劉永樹

摘 要：將分散在各章節(jié)中的物理實驗有序組織起來，設(shè)計高效物理實驗復(fù)習(xí)課，是當前物理教師正在探索的重要課題.利用現(xiàn)有實驗器材或開發(fā)低成本實驗器材，以實驗器材為中心，以物理科學(xué)方法為統(tǒng)領(lǐng)，利用實驗器材調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)能動性，把與實驗器材有關(guān)的實驗整合起來，進行集中復(fù)習(xí)，不失為一種科學(xué)有效的復(fù)習(xí)方法.這種復(fù)習(xí)方式，發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，促使學(xué)生主動建構(gòu)知識體系，提高學(xué)生科學(xué)探究能力，培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：實驗器材;整合實驗;建構(gòu)知識;探究能力;核心素養(yǎng)

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗在物理科學(xué)探究教學(xué)中占據(jù)著無可替代的地位.而物理實驗分散在各個章節(jié)，對物理實驗復(fù)習(xí)時是零敲碎打地進行，還是科學(xué)有序地組織復(fù)習(xí)呢？如果有序復(fù)習(xí)，又該以什么為中心來組織呢？筆者根據(jù)教學(xué)實踐，認為以實驗器材為中心組織復(fù)習(xí)更有效，將系列相關(guān)聯(lián)的實驗串聯(lián)起來，既增大了課堂的容量，又提升了學(xué)生的思維品質(zhì)，不失為一種較好的復(fù)習(xí)方法.下面僅以初中物理人教版教材力學(xué)實驗復(fù)習(xí)課為例，簡要介紹課堂教學(xué)是如何組織實驗復(fù)習(xí)課的，具體內(nèi)容呈現(xiàn)如下.

1 組合實驗室現(xiàn)有器材，如何培養(yǎng)科學(xué)思維

《物理課程標準》指出：科學(xué)探究是學(xué)生參與式的學(xué)習(xí)活動.要鼓勵學(xué)生積極動手、動腦，通過自主的探究活動，學(xué)習(xí)物理概念和規(guī)律，體驗到學(xué)科學(xué)的樂趣，了解科學(xué)方法，獲取科學(xué)知識，逐步樹立科學(xué)創(chuàng)新精神.幫助學(xué)生克服怕出錯、怕麻煩等思想障礙，同時在學(xué)習(xí)比較困難的地方給予具體的指導(dǎo)，使學(xué)生能夠比較順利地參與科學(xué)探究活動.這樣做可以讓學(xué)生更多地體驗到成功的愉悅，避免多次失敗產(chǎn)生的消極心理影響[1].利用實驗器材，將實驗歸類復(fù)習(xí)，一線串珠，通過歸類提煉共同點，學(xué)生更容易掌握知識.這樣既能減輕學(xué)生學(xué)習(xí)負擔，又能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題能力，歸納出解決問題的方法.具體做法是以實驗器材為中心，讓學(xué)生邊演示實驗邊解讀，后出示對應(yīng)的復(fù)習(xí)題.學(xué)生通過自創(chuàng)教學(xué)情境，對問題的理解更深刻，解決問題的手段更多，學(xué)習(xí)就會更輕松愉樂，復(fù)習(xí)效率更高，教學(xué)效果更明顯.

案例1 以實驗室器材為中心復(fù)習(xí)實驗

教師給每組學(xué)生分組發(fā)放的實驗器材有：彈簧測力計、帶定滑輪的長木板、木塊、小車、刻度尺、秒表、棉布、毛巾、鉤碼、海綿、細線.各小組討論，利用這些器材能夠設(shè)計哪些力學(xué)實驗？并將你設(shè)計的實驗內(nèi)容展示出來.各小組經(jīng)過討論、交流、展示出探究實驗的主題，經(jīng)過對重復(fù)內(nèi)容篩選，學(xué)生歸納出能夠做的實驗有7個，分別是：（1）測量平均速度;（2）探究“阻力對物體運動的影響”;（3）探究“動能大小與速度關(guān)系”;（4）探究“二力平衡的條件”;（5）探究“壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)”;（6）探究“影響滑動摩擦力大小的因素”;（7）探究“斜面的機械效率與哪些因素有關(guān)”.教師對學(xué)生的表現(xiàn)表示贊賞并提出表揚，并使用希沃授課助手軟件，將7個實驗主題展示在電子白板上.鼓勵學(xué)生利用實驗器材選擇其中2個實驗，大膽設(shè)計實驗方案，迅速探究實驗內(nèi)容.教師巡視，對表現(xiàn)積極的小組提出表揚，督促表現(xiàn)不好的小組迅速行動起來.當小組交流7個實驗內(nèi)容后，教師分發(fā)呈現(xiàn)在導(dǎo)學(xué)案上的7道實驗題目（以例題編序），內(nèi)容依次如下.

