,學生物理知識學習過程較為被動,無法主動參與物理學習實踐過程。而物理知識本身具有鮮明的實踐性特征,很多物理原理、物理現象與現實生活存在緊密的聯系,因此需要學生通過動手實踐驗證才能真正理解其中的知識內容。傳統的物理教學方式顯然無法滿足上述要求。而通過在物理課堂教學中運用微實驗,能夠更好地滿足上述教學學習要求,彌補傳統物理教學模式的弊端。一方面,將物理微實驗融入物理實驗教學各個環節,本身便是一種良好的物理教學創新方法,為物理教學注入了新的生機與活力,讓物理知識呈現變得具象化、趣味化,同時也賦予了物理教學更多的可能性;另一方面,相較于常規的大型物理實驗,微實驗上手難度低,實驗材料設備簡單,實驗時間相對較短,因此學生可以在課堂上直接動手操作驗證所學物理知識,不僅有利于提升學生的物理學習效果,還能夠有效培養學生的動手實踐能力,促進學生未來實現更好的發展。

二、微實驗分類

(一)學生操作型微實驗

學生操作型微實驗是微實驗的一個重要分類,該類型微實驗顧名思義,即能夠由學生進行操作的實驗。這種實驗一般采用的實驗材料易得,可以直接從現實生活中取材,實驗操作過程簡單,且不存在較大的實驗安全隱患,能夠確保學生安全,對學生操作型微實驗進行細分,又可以分為課內實驗與課外實驗。前者可以直接在課內開展,不受特定的實驗環境、設備等條件限制,具有機動性和靈活性的特點,一般在課堂探究環節之中應用。后者則屬于“課外探究”范疇,由學生自主完成實驗的設計、操作、記錄、總結及分析,具體可包括制作型微實驗、觀察型微實驗、補充型微實驗等,需要結合實際探究任務,確定不同的實驗探究類型。例如,在開展“慣性”知識點教學時,為了讓學生對慣性有一個深入的認知,教師可以帶領學生開展課內探究微實驗。在這一過程中,可以運用學習生活中常見的一些材料,比如課本、文具盒等。將文具盒放在課本上,然后快速抽出文具盒下方的課本,驗證慣性的存在。上述一個簡單的微實驗可以由學生獨立在課堂上操作完成,屬于典型的課內微實驗。又如,在講解摩擦力時,教師可以在課下布置一個觀察型微實驗,即讓學生觀察生活中“摩擦力”應用現象,比如不同類型的汽車輪胎花紋、鞋底花紋等,讓學生認識到摩擦力在日常生活中所發揮的作用,增進學生對摩擦力的認知與理解。上述便是典型的課外微實驗,同樣可以由學生自主完成,最終目的都是增進學生對初中物理知識的認知與理解,提高學生的物理學習效果。

(二)教師演示型微實驗

教師演示型微實驗是指主要由教師負責操作演示的微實驗。與常規的物理演示實驗相比,教師演示型微實驗同樣具備微實驗的一些優勢。比如,常規的演示實驗需要運用一些專業的實驗器材,而教師演示型微實驗則不拘泥于此,可以采用源自日常生活中的一些材料作為演示實驗器材,也可以在此基礎上對常規演示實驗進行改進,實現演示實驗的創新,從而有效抓住學生的眼球,讓實驗操作、實驗現象簡單明顯。一般情況下,教師演示型微實驗主要應用于課堂導入環節,通過為學生呈現一些趣味實驗現象,來活躍課堂氣氛,集中學生的注意力,激發學生的學習興趣。與學生操作型微實驗相比,教師演示型微實驗操作難度相對較大,且帶有一定的危險性,因此需要教師專門負責操作演示,二者相同之處在于實驗均具有“微”特點,不會占用太多的課堂時間。一般由教師負責演示操作,學生負責觀察、記錄,分析實驗結果、實驗現象等。例如,在開展大氣壓強教學時,為了讓學生對大氣壓強有一個更加具象化的認識,教師可以在課堂導入環節,聯系現實生活實際,為學生演示“拔火罐”這一跨學科微實驗,從而讓學生對拔火罐的原理有一個深入的認識,了解大氣壓強在其中所發揮的作用。這一簡單的演示型微實驗不僅可以有效激發學生的學習興趣與對大氣壓強的探究欲望,還能有效活躍課堂氣氛,給學生留下深刻的印象。

