改進物理實驗器材，構建高效物理課堂

摘" "要：物理學是對人類生活和科技發展起到關鍵作用的基礎科學。其中，物理實驗是學生學習物理的關鍵環節，教師通過改進物理實驗器材，可以提高學生的實踐能力，激發學生的創新能力，提升學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：“雙減”政策 物理 實驗器材 改進

學校教育的目標不僅是傳授知識，還有培養全面發展的人才。在物理學科中，學生的綜合能力主要體現在實踐能力、創新能力和科學思維能力上。本文主要討論如何通過改進物理實驗器材來提升學生的物理學科核心素養。

一、通過改進物理實驗器材來提升學生的實踐能力

在物理學科中，學生不僅需要掌握抽象的理論知識，還需要將理論與實際相結合，培養物理實驗能力。為此，學校需要改進物理實驗器材，以支持物理實驗教學。

第一，在實驗器材的改進中，我們可以采用更加先進、易于操作的技術與材料，通過對實驗器材的不斷升級與創新，讓學生更加直觀地感受到科學技術的進步。

例如，在一次關于“測定物體運動的速度”主題實驗課程中，筆者使用了模擬軟件和虛擬現實技術。在教學中，筆者讓學生在虛擬現實環境中模擬賽車駕駛，其中，模擬軟件可以有效模擬物體運動的速度和運行軌跡。最開始，學生通過觀察虛擬環境中賽車的運動狀態和路程，使用傳統公式來計算汽車的初速度、末速度和加速度。然后，對照模擬軟件提供的數據，核對自己的計算結果。這種實驗方式讓學生有機會在情境中盡情探索和學習，直觀地觀察并理解速度、距離和時間的關系。此次實驗教學，使得學生對物體運動的速度有了直觀、深刻的理解，也增強了他們的實踐操作能力，證實了新技術在提升學生物理學科核心素養過程中的積極作用。

第二，教師要有針對性地優化實驗方案和器材設計，將教學重點放在加深學生對物理原理的認識方面，讓學生在實驗過程中抓住關鍵點，更深入地理解物理原理，從而提高實驗教學的質量。

例如，在“測定彈簧振動周期”的實驗中，為了優化實驗步驟，筆者對傳統實驗步驟進行了如下改進：（1）為避免重復實驗，將學生進行分組，每組使用不同的彈簧振動器，以收集該實驗條件下的振動周期數據。實驗結束后，各組共享數據并討論。（2）編寫了實驗說明書，簡明扼要地描述實驗裝置、初始參數測量及彈簧周期測量方法，以便學生直接進入關鍵實驗步驟。（3）為提高數據記錄效率和準確性，給學生提供一個標準化的數據記錄表格，使學生更易于記錄和管理實驗數據。（4）為強化關鍵技能，在實驗前增加一個“技能訓練”環節，演示測量彈簧振動周期的正確方法，讓學生在實驗中更能感知和掌握關鍵的實驗操作步驟。

通過優化實驗步驟，學生可以更專注于關鍵技能的練習，如準確測量彈簧的振動周期、理解簡諧振動與彈簧常數之間的關系等。這樣能夠增加實驗效益，提高學生的實驗操作能力。同時，還可以減少實驗誤差，提高數據的可靠性。

第三，教師可以提供更佳的實驗條件，降低實驗風險，讓學生在安全的環境下進行學習和實踐。例如，物理實驗中存在許多潛在的安全隱患，特別是在涉及電流、電壓的電路實驗中。傳統的電路板可能由于接觸不良，引起電阻發熱，極端情況下甚至可能引發火災。因此，教師要提高實驗器材的穩定性和安全性，設計可靠的防護措施，避免意外傷害的發生。具體措施如下：（1）使用新型的電路實驗箱代替傳統電路板。新型電路實驗箱內置過熱保護和過流保護，當實驗箱內部的溫度或電流超過設定值時，器材自動斷電，防止器材過熱和電路短路。（2）實驗室門窗使用了安全玻璃，防止玻璃破裂造成傷害。（3）使用安裝在實驗器材上的傳感器可以實時上傳實驗器材的電流、電壓、溫度等數據至實驗管理系統，一旦數據超過設定值，管理系統會自動發送警報，并自動斷開對應的電源，避免事故的發生。

經過優化的物理實驗器材可以幫助學生更全面、深入地理解物理知識，提升物理實驗的質量和效率，降低實驗過程中的風險，這有利于提高學生的實踐能力。

二、通過改進物理實驗器材來激發學生的創新能力

創新能力是新時代青少年的重要素養，細致精巧的物理實驗器材，可以讓學生在實踐中逐步掌握科學的研究方法，不斷提出并驗證自己的想法，在實驗的過程中將創新靈感轉化為具體的實驗操作步驟，從而提高創新能力。

例如，在傳統的自由落體實驗中，學生通常采用手動計時的方式來計算物體落地的時間，這種方法誤差較大，且難以考驗和提升學生的創新能力。為了激發學生的創新能力和實踐能力，筆者改進了物理實驗器材，設計了一款新型的自由落體實驗裝置，能自動記錄并顯示物體的高度、起落時間等信息。這類裝置有智能化測量的功能，可以記錄和顯示實時數據，減少手動操作的誤差。這樣一來，通過已改進的物理實驗器材和開放的實驗設計，學生更深入地理解了自由落體運動的物理原理。

三、通過改進物理實驗器材提升學生的科學思維能力

科學思維是對未知事物進行探索和驗證的一種思考方式。改進的物理實驗器材使學生有機會接觸到更加豐富的科學問題，運用科學思維去理解和解決問題，提高他們的邏輯思維能力和綜合分析能力，從而培養他們的科學思維。

第一，電路構建實驗是物理課程的一個重要組成部分，旨在通過寓教于樂的方式，讓學生理解并掌握電路構建的基礎知識和技能。然而，傳統的電路構建實驗僅僅關注電路的物理組建，忽視了對學生批判性思維和創新意識的培養。為了改變這一局面，教師要利用改進的科學實驗器材，提升學生的科學思維能力：（1）改進的電路板通常會采用模塊化設計，每個模塊代表一個電路元件或功能，如電阻、電容、開關等。學生可以通過組合這些模塊來構建出各種復雜的電路，這不僅使得電路組建變得容易和安全，也能激勵學生通過實踐活動探索和理解電路的工作原理。這種設計方式充分調動了學生的主觀能動性，使他們得以在實驗中鍛煉科學思維。（2）采用虛擬實驗軟件，使得學生能夠在計算機上模擬電路的創建和測試，而無需真實的硬件設備。這種軟件通常會提供一個“用戶友好”的界面和豐富的虛擬電路元件庫，學生可以隨意地拖放元件到電路板上，并立即看到電路的運行結果。這為學生提供了一個無風險、無壓力的環境去探索、優化電路設計，營造出一個良好的教學氛圍。（3）使用數據分析工具進行數據記錄和分析，并將這些數據變得可視化。學生可以根據這些數據進行深入的分析和討論，從而增強自身的科學思維能力，提升自身的物理學科核心素養。

總之，改進的物理實驗器材，給學生創造了一個自由探索、自我挑戰、自我提升的學習環境，鼓勵學生運用科學思維來理解世界，培養了學生對學習的熱愛之情，讓學生得以在今后的學習和工作中游刃有余，面對各種挑戰。

參考文獻：

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[2]周青.自制演示實驗器材用于初中物理教學的實踐研究[J].中學科技，2023，（15）：3-5.

（作者單位：江西省高安市石腦鎮初級中學）