實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)。 它們是將物理現(xiàn)象和物理場(chǎng)景提升為物理概念和定律的重要途徑。 它們也是學(xué)習(xí)物理的有效方法。 新課標(biāo)教材高度重視實(shí)驗(yàn)有趣的初中物理實(shí)驗(yàn)，力求通過實(shí)驗(yàn)探索引入概念、導(dǎo)出規(guī)律，通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)猜想，通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)興趣和能力，體現(xiàn)了初中物理教學(xué)的實(shí)驗(yàn)化特色。 另外，通過生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)，可以將一些高度抽象、高度概括的理想模型形象化、形象化，通過具體的實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)所研究的概念、模型、規(guī)律等知識(shí)進(jìn)行“條件化”。 這是知識(shí)靈活應(yīng)用的關(guān)鍵，也是降低成本的關(guān)鍵。 物理教材難度的關(guān)鍵。
傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)一般分為兩類：一類是以“老師做，學(xué)生看”為基礎(chǔ)的演示實(shí)驗(yàn)； 另一種是在教師指導(dǎo)下以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)。 這兩類實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理教學(xué)來說是必不可少的。 但它們都存在一定的局限性：演示實(shí)驗(yàn)都是由教師完成，學(xué)生只能被動(dòng)接受演示過程和得出的結(jié)論，影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性； 傳統(tǒng)的小組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵ǔＰ枰處熤v授實(shí)驗(yàn)原理、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)設(shè)備并給出固定的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。 學(xué)生們經(jīng)常做的就是按照處方服藥。 很少有機(jī)會(huì)選擇、創(chuàng)造和思考更好的實(shí)驗(yàn)方法。 課程改革背景下物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)不僅僅是訓(xùn)練一些實(shí)驗(yàn)操作，更重要的是通過自主實(shí)驗(yàn)探究的過程來提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維和實(shí)踐能力。 教師應(yīng)該是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)者和合作者，學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的主體。 為此，在初中物理教材版中，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)形式、內(nèi)容和思路上都進(jìn)行了一些新的探索。
1、增強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，形成一系列有趣的實(shí)驗(yàn)
物理實(shí)驗(yàn)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。 但做物理實(shí)驗(yàn)就一定能夠激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣嗎？ 這是一個(gè)值得思考的問題。 國(guó)內(nèi)外的各種調(diào)查顯示，許多中學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理的興趣明顯下降。 雖然造成這種情況的原因比較復(fù)雜，但過分強(qiáng)調(diào)物理實(shí)驗(yàn)的“學(xué)術(shù)化”而忽視物理實(shí)驗(yàn)的樂趣是其中之一。 重要原因。 為此，我們?cè)诮滩陌娉踔形锢斫滩闹袆?chuàng)作了許多“有趣的實(shí)驗(yàn)”，并注重積累和總結(jié)，使有趣的實(shí)驗(yàn)系列化、多樣化。
例如，在“通過鏡頭看世界”（八年級(jí)第一卷）部分，學(xué)生通過自由組合兩個(gè)不同焦距的凸透鏡，“發(fā)明”了望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡，讓學(xué)生體驗(yàn)“有趣”的物理。