(三)多媒體輔助微實驗

在信息化時代下,各種先進的信息技術不斷涌現,并在各行業領域中掀起了一場全新的變革。教育領域也不例外,近年來出現了很多先進的信息教學技術手段,比如多媒體技術、微課等。我國一直以來非常重視教育信息化發展,如今在很多偏遠地區的學校,也配置了多媒體教學信息化設備。因此,在物理課堂教學過程中,針對微實驗的實踐,出現了一種新的微實驗類型,即多媒體輔助微實驗。這種類型的微實驗一般不需要學生或者教師上手進行操作,而是充分利用多媒體的演示功能,為學生演示相關的物理現象,或者呈現微觀層面的物理信息內容,以此激發學生的探究學習興趣,增進學生對物理現象、物理原理、物理知識的認知與理解。尤其是在初中物理教學中,由于條件有限,無法進行一些物理實驗的演示,或者一些物理現象、物理知識內容處于微觀層面,無法直接用肉眼進行觀察分析。這就需要通過多媒體輔助微實驗進行展示,幫助學生更好地認識理解物理實驗知識。尤為重要的是,相較于傳統的演示實驗,多媒體在信息呈現方面的優勢更加明顯,能夠為學生呈現多樣化的信息場景,讓學生觀察到肉眼難以看到的物理現象,這對學生物理學習效果提升有著積極的影響。例如,在開展“聲音”物理知識點教學時,關于聲音的特征探究,教師可以利用多媒體輔助微實驗,采用Audacity軟件或者智能手機進行現場錄音,然后讓學生觀察錄音波形圖的變化,了解聲波頻率與振幅的變化特征,分辨音調與響度,從而在微觀層面上加深對聲音的認識與了解,有效提升學生的學習效果。

三、微實驗在初中物理課堂教學中的設計要求

(一)符合真實的學情,實驗目的明確

一方面,教師在初中物理課堂教學中運用微實驗,要考慮真實的學情,結合初級中學段學生的實際認知能力、物理知識學習掌握能力、物理知識的接受程度等,科學合理地進行微實驗的設計,從而確保學生能夠順利地接受微實驗,并從中受到啟發,實現物理知識的探究學習與掌握;另一方面,教師在設計微實驗前,必須要有一個明確的目的,整個實驗設計過程均需要圍繞這一目的開展。比如,可以結合學生的一個猜想或者驗證一個物理理論知識等,明確最終的實驗目的,如此才能發揮出微實驗的作用價值,提升學生的物理學習效果。

(二)實驗現象直觀明顯,具有啟發性

一方面,初中物理教學在設計微實驗的過程中,還應確保相關的物理微實驗的實驗現象能夠直觀明顯,尤其是在視覺、聽覺、觸覺等方面能夠帶給學生較強的刺激,從而引導學生將實驗現象與物理知識聯系在一起,加強學生對物理知識、物理原理的認知體驗,幫助學生順利打開思維,完成物理知識的探究,總結正確的結論。如果物理現象不明顯,教師可以借助一些輔助設備,比如投影儀、聲音放大器、錄像機等,便于學生觀察。另一方面,微實驗設計還應具有一定的啟發性,能夠引導學生結合其中的物理現象進行深入思考,驗證學生的想法,從而進一步增進學生對物理知識的理解與認識,促使學生對物理知識掌握得更加牢固。