例1 如圖1，在“測平均速度”的實驗中，為了便于測量____，應(yīng)使斜面的傾角適當____（選填“大”或“小”）一些.讓小車從斜面的A點由靜止開始下滑，在C點放一個金屬擋板的作用是.小車在斜面上做____（選填“勻速”或“變速”）運動.小車經(jīng)過B、C點的時間如圖所示，則AB段的路程sAB=cm.在實驗中，為了方便計時，小車在AB段的平均速度為m/s.如果在某次測量中小車過了A點才停止計時，測得AC段的平均速度會偏.vAB=m/s、vBC=cm/s、vAC=m/s.三段路程的速度大小關(guān)系是：.小車在斜面上做直線運動（勻速、變速）.

例2 （2014·孝感）在探究“阻力對物體運動的影響”時，設(shè)計了如圖2所示的斜面實驗.小車滑行的距離如圖所示：

（1）畫出小車在斜面和水平面上所受到的力.

（2）為了使小車在滑到水平面時的初速度相同，在實驗中應(yīng)讓同從同的同由靜止開始滑下，劉偉采用的研究問題的方法是.

（3）從甲、乙、丙三次實驗小車所停位置情況看，圖中小車所受阻力最大.

（4）劉偉從實驗推理可知，若水平面絕對光滑，則運動的小車會在水平面上做運動.

（5）當小車在水平木板表面上運動時，受到的一對平衡力是.（填選項前的字母）

A小車受到向前的慣性力和木板對小車的阻力

B小車受到的重力和小車對木板的壓力

C小車受到的重力和木板對小車的支持力

（6）當小車從斜面頂端下滑到底端過程中，小車的重力勢能轉(zhuǎn)化為和內(nèi)能.

（7）實驗中可以看出，去掉木板上的棉布后，運動的小車所受的摩擦力減小，向前滑行的距離變大，小車所受摩擦力減小的原因是：.

（8）牛頓在前人研究成果的基礎(chǔ)上，總結(jié)處牛頓第一定律，它的內(nèi)容是：.

（9）在大量類似實驗基礎(chǔ)上，牛頓等科學(xué)家經(jīng)過進一步推理而概括出了著名的牛頓第一定律.它是人們公認的物理學(xué)基本定律之一，在實際生活中有著廣泛的應(yīng)用.一架在空中水平向右勻速直線飛行的飛機上，自由落下了一顆炸彈.下列給出了幾種炸彈落地前與飛機位置關(guān)系的情形，如圖3所示請你認真分析后作出正確的選擇：

①不計空氣對炸彈的阻力，炸彈與飛機的位置關(guān)系為圖;

②實際上，由于空氣阻力的存在，炸彈與飛機的位置關(guān)系為圖.

例3 圖4是小麗探究“動能大小與速度關(guān)系”時的實驗場景：斜面上有兩平行軌道，將兩小球①、②從軌道上由靜止釋放，與放置在水平木板上的兩個相同木塊①、②發(fā)生碰撞，兩個木塊初始位置到斜面底端的距離相等.

（1）為完成實驗，應(yīng)使兩個質(zhì)量的小球從軌道上高度由靜止釋放（均選填“相同”或“不同”）;

（2）由圖4甲場景可知，碰撞木塊前瞬間，小球的動能較大，兩木塊通過A B兩點處所受的滑動摩擦力大小分別為fA、fB，則fAfB，滑行中，木塊的動能轉(zhuǎn)化成能;

（3）圖4乙是某次實驗的場景：將兩小球從圖中E、F處靜止釋放，最終木塊①從水平木板的右端滑出，小麗用質(zhì)量更大的木塊③替換木塊①后繼續(xù)此次實驗，將兩小球仍從圖中E、F處由靜止釋放，木塊③未滑出木板，小麗的實驗改進有一處遺漏，它是.