八年級(jí)第一冊(cè)《光的世界》一章中，用牙膏盒、紙片和凸透鏡設(shè)計(jì)了一系列相機(jī)：《自制針孔相機(jī)》、《自制鏡頭相機(jī)》、《自制投影儀”和“近視模型”這樣有趣的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在“玩”的過程中對(duì)光的應(yīng)用形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。
九年級(jí)上冊(cè)，通過小臺(tái)燈系列：“制作你自己的小臺(tái)燈”、“改造你的小臺(tái)燈”、“制作一個(gè)亮度不斷變化的小臺(tái)燈”、“測(cè)量小臺(tái)燈的電功率”。小臺(tái)燈”等實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以了解電路、電阻、滑動(dòng)變阻器、電功率等概念。
2.創(chuàng)設(shè)問題情境，突出實(shí)驗(yàn)的日常生活化和社會(huì)化
物理場(chǎng)景是包含物理知識(shí)和物理思維方法的情境。 它是物理知識(shí)產(chǎn)生的背景，是發(fā)現(xiàn)和提出物理問題的重要前提。 只有當(dāng)所創(chuàng)設(shè)的物理場(chǎng)景進(jìn)入學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”、內(nèi)容具有“挑戰(zhàn)性和探索性”時(shí)，學(xué)生才能基于已有的認(rèn)知產(chǎn)生創(chuàng)新欲望，并與同學(xué)、老師積極互動(dòng)、合作。 、提出問題、探索問題、解決問題，從而不斷發(fā)展和完善自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新能力。 為此，我們創(chuàng)造了許多栩栩如生的場(chǎng)景并設(shè)計(jì)了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)調(diào)查，這不僅使我們的教學(xué)內(nèi)容更加真實(shí)和友好，也體現(xiàn)了“從生活到物理”的理念。 更重要的是，這些貼近生活、貼近社會(huì)的問題場(chǎng)景也能為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
例如，在八年級(jí)下冊(cè)《液體的壓力》的探索中，教材以一個(gè)偉大的科學(xué)事件——“潛水器”進(jìn)行深海探測(cè)來創(chuàng)設(shè)情景，并引導(dǎo)學(xué)生提出話題。 “液體的壓力有什么特點(diǎn)？” ，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生猜想：液體內(nèi)部是否只有向下的壓力？ 是否有向側(cè)面甚至向上的壓力？ 不同深度的液體壓力相同嗎？ 為了驗(yàn)證猜想，學(xué)生將壓力表的探頭放入水中，模擬潛水器，研究液體中不同位置的壓力情況。 （如圖1所示）在這里，潛水器探索深海的場(chǎng)景不僅引入了學(xué)生的探究活動(dòng)，還引發(fā)了學(xué)生對(duì)即將進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的“重要性”感。 也在學(xué)生的腦海中構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)的基本場(chǎng)景。 ，給學(xué)生一定的動(dòng)力和引導(dǎo)。
圖 1 探討了液體的壓力
聯(lián)系學(xué)生的生活情境和社會(huì)情境是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要組成部分。 它可以讓學(xué)生感受到物理就在他們身邊，進(jìn)而使學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解物理對(duì)個(gè)人和社會(huì)的作用和價(jià)值。 同時(shí)，還可以使學(xué)生形成運(yùn)用物理知識(shí)解決身邊問題的思維方式，培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
3、注重實(shí)驗(yàn)方法的教育，注重物理史上原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)思想的挖掘
有人曾經(jīng)說過，用手的能力實(shí)際上也體現(xiàn)了大腦的使用能力。 做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，首先要?jiǎng)幽X子思考，才能做得更好。 因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是“做中學(xué)”，而且是“思中學(xué)”。 只有注重實(shí)驗(yàn)方法的教育和實(shí)驗(yàn)理念的滲透，才能有效地抓住實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。
物理學(xué)史上有許多著名的實(shí)驗(yàn)。 巧妙的物理思想、獨(dú)特的解題方法、精心設(shè)計(jì)的儀器、完善合理的實(shí)驗(yàn)安排、高超的測(cè)量技術(shù)、無可挑剔的分析推理，對(duì)后來的科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。 它產(chǎn)生了不可磨滅的影響，是一筆寶貴的思想財(cái)富。 因此，在編寫教材時(shí)，我們非常重視對(duì)這些實(shí)驗(yàn)方法的深入探索。
