基于探究能力提升的初中物理“微实验”构建研究

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   摘 要:提升学生的科学探究能力,是初中物理课堂教学的重要目标之一。构建初中物理“微实验室”,能够激发学生的探究欲望,提升学生的科学探究能力。基于探究能力培养的物理微实验,实验设计要“小中见大”,实验器材要“坛坛罐罐”,实验探索要“究其本源”,实验应用要“回归本真”。
   关键词:物理教学;微实验;探究能力;能力培养
   中图分类号:G421;G633.7 文献标志码:A 文章编号:1008-3561(2021)26-0072-02
  物理微实验,是指师生借助身边常见的生活器材,设计出来的针对性物理小实验。在初中物理教学中开展“微实验”,能够激发学生的探究欲望,提升学生的科学探究能力,培养学生的物理核心素养。本文对指向探究能力提升的初中物理“微实验室”的构建策略进行分析。
   一、物理微实验对提高学生科学探究能力的重要价值
   初中物理是一门实验性课程。但实际教学中,部分教师不重视开展物理实验,或者选用的实验仪器过于复杂,导致学生较难透彻理解复杂的物理知识。开发物理微实验,以取材方便、灵活自由的物理微实验为抓手,充分利用身边的物品,通过师生共同提出问题、设計实验、动手实验、论证评估、分享实验成果,让学生体验物理知识生成过程,实现碎片学习、泛在实验,能够激发学生的探究欲望,提升其科学探究能力。教师应通过物理微实验的开发和应用,把探究能力提升真正落实到课堂教学中。
   二、初中物理“微实验”的构建策略
   1.实验设计要“小中见大”
   麦克斯韦说:一个物理实验做得越简单,学生越熟悉,就越能透彻地说明问题。因此,微实验一定要短小精悍。例如,浮力这部分知识既抽象难度又大,尤其是浮力的产生原因是教学难点。部分教师在讲这部分内容时,往往一带而过,并不做深入解释,这不利于学生探究能力的培养。为此,教师可借助饮料瓶设计小实验突破这一教学难点。教师可取一个饮料瓶,瓶口朝下,将瓶底剪掉,放入一个乒乓球,向瓶中注入水,因乒乓球堵在瓶口,水不能流到乒乓球的下部,乒乓球在水压作用下也不能浮起来。而用手堵住瓶口,就可以让水流向乒乓球的下方,乒乓球上下两个面都会受到水的压力,在两方面的水的压力的共同作用下就能浮起来。针对这个现象,教师可分析:乒乓球上下受到的水压不同,在水压差的作用下,乒乓球浮了起来,这个水压差就是浮力。然后,教师可以进一步拓展:在乒乓球下方系上红线,当乒乓球浮起来时,红线被扯直,最终乒乓球静止在水面,倾斜容器,红线的方向不变。由受力平衡可知,向上的浮力和向下的拉力、重力是平衡力,方向相反,作用在一条直线上,抽象的浮力方向通过一条可见的红线就能表现出来。这样,可以使复杂的理论知识变得简单形象,降低学生的理解难度。
   2.实验器材要“坛坛罐罐”
   在物理微实验中,实验材料要注重就地取材,方便易得。例如,在教学“光的传播路径及方向”时,教师只进行理论讲解,学生的印象并不深刻。为此,教师可点燃一根蚊香,放在饮料瓶中,3分钟后将蚊香取出,这时烟雾充满整个饮料瓶,然后盖好瓶盖(或者在饮料瓶内的清水中加入几滴牛奶,使饮料瓶变成半透明状态),用激光笔照射饮料瓶,可以看到光在空气(或水中)的传播路径是直的。这种直接观察到的现象,可以有效帮助学生理解光是直线传播的。又如,在教学“凸透镜成像规律”时,往往需要在实验室利用一节课把凸透镜成像规律的实验模拟出来。由于涉及光具座、蜡烛、光屏等实验器材的使用以及一些凸透镜成像需要用的物距、像距、焦距等物理知识的铺垫,教师往往为了节省时间把探究实验改为演示实验,而后再通过两三节课把凸透镜成像规律进行归纳让学生熟记。其实利用一瓶水和一个带有箭头的卡片就可以演示凸透镜成像规律。教师可准备一个圆形的饮料瓶,里面装上水,就组成了一个简易的凸透镜,再拿一张白色的卡纸,上面画上朝右的箭头,靠近饮料瓶,通过饮料瓶观察卡纸上的箭头,可以发现箭头变大变粗了,箭头的方向不变,逐渐改变卡纸到饮料瓶的距离,就会发现箭头的粗细和箭头的方向发生变化,从而呈现出不同的成像情况。这样,可以使复杂的分组实验变成学生随时可做的小实验,使枯燥的学习变得有趣,现象直观明显。
   3.实验探索要“究其本源”
   现代教育学家波利亚说:学习任何知识的最佳途径都是自己发现,因为这种发现最深刻,也最容易把握其中的内在规律、性质和联系。学生通过自己设计和制作微实验,不仅可以掌握实验方法和技巧,而且可以通过观察实验现象思考规律,分析其中蕴含的物理知识,引发深度思考。同时,学生可以在体验物理知识生成的过程中达到内心的愉悦和满足,从而激发创新和探究欲望。例如,教师可让学生用饮料瓶、塑料杯、软管、吸管、钻孔器改进希罗实验。通过亲自动手实验,学生会发现往塑料杯中倒入少量清水后,处于顶端的吸管开始朝上喷水。同时,上面的瓶子水位往下降,下面的饮料瓶的水位上升,当上面瓶子水位与吸管底部位置平齐后,吸管停止喷水,整个装置中的水停止流动,但这个装置吸管里的水喷出的高度很低。经过多次选择不同粗细的吸管进行对比实验,学生就会发现上面的吸管用圆珠笔笔芯代替效果会更好。最后,学生可归纳出此实验需要注意的事项:上下饮料瓶之间一定要密封,尤其是软管和饮料瓶的交接处,可以用密封条封上或用胶水粘好;喷水的吸管要细,并保证畅通;要适当增大下面饮料瓶的高度,使上下水面的高度差增大。这样,不仅使学生深刻理解了大气压强和液体压强的知识,而且培养了学生的自主探究能力。