例4 小張用如圖5所示的裝置探究“二力平衡的條件”實驗.

（1）當物體處于靜止狀態(tài)或狀態(tài)時我們認為它受到的力是相互平衡的.

（2）把小車放在（選填“光滑”或“粗糙”）的水平桌面上，向兩端完全相同的小盤里加砝碼，當兩盤砝碼的質(zhì)量相等時，小車處于靜止狀態(tài).（不考慮滑輪的摩擦）

（3）實驗時，曉賢發(fā)現(xiàn)當向左盤和右盤同時加入一個相等重量的砝碼時，木塊處于靜止狀態(tài).此時木塊在水平方向受到兩個力的作用，這些力是平衡的.曉賢再把右盤中的砝碼換成一個較重的砝碼時，發(fā)現(xiàn)木塊仍然處于靜止狀態(tài)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是，這時木塊在水平方向受到的力（填“平衡”或“不平衡”）.要避免這種現(xiàn)象產(chǎn)生，請你對該實驗裝置提出改進意見：.

（4）保持兩盤砝碼質(zhì)量相等，把小車在水平桌面上一個角度，使拉力F1、F2不在同一直線上.放手后，小車轉(zhuǎn)回來，當小車靜止時，說明二力平衡的又一個條件是.

（5）由上述實驗可得：作用在同一物體上的兩個力，如果大小相等、，并且在同一直線上，這兩個力就彼此平衡.

（6）實驗中，定滑輪的作用是.

例5 如圖6所示，是某興趣小組在探究“影響滑動摩擦力大小的因素”時設(shè)計的實驗裝置.長滑板放在緊靠豎直墻壁的水平實驗桌上，彈簧測力計左端通過細繩連接金屬物塊P，右端固定在墻上.在水平外力F的作用下，將長滑板從物塊P的底下水平向左抽出.

方案1：保持物塊P對長滑板的壓力不變，更換不同材料的長滑板，重復(fù)多次實驗，得到的實驗數(shù)據(jù)如表1;

方案2：保持長滑板的材料不變，在物塊P的上表面增減砝碼，重復(fù)多次實驗，得到的實驗數(shù)據(jù)如表2.

（1）彈簧測力計對物塊P的拉力大小等于物塊P受到的滑動摩擦力，理由;

（2）表1中當使用木塊與金屬做實驗時，彈簧測力計的示數(shù)如圖所示，則物塊P所受到的滑動摩擦力為N;

（3）分析表1、表2中的實驗數(shù)據(jù)，你能得到的結(jié)論是;

（4）在現(xiàn)實的生產(chǎn)與生活中，許多摩擦對我們是有用的，請你聯(lián)系生活實際，試列舉一個增大有用摩擦的實例，并說明是通過采取什么措施來增大摩擦的：.

例6 大家都知道坐沙發(fā)比坐板凳舒服，趙樂同學(xué)為了驗證其中的道理，做了探究“壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)”的實驗他將媽媽新買的四塊相同的木塊，一塊平放、一塊立放、兩塊疊放在相同的海綿上（如圖7所示）.

（1）實驗中，他通過觀察海綿的凹陷程度來比較壓力的作用效果.

（2）如果他想驗證壓力的作用效果與壓力大小的關(guān)系，他應(yīng)該選擇兩圖進行比較，得到的結(jié)論是.他設(shè)計的實驗如表3所示，請將表格補充完整.

（3）如果他想驗證壓力的作用效果與受力面積的關(guān)系，他應(yīng)選擇兩圖進行比較才能得出正確結(jié)論.

例7 小紅在探究“斜面的機械效率與哪些因素有關(guān)”的活動中，提出了以下猜想：

A斜面的機械效率可能與物體的重力有關(guān); B斜面的機械效率可能與斜面的傾斜程度有關(guān).

為了驗證自己的猜想，小紅用木板搭成了如圖8所示的裝置進行探究，記錄數(shù)據(jù)如表4所示：

（1）在實驗過程中，應(yīng)沿斜面向上拉動木塊;

（2）在第②實驗時，木塊受到斜面的摩擦力是N;

（3）第①次實驗中斜面的機械效率η=;

（4）對比實驗①②的數(shù)據(jù)可以用來驗證猜想，對比②③兩次實驗數(shù)據(jù)，可初步得出的結(jié)論是.