傳統(tǒng)教科書中用于獲得阿基米德原理的實(shí)驗(yàn)方法是“排水法”。 也就是說，如果你收集一個(gè)物體排開的水并稱重，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它的重量正好等于浮力。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)確實(shí)很常見，也很巧妙，但學(xué)??生自己設(shè)計(jì)卻很難。 為此，我們研究了阿基米德發(fā)現(xiàn)這一定律的想法，并設(shè)計(jì)了一個(gè)將一小袋水浸入水中的小實(shí)驗(yàn)（八年級(jí)第二卷），啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行理論推導(dǎo)，得出阿基米德的定律原則。 然后用排水法驗(yàn)證。 （如圖2）這是實(shí)驗(yàn)與理性推理的完美結(jié)合。
圖 2 探索阿基米德原理
4.引入數(shù)字實(shí)驗(yàn)和虛擬實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過體驗(yàn)學(xué)習(xí)物理
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是以計(jì)算機(jī)為核心，配備各種傳感器組成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 它利用其強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)促進(jìn)良好的教學(xué)效果，讓學(xué)生更快速、準(zhǔn)確地獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更輕松、直觀地處理數(shù)據(jù)，從而節(jié)省寶貴的教學(xué)時(shí)間，將更多的時(shí)間花在討論和探索上。 可以說，在數(shù)字實(shí)驗(yàn)中有趣的初中物理實(shí)驗(yàn)，數(shù)字技術(shù)圍繞著知識(shí)的發(fā)現(xiàn)而不是知識(shí)的傳授。 數(shù)字技術(shù)扮演“研發(fā)工具”的角色，直接優(yōu)化教師和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究過程。
例如，通過八年級(jí)下冊(cè)中兩個(gè)力傳感器之間的“拔河”比賽，學(xué)生可以動(dòng)態(tài)地了解作用力和反作用力之間的關(guān)系。 （如圖3所示）
圖3 使用傳感器探索作用力和反作用力之間的關(guān)系
虛擬實(shí)驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的應(yīng)用軟件模擬實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，通過人機(jī)對(duì)話來實(shí)施實(shí)驗(yàn)的過程。 具有內(nèi)容豐富、操作簡(jiǎn)單、無限復(fù)制、易于推廣、遠(yuǎn)程教學(xué)等特點(diǎn)。 在教材版的初中物理教材中，有兩個(gè)實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)的工具：
一是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)多媒體課件，可以用講解儀器的結(jié)構(gòu)，形象地演示一些難以理解的內(nèi)容，或者用圖表、動(dòng)畫等方式展示動(dòng)態(tài)變化過程。 它的功能更多的是作為“演示工具”。
例如，關(guān)于通電螺線管磁場(chǎng)的理解，九年級(jí)第一冊(cè)就安排了課件《從線性電流的磁場(chǎng)到通電螺線管的磁場(chǎng)》的演示，其中展示了從線性電流的磁場(chǎng)到通電螺線管的磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)變。 進(jìn)化，它指導(dǎo)學(xué)生的思維過程，學(xué)生可以從中得出有關(guān)通電螺線管磁場(chǎng)的猜想。 （如圖4所示）
圖4 從線性電流磁場(chǎng)到通電螺線管磁場(chǎng)的演化過程
其次，它是一種虛擬儀器，具有與真實(shí)儀器類似的功能，是“軟件就是儀器”的現(xiàn)代儀器理念的體現(xiàn)。 例如，我們開發(fā)的可免費(fèi)下載的虛擬示波器已用于以數(shù)字方式改進(jìn)傳統(tǒng)的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)。 在“測(cè)試你聽力的頻率范圍”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生不僅聽到了聲音，還透過窗戶看到了聲音的波形。 當(dāng)聲波頻率落在20Hz~范圍之外時(shí)，學(xué)生不再聽到它的聲音，但仍然可以看到其波形，讓學(xué)生直接真實(shí)地體驗(yàn)次聲波和超聲波這一難以解決的問題傳統(tǒng)樂器。 （如圖5所示）
圖 5 虛擬示波器