   4.实验应用要“回归本真”
   物理知识既来源于生活,又服务于生活,因此在物理教学中教师应着重培养学生学以致用的意识。教师可通过物理微实验,让学生在感受与体验生活中物理知识的同时,运用物理知识解决实际问题,从而让学生经历“见物思理”到“学以致用”的过程。例如,教师可让学生利用饮料瓶模拟和改进喷雾器。学生将一根吸管插入饮料瓶的水中,另一根吸管水平向右吹气,饮料瓶中的水就会顺着吸管上升最终以喷雾状喷出,这个实验运用了流体压强和流速的知识。两根吸管都插入饮料瓶的水中,通过一个吸管向瓶内吹气,饮料瓶中的水就会顺着另一个吸管上升最终以喷雾状喷出,这里又运用了气体压强的知识。同样的饮料瓶和吸管在学生的手里变成了两个不一样的喷雾器。又如,教学压强的知识后,教师可以让学生利用饮料瓶创设很多种给花自动浇水的装置。学生在花托中放入花盆和一个装满水的饮料瓶,当花托中的水面下降、饮料瓶的瓶口露出时,气体进入到瓶中,水就会流出,瓶口封上,水则会停止流动,当花吸水液面下降、露出瓶口时,水又会流出。这样,自动浇水装置就诞生了。    三、结语
   总之,物理微实验取材方便、灵活自由、现象明显,打破了校内与校外、课上与课下的界限,使实验变得无处不在、无时不有,做到了玩中学、学中玩,在物理教学中有广阔的运用空间。因此,教师应基于探究能力培养开展物理微实验,精心设计实验,准备实验器材,深入开展实验探索,回归生活进行实验应用,降低学生的理解难度,培养学生的物理素养。
  
  参考文献:
  [1]徐密芬.初中物理教学中优化演示实验的策略研究[J].中学课程辅导,2016(10).
  [2]姜瑶.对培养学生自主探究力的实践与思考[J].胜利油田职工大学学报,2007(04).
  [3]梁荣华.初中物理微实验教学资源的开发和利用[J].中学课程资源,2019(04).
  [4]邝金山.例谈微实验在初中物理课堂教学中的运用[J].中学物理教学参考,2015(17).
  [5]陈飞.微实验在初中物理课堂教学中的运用[J].数理化解题研究,2017(14).
  Research on the Construction of Junior Middle School Physics "Micro Experiment" Based on the
  Improvement of Inquiry Ability
  Zhu Wenlian
  (Xuzhou Dongyuan Middle School, Jiangsu Province, Xuzhou 221000, China)
   Abstract: Improving students’ scientific inquiry ability is one of the important objectives of physics classroom teaching in junior middle school. The construction of junior middle school physics "micro experiment" can stimulate students’ desire for inquiry and improve students’ scientific inquiry ability. For the physical micro experiment based on the cultivation of inquiry ability, the experimental design should "see the big from the small", the experimental equipment should be "pots and pans", the experimental exploration should "investigate its origin", and the experimental application should "return to the truth".
  Key words: physics teaching; micro experiment; inquiry ability; ability training
  基金項目:本文系江苏省教育科学“十三五”规划2020年度重点课题“指向探究能力提升的初中物理微实验开发与应用研究”(批准号:B-b/2020/02/194)的阶段性研究成果
   作者简介:朱文莲(1974-),女,江苏徐州人,中学高级教师,从事物理教学与研究。
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