(三)實驗儀器裝置簡單,實驗過程安全

一方面,初中物理教學在設計微實驗時,必須發揮出微實驗本身的優勢,即采用的實驗材料簡單,取材容易,便于教師演示以及學生動手操作,讓學生真正體會到物理實驗的樂趣,認識到“生活處處是物理”,有效培養學生的動手實踐能力;另一方面,教師在實際進行微實驗設計時,還應注重保障整個實驗操作的安全性。尤其是針對一些演示型物理實驗,必須提前強調說明,實驗演示過程中存在的一些安全風險,并要求學生不要盲目模仿。例如,在開展電、火方面的演示實驗時,必須向學生強調安全用電、防火的重要性。針對學生操作型微實驗,在實際設計時,教師必須要立足各個環節,盡可能消除其中的安全隱患,不采用可能會引起安全事故的實驗材料等,確保學生實驗操作安全。

四、微實驗在初中物理課堂教學中的有效運用策略

(一)做好常規物理實驗的改進創新,凸顯微實驗的優勢

當前,在初中物理教材中,往往會介紹一些演示性物理實驗,并且很多實驗本身具有微實驗的特點,學生與教師都可以進行演示。但在一些條件落后的學校,教材中的一些演示實驗可操作性并不強,無法真正為學生進行相關的實驗演示。因此,在初中物理課堂教學中,為了有效提升微實驗的運用效果,可以嘗試對教材中的一些演示實驗進行改進,加強實驗設計創新,彌補其中的不足之處。在這一過程中,可以在充分了解實驗原理的基礎上,尋找實驗材料或者方法替代原本的實驗,更好地發揮出微實驗課堂教學的作用價值。例如,關于“內能的變化”實驗,教材中采用了乙醚作為硝化棉實驗的材料,試圖通過壓縮空氣,增大內能,使棉花燃燒。但這種材料的燃點比較高,且材料本身具有一定的揮發性與毒性,無法保障實驗人員的安全。基于此,可以結合這一演示實驗原理,采用電子溫度計、注射器替代原本的壓縮注射器,而不再通過燃燒驗證空氣內能的變化,而是通過電子溫度計驗證空氣內部的變化。這一實驗的改進,有效避免了教材中實驗可能會出現的各種安全問題。同時還顯著降低實驗過程對實驗材料設備的要求,因此可以讓學生能夠進行操作嘗試,親自體驗實驗過程,感受內能變化情況,這對微實驗教學效果提升有著積極的影響意義。

除此之外,為了便于學生進行獨立研究,教師還可以進一步降低實驗材料設備的要求,選擇帶領學生設計如下微實驗:首先,準備一個材質較軟的水瓶,比如日常生活中常見的礦泉水瓶,將瓶蓋擰至稍微松動的程度。然后,用力扭動瓶身,增加內部的壓力。當擰到一定程度時,輕輕旋轉松開瓶蓋,此時瓶蓋會彈射出較遠的距離。最后仔細觀察瓶口,可以發現有液化的現象,這同時也是內能變化的依據。這些微實驗設計對實驗材料要求低,學生可以從生活中取材操作,更好地滿足學生實際學習需求。

(二)注重凸顯微實驗的趣味性,激發學生的探究學習興趣

初中學生正處于青春期,他們往往活潑好動,好奇心旺盛,求知欲也比較強。與此同時,初中學生更加喜歡追求新穎、時尚的事物。相較于以往枯燥無味的課堂教學,他們更加喜歡實驗帶來的多樣化的感官刺激。基于此,教師可以在課堂教學中進行微實驗設計時,注重凸顯微實驗設計的趣味性,從而有效激發初中學生的學習興趣,提高學生探究學習的熱情。在課堂上,教師除了可以為學生介紹常規的實驗內容,還可以設計一些趣味性強的微實驗,并通過微實驗,增進與學生的互動,引導學生動手進行實驗探究分析,不知不覺完成物理知識的習得,有效提升初中物理課堂教學質量水平。例如,在關于“聲音的產生”實驗設計時,常規的實驗方法主要是通過“用手撥動直尺”“用手觸摸喉嚨發聲”等,上述實驗雖然屬于“微實驗”范疇,但實驗內容單調,缺乏趣味性,無法有效激發學生的探究學習欲望。基于此,教師可以設計一個“會跳舞的蠟燭”趣味微實驗,該實驗主要采用了大功率音響、蠟燭、打火機作為實驗器材。先采用打火機點燃蠟燭,然后將蠟燭靠近音響播放器位置,打開音響,播放學生喜歡的歌曲,此時原本靜止燃燒的火焰開始隨著音響發出的歌曲伴奏不斷地“舞動”,尤其是音響聲音越大,蠟燭火焰舞動的現象越明顯。教師可以采用投影設備,放大蠟燭的光影,幫助學生更好地觀察實驗現象。相較于上述微實驗,“會跳舞的蠟燭”微實驗更具趣味性與新鮮感,可以有效激發學生的學習興趣,提升學生的學習效果。