當學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)后，再組織學(xué)生進行展示、質(zhì)疑、釋疑活動，然后由師生對展示的學(xué)生進行激勵性評價，進一步調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)主動性.

孔子曾說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”.當教師把實驗器材分發(fā)給小組時，學(xué)生的眼睛頓時發(fā)光，立刻想用實驗器材動手去探究實驗.教師找到學(xué)生科學(xué)探究的興奮點，充分激發(fā)學(xué)生的探究動機.接著，教師讓學(xué)生選擇實驗器材設(shè)計實驗，進一步調(diào)動學(xué)習(xí)的主動性和積極性、發(fā)揮學(xué)生的主動性，讓學(xué)生在輕松愉快的氛圍中學(xué)習(xí)，使物理復(fù)習(xí)課不再枯燥[2].當學(xué)生邊實驗邊講解實驗過程時，教師留意到學(xué)生會用控制變量法和轉(zhuǎn)換法來解決問題了.此時，他們已經(jīng)將全部精力投入到課堂上來，教師只須借助精選習(xí)題，利用任務(wù)驅(qū)動和任務(wù)解決的方式，讓學(xué)生鞏固基礎(chǔ)知識和基本技能，在對比學(xué)習(xí)中主動建構(gòu)自己的知識體系.這種圍繞實驗器材為中心，結(jié)合學(xué)生親身體驗精編的實驗習(xí)題，既讓學(xué)生能夠理解題意，又全面考查學(xué)生對控制變量法和轉(zhuǎn)換法的正確使用，有效地提高了課堂效率.而以科學(xué)方法為統(tǒng)領(lǐng)的實驗課教學(xué)復(fù)習(xí)策略，既培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思想，又使學(xué)生的科學(xué)探究能力得到最大程度地發(fā)展，培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng).

2 組建低成本實驗器材，進一步提升學(xué)生思維品質(zhì)

《物理課程標準》指出：使用身邊隨手可得的物品進行探究活動和各種物理實驗，可以拉近物理學(xué)與生活的距離，讓學(xué)生深切地感受到科學(xué)的真實性，感受到科學(xué)和社會、科學(xué)和日常生活的關(guān)系.不能把低成本實驗僅僅看作解決設(shè)備不足問題的權(quán)宜之計[1].在實驗室現(xiàn)有的實驗器材上添加一些身邊物品，變?yōu)榈统杀緦嶒炂鞑?，可以完成許多《物理課程標準》規(guī)定的實驗.我們只需在實驗室內(nèi)現(xiàn)有器材，如：托盤天平（含砝碼）、彈簧測力計、細線、量筒、溢水杯、燒杯，只需橡皮泥和塑料方便袋（重力近似為0），能設(shè)計出許多與力學(xué)有關(guān)的開放性實驗.

案例2 以低成本器材為中心設(shè)計開放性實驗

教師給每組學(xué)生分組發(fā)放的實驗器材有：托盤天平（含砝碼）、彈簧測力計、細線、量筒、燒杯、水、橡皮泥和塑料方便袋.各小組討論，利用這些器材能夠設(shè)計哪些力學(xué)實驗？并將你設(shè)計的實驗內(nèi)容展示出來.各小組經(jīng)過討論、交流、展示出探究實驗的主題，經(jīng)過對重復(fù)內(nèi)容篩選，學(xué)生歸納出能夠做的實驗有3個，分別是：（1）測量橡皮泥的密度實驗;（2）探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)實驗;（3）探究阿基米德原理實驗.教師對學(xué)生的表現(xiàn)表示贊賞并提出表揚，激勵學(xué)生設(shè)計實驗方案，利用實驗器材完成實驗任務(wù).各小組經(jīng)過齊心協(xié)力，將設(shè)計實驗方案展示如下.

例1 測量橡皮泥的密度實驗

實驗方案1：

實驗器材：彈簧測力計、細線、一大燒杯水.

實驗步驟：（1）用細線系住橡皮泥，掛在彈簧測力計的掛鉤上測量出橡皮泥的重力G;

（2）將橡皮泥完全浸沒在水中讀出此時彈簧秤的讀數(shù)F;

（3）橡皮泥密度的表達式ρ=ρ水GG-F.

實驗方案2：

實驗器材：量筒、水.

