實驗設計與改進在初中物理教學中的作用

摘 要：物理是一門以觀察和實驗為基礎的自然科學.實驗可以激發學習興趣，訓練敏銳的觀察力，培養邏輯思維能力，讓學生的思維能力、動手能力、學習能力、理解能力等都得到充分的訓練和發展，對培養其創新精神和實踐能力有著不可代替的作用.

關鍵詞：實驗教學；初中物理；分子世界；創新精神

中圖分類號：G632"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2024）23-0109-03

收稿日期：2024-05-15

作者簡介：劉曼（1987.11—），女，江蘇省邳州人，碩士，中學一級教師，從事初中物理教學研究.

初中物理課程的基本理念是面向全體學生，提高學生科學素養.從生活走向物理，從物理走向社會;注意學科滲透，關心科技發展;提倡教學方式多樣化，注重科學探究.初中物理教材編寫非常重視實驗，通過實驗引入概念.

蘇科版初中物理八年級下冊第七章《從粒子到宇宙》編排了向物質世界的兩極（極大和極小）進軍的課程內容，分三個層次論述：分子層次、比分子更小的微觀粒子層次和宇宙天體層次.《走進分子世界》是本章首節，主體內容由“分子模型”“分子的運動”“分子間的相互作用”組成［1］.這是初中生接觸微觀世界的第一課，學生都滿懷著興趣來學習，但由于分子是肉眼看不見的微觀粒子，很多學生對其概念和性質的理解感到困惑.因此，我們要充分利用實驗和活動來探究分子相關知識.在這一節的知識結構和內容編排上，力求體現從現象到本質、從知識到應用的特色，秉承教材的風格，以實驗探究為主線，提倡在做中學.與前面內容不同的是，我們要從宏觀物理現象出發，了解物質內部的微觀結構.下面以《走進分子世界》一課為例，淺談本節課的幾個實驗設計和改進在教學中的重要作用.

1 設計基礎分組實驗，讓全體學生展開學習

讓全體學生展開學習，是課堂教學的基礎，是開展一切學習活動的重要保證.教師在設計實驗活動時，要設計顧及各個層次學生的實驗，讓每一個學生都能在實驗中參與活動，展開學習.在建立微粒模型這一活動中，我讓學生分組實驗，通過放大鏡觀察到看似連續的直線，其實是由很多小顆粒組成，讓他們提出猜想：物質是由顆粒組成的.然后給學生提供多種器材，如冰糖、粉筆、水、錘子等，讓他們自己選擇并通過實驗去驗證猜想.有學生敲碎冰糖成顆粒，有學生敲碎粉筆成粉末，有學生將冰糖顆粒放入水中，化成糖水，如圖1所示.此過程雖然是簡單的基礎實驗，但從物質到小顆粒，再到更小的顆粒，最后到人眼看不見的微粒，層次分明，循序漸進，符合學生思維認知.從基礎實驗現象出發，引領學生認識并建立微粒模型，注重思維層次的培養.

2 設計多領域實驗，讓全體學生發生學習

2.1 巧用跨學科資源，設計演示實驗，激發學生好奇心和學習興趣

在收集分子運動的實驗中，巧用化學領域的濃氨水與酚酞相遇會變紅這一知識，制作了一棵鐵樹，氨水在燒杯中，酚酞滴到鐵樹上的白棉花上，用玻璃罩罩上，不一會兒，白色棉花變紅了，如圖2所示.這個神奇的現象不僅激發了學生的好奇心，還勾起了他們的求知欲.在此，教師加以引導濃氨水與酚酞并未直接接觸，為何還會變紅？學生不難想出是燒杯中的氨水分子運動到了樹上與酚酞分子相遇變紅，到此，由學生自主總結得出氣體分子在運動.

在收集液體分子運動的證據中，改變往日直接用燒杯實驗，紅墨水剛開始向下擴散，如圖3所示.現巧用連通試管演示紅墨水擴散實驗，如圖4所示，在連通試管中看到紅墨水橫向擴散，不一會兒整管水都變紅了，此現象更直觀明顯，學生不難總結出液體分子在運動.通過這樣新穎的、跨學科演示實驗，有效喚醒學生潛在的學習激情，激發學生的好奇心和學習的興趣，使學生積極主動投入到物理實驗學習中，引導學生觀察、思考、分析實驗現象，總結結論.

2.2 注重自制教具和巧設小游戲，給學生全新的課堂體驗

在體驗分子間有吸引力這一環節，教師提供自制教具，如圖5所示，是由一根鐵絲環繞成U字形，在U字形的鐵絲上面套上一根可以來回靈活移動的銅絲.教師并不說明如何操作，讓學生小組討論，通過不斷嘗試，小組交流討論后發現把U形鐵環（銅絲放在下端）在肥皂水中攪一攪，形成完整的肥皂膜后拿出如圖6所示，發現原本在下方的銅絲居然被拉上去了，如圖7所示.