(三)做好課堂實驗教學延伸,合理設計一些課外探究微實驗

在初中物理課堂教學中運用微實驗,為了更好地發揮微實驗的價值,還可以做好課堂實驗教學延伸,為學生布置一些微實驗課外探究任務。這種課堂延伸式的微實驗設計,可以有效提升學生的實驗動手操作能力,還能引導學生對物理知識有自己獨特的思考,并進一步鞏固所學的物理知識。一般情況下,課后探究性微實驗一般源自教材中推薦的一些“小制作”“小發明”。這些內容往往是物理教師容易忽視的環節,但卻是微實驗教學運用寶貴的素材,同樣具有良好的實踐性與啟發性特點。因此,在課堂教學時,教師可以為學生布置一些趣味微實驗設計活動,引導學生動手進行實驗設計,真正將所學的物理知識應用于實踐過程中,實現知識的鞏固提升,還能有效豐富學生的作業形式,培養學生物理知識應用實踐能力。例如,在完成光的反射教學后,教師可以為學生布置“潛望鏡制作”微實驗作業,有效鞏固學生對光反射特點的認識,培養學生動手實踐能力。又如,在完成大氣壓強知識點學習后,教師可以為學生布置一個“孔明燈”制作微實驗作業,增進學生對大氣壓強與空氣溫度關系的認知,帶給學生更多的學習成就感,深入地體會到物理學習的樂趣。

(四)合理運用網絡資源,給予學生良好的引導與啟發

在開展初中物理課堂教學的過程中,教師還可以加強對互聯網信息網絡資源的利用,在課堂中做好多媒體輔助微實驗的開展。通過多媒體信息技術的幫助,實現微實驗內容的展示,激發學生的探究學習欲望,提高學生的物理學習體驗。例如,在完成關于“壓強”整個章節知識的教學后,為了引導學生對整個知識內容進行回顧分析,實現知識的進一步鞏固與掌握,教師可以在課堂中開展多媒體輔助微實驗。學生對壓強相關知識內容有了充分的了解,因此在多媒體輔助微實驗展示相關知識信息時,可以借助一些影視片段,再現類似的實驗場景,幫助學生集中注意力,有效運用壓強知識解答其中的現象。例如,在復習液體壓強連通器知識點時,教師可以利用多媒體向學生展示《銀河補習班》“尋找爆破點”視頻片段。在復習與大氣壓強相關的知識內容時,可以通過多媒體向學生展示《機械師2》主角“通過吸盤空中行走”的片段。帶領學生觀看相應的視頻片段后,教師再組織學生進行思考分析,運用壓強解釋其中的物理原理,從而既能夠達到物理知識應用實踐的目的,還能夠讓學生體會到物理的魅力,有效鞏固學生所學的物理知識,提升初中物理課堂教學效果。

五、結語

總而言之,在初中物理課堂教學的過程中,微實驗發揮著非常關鍵的作用。比如,通過做實驗,可以有效激發學生的學習興趣,集中學生注意力,減輕學生的認知壓力。不僅如此,學生還可以通過操作微實驗,增進對物理知識的理解,培養學生的動手實踐能力,提升學習效果。因此,需要教師在開展課堂教學的過程中提高對微實驗的運用重視程度,了解微實驗類型,把握微實驗的設計要求,從實踐教學出發,采取有效的策略,充分發揮出微實驗的教學作用,不斷提升初中物理教學質量水平。