將數(shù)字實(shí)驗(yàn)、虛擬實(shí)驗(yàn)引入教材和課堂，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)代化的體現(xiàn)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新的活力，也將帶來物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降淖兏铩?span style="display:none">iSg物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
5.倡導(dǎo)建立家庭實(shí)驗(yàn)室，開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源
開展以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的物理教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究獲取物理知識(shí)，強(qiáng)調(diào)過程和方法，是初中物理教學(xué)改革的重要特色之一。 教材的物理教材是根據(jù)一系列的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來構(gòu)建其框架的，課后作業(yè)也包含大量的實(shí)驗(yàn)。 這就要求學(xué)生改變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，幾乎每堂課都要做動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn)。 然而，學(xué)生不可能每堂課都去實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，更不可能使用一套單獨(dú)的儀器。 為了取得更好的學(xué)習(xí)效果，我們向同學(xué)們倡議（八年級(jí)卷一）：請(qǐng)建立自己的“家庭實(shí)驗(yàn)室”！
什么是“家庭實(shí)驗(yàn)室”？ 主要是指學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，在家中收集一些實(shí)驗(yàn)材料，如小石頭、釘子、堅(jiān)果、飲料瓶等日常用品，然后裝備（制作、購買或借用）一些最基本的東西。測(cè)量?jī)x器和設(shè)備，如電流表、溫度計(jì)等，構(gòu)成了“家庭實(shí)驗(yàn)室”。 “家庭實(shí)驗(yàn)室”是學(xué)生自己的“實(shí)驗(yàn)箱”，讓學(xué)生不僅可以在學(xué)校，而且可以在家中探索和發(fā)現(xiàn)。
“家庭實(shí)驗(yàn)室”是課堂上在家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索和小實(shí)驗(yàn)的重要物質(zhì)保障。 初中物理教材教學(xué)版將“家庭實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)納入教材體系。 引導(dǎo)學(xué)生打造自己的“家庭實(shí)驗(yàn)室”，突出“邊做邊學(xué)”的科學(xué)教育理念，讓學(xué)生在探究過程中有動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，提高科學(xué)探究活動(dòng)的開展、思維的提高品質(zhì)、創(chuàng)新能力。 其形成意義重大。
除了提倡學(xué)生建立自己的家庭實(shí)驗(yàn)室外，教材還鼓勵(lì)教師建立教師版的“微型物理實(shí)驗(yàn)室”。 不能僅限于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器。 我們周圍的許多事物都是重要的實(shí)驗(yàn)資源。 事實(shí)上，許多廉價(jià)的日常工具比實(shí)驗(yàn)室設(shè)備更適合培訓(xùn)實(shí)踐技能！ 利用它們來豐富我們的實(shí)驗(yàn)室，可以突破時(shí)間和空間的限制，讓學(xué)生以豐富多彩的形式感受和體驗(yàn)物理。
利用手頭的材料來呈現(xiàn)物理現(xiàn)象，更容易引起學(xué)生感知的集中，激發(fā)他們的興趣和認(rèn)知欲望。 將這種“非常規(guī)”的實(shí)驗(yàn)運(yùn)用在物理教學(xué)中，本身就是一種創(chuàng)新教育。 這些物理實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含的豐富創(chuàng)新思想，潛移默化地啟發(fā)著學(xué)生。 比如，用罐頭制作了一個(gè)“滑輪”，探索滑輪的機(jī)械效率； 用廢墨瓶和吸管制作“微變形演示器”，探索固體的變形； 用塑料袋制作“帕斯卡桶破裂實(shí)驗(yàn)裝置”，研究液體壓力； 將裝有紅色墨水的密封小塑料袋放入水中，觀察“紅色水球”的懸浮狀態(tài)。 這些實(shí)驗(yàn)都呈現(xiàn)出“改變”、“放大”、“借用”、“替代”等創(chuàng)新。 技能無疑是保持學(xué)生好奇心、培養(yǎng)學(xué)生終身探索興趣、實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的有效途徑。
本文作者為初中物理教材版執(zhí)行主編。