實驗步驟：（1）在量筒里倒入適量的水記下水的體積V1;

（2）將橡皮泥用手捏成小船，讓其漂浮在量筒中的水面上記下水面達到的刻度V2;

（3）將橡皮泥沉入水中，記下水和橡皮泥的總體積V3;

（4）橡皮泥密度的表達式ρ=ρ水（V2-V1）V3-V1.

實驗方案3：

實驗器材：托盤天平（含砝碼）、燒杯水.

實驗步驟：（1）用調(diào)好了的天平稱出橡皮泥的質(zhì)量為m1;

（2）出盛滿水的燒杯的總質(zhì)量m2;

（3）把這塊橡皮泥慢慢放入裝滿水的燒杯中，再稱出它們的總質(zhì)量m3;

（4）橡皮泥密度的表達式ρ=ρ水m1m1+m2-m3.

例2 探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)實驗

實驗方案：

A用細線系住橡皮泥并掛在彈簧測力計下，讀出彈簧測力計的示數(shù)是05N ;

B向燒杯中倒入適量的水;

C將彈簧測力計下的橡皮泥部分浸入水中，讀出彈簧測力計的示數(shù)是03N;

D將彈簧測力計下的橡皮泥完全浸入水中，讀出彈簧測力計的示數(shù)是02N.

（1）小明通過分析，得出浮力大小與物體浸入液體中體積的關(guān)系是.

（2）增加將彈簧測力計下的橡皮泥完全浸入水中，增加橡皮泥在水中的深度，還可以探究 “浮力大小是否與物體浸沒在液體中的深度有關(guān)呢？”

例3 探究阿基米德原理實驗

學(xué)生討論說出F浮和 G排的測量方法.設(shè)計出實驗方案和實驗用表格（如表5所示）.并討論了實驗應(yīng)該注意的事項：1溢水杯要加滿水;2橡皮泥不能和杯壁接觸;3增加橡皮泥的質(zhì)量，多次實驗;4比較浮力和排開水的重力.

本環(huán)節(jié)的教學(xué)，將實驗室中的實驗器材與橡皮泥和塑料方便袋組建在一起，開發(fā)出低成本實驗器材.利用小組合作集體的智慧，將實驗與教材內(nèi)容相結(jié)合，以橡皮泥為中心，學(xué)生運用發(fā)散思維，設(shè)計出密度的測量、探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)和阿基米德原理實驗方案，對初中物理所學(xué)的力學(xué)實驗進行整合.這種開放性實驗設(shè)計，將學(xué)生完全放在了學(xué)習(xí)的主導(dǎo)地位，讓他們在物理實驗中不斷地產(chǎn)生、發(fā)現(xiàn)、探索新的目標和知識，通過動手、動腦完成積極主動的創(chuàng)造過程，時刻保持著對物理的新鮮感，并因此產(chǎn)生源源不斷的學(xué)生動力，為將來更好地學(xué)習(xí)和進行社會實踐打下良好的基礎(chǔ)[3].

3 結(jié)束語

總之，復(fù)習(xí)實驗的目的就是在老師的引導(dǎo)下，以實驗器材為中心，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，拓展學(xué)生的思維空間，讓學(xué)生再次對實驗進行體驗，并主動對相關(guān)的實驗內(nèi)容進行整合，從而增大課堂容量，提高課堂教學(xué)效率.經(jīng)過學(xué)生對物理知識及科學(xué)素養(yǎng)進行系統(tǒng)的鞏固、梳理，形成知識網(wǎng)絡(luò)，促使學(xué)生更高層次的思維活動，從“知識為本”轉(zhuǎn)向“知識構(gòu)建”“觀念構(gòu)建”“方法構(gòu)建”和“素養(yǎng)構(gòu)建”， 進而形成更高的科學(xué)素養(yǎng)，具有較強的運用知識解決問題的能力[4].

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部義務(wù)教育物理課程標準（實驗）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力研究項目組義務(wù)教育學(xué)科核心素養(yǎng)·關(guān)鍵能力 測評與教學(xué) 初中物理[M]. 江蘇：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2018.

[3]郭玉良初中物理開放性實驗設(shè)計[J].考試周刊，2012（72）：156.

[4]胡旭東基于深度學(xué)習(xí)的中考復(fù)習(xí)課教學(xué)策略[J].理科考試研究，2018，25（22）：44-47.

（收稿日期：2019-08-25）