這個實驗一開始并不容易成功，在自制教具的時候需要不斷的進行調試.U形鐵絲稍微粗一些，而這個可以靈活移動的銅絲則是關鍵，要相對輕巧一些，表面光滑一些，與鐵絲相接觸的地方不可過緊，以防摩擦力太大，而吸引力太小拉不上來.學生摸索出如何使用之后，也不是一次就能成功的.大部分學生從肥皂水里拿出鐵絲之后，能觀察到圖6的情景，但是看不到銅絲被拉上來，偶然間某個小組同學手稍微抖一抖，就看到銅絲被拉上去了，這時候學生異常興奮，大家相互交流，各組相繼都成功了.學生之間也會交流討論為何需要手抖一下，學生討論出的答案是：手抖一下可以使銅絲與鐵絲接觸的地方瞬間懸空，有點像磁懸浮列車，這樣摩擦力小于吸引力就可以被拉上去了［2］.這個實驗探究的過程，學生組內交流、小組間交流，不難得出分子間存在吸引力這一結論.自制教具的使用，帶給學生全新的體驗，讓每個學生參與其中，討論其中，體會到新奇感，突出學生的主體地位，提升思維能力.

同樣的在體驗分子間有吸引力這一環節，傳統書本實驗——鉛塊分子的吸引力究竟有多大？在這一問題中，直接讓學生參與進來，現場展示.如圖8所示，當相吸的兩個鉛塊下面掛到三瓶礦泉水的時候，學生從吃驚到興奮，課堂氣氛瞬間活躍.

2.3 引導學生體驗科技實驗，樹立科學的世界觀

很多物理規律和結論都是通過實驗得到的，中學生好奇心強，讓他們觀察生動有趣的實驗，注意力會高度集中，新奇的實驗現象常常出乎他們的意料，使他們興趣盎然.在“體驗納米材料的神奇”這個活動中，白色T恤上一面沒有涂上納米防水材料，一面涂上納米防水材料.兩邊都潑黑墨水，沒涂的一面被染黑，而涂上納米材料的這一面產生了荷葉效果，黑色墨水像露珠一樣滾落，白色T恤上沒有留下黑墨水印.這個現象給學生造成視覺沖擊，充分調動了學生學習的積極性，引導學生關注科技發展給社會進步帶來的影響，逐步樹立科學的世界觀.

3 提供多樣化的器材，讓學生深度學習

有深度學習發生的課堂，教師要善于創設情境，善于把學習元素融入學習任務，并將含有多個學習元素的任務組合成任務群.學生在學習的過程中就能根據問題線索，結合相關素材，互相關聯思考，最后得出推論.

在驗證微粒間是否存在空隙的活動中，教師提供兩種器材.有的學生選擇上下一樣細的繩子，有的學生選擇上細下粗的器材，教師不能說誰對誰錯，而是應該在實驗結束后，讓學生來交流展示，讓他們自己說出他們的想法.

選擇裝到細管子頂端的學生認為管子細一些，它下降的就會多一些.選擇裝到細管子底端的學生認為下面粗容積大，裝的液體多，微粒間空隙就多，體積減少的就多.用粗細均勻的管子的學生就會提出問題：為何上下不一樣細呢？為什么下面要粗一些呢，學生討論分析，粗細結合效果更明顯.

解決這個問題的時候，學生能在設定的情景或已經歷的經驗范圍內進行分析和概括，思維達到了一個非常高的層次.這樣的學生往往具有很強的分析、歸納能力.通過手腦并用，有效培養學生的觀察力、思維力、操作力、創造力以及

知識遷移的能力.在交流信息、探討問題、互相啟發中，也會形成思維的碰撞，營造提升個人思維境界的環境.通過物理實驗，可以把很多深奧的物理觀念以一種形象的方式展現給學生，使他們更容易認識、形成和發展物理觀念［3］.

4 結束語

引導學生認識分子世界可做的實驗很多，不一定要拘泥于以上這些實驗.作為引導者，教師要盡自己的所能所想讓學生在實驗中識理、說理，學會設計實驗來證理.所以，初中物理教師應該改變傳統的教學模式，重視學生的主體地位，關注學生學習能力的差異，創設學習物理的環境，通過實驗為學生展現物理現象和過程.學生在有效獲取知識的同時，開發智力，發展能力，促進學生綜合素養的提升［4］.

參考文獻：

［1］ 蘇科版初中物理教材編寫組，物理教師教學用書（8年級下）［M］.南京：江蘇科學技術出版社，2008.

［2］ 鄭克東.做好實驗，“走進分子世界”［J］.物理教學，2011，33（11）：33-34.

［3］ 劉向明.核心素養理念下初中物理實驗教學的實踐與思考［J］.教學管理與教育研究，2023（13）：110-112.

［4］ 田青.基于核心素養的初中物理實驗教學實踐與思考［J］.教育實踐與研（B），2022（1）：6-8.

［責任編輯：李 璟］