楊凡

摘? ?要：本文從2019年廈門市初三畢業(yè)班教學(xué)質(zhì)量檢測(cè)的一道物理實(shí)驗(yàn)題談起，反思在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何更好地以生為本，幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中體會(huì)物理實(shí)驗(yàn)思維的運(yùn)用，更好地培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移能力，提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)反思

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理學(xué)科中占據(jù)著重要的地位，實(shí)驗(yàn)考察在物理考試的評(píng)價(jià)體系當(dāng)中扮演著重要的角色。

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過對(duì)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的分析、推理等培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、物理觀念;通過實(shí)驗(yàn)過程的猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、操作反思、分析論證等，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

在以往的實(shí)驗(yàn)考察中，由于傳統(tǒng)紙筆測(cè)試所帶來的困境，部分實(shí)驗(yàn)試題僅圍繞教材中實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行考査，問題設(shè)計(jì)未能跳出傳統(tǒng)習(xí)題訓(xùn)練的范圍，缺乏現(xiàn)實(shí)的問題情境，過于關(guān)注技能知識(shí)的簡(jiǎn)單考査等[ 1 ]，使得實(shí)驗(yàn)考察“死板化”。而試題的命制會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方向。

本文所舉例題源于課堂知識(shí)，高于課堂知識(shí)，要求學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法有較好的吸收與內(nèi)化，并能將其應(yīng)用到不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下。

1? 試題評(píng)析

1.1? 試題回顧

學(xué)習(xí)小組想探究“通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中長(zhǎng)度的關(guān)系”。

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹刻骄客妼?dǎo)體在磁場(chǎng)中受力大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中長(zhǎng)度的關(guān)系。

【實(shí)驗(yàn)器材】邊長(zhǎng)不同的矩形線圈2個(gè)、足夠?qū)挼腢形磁鐵、彈簧測(cè)力計(jì)、電源、導(dǎo)線、開關(guān)。

【實(shí)驗(yàn)步驟】

（1）如圖1，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量矩形線圈a的重力G1，再將a放人磁場(chǎng)中。通電后，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變?yōu)镕1。發(fā)現(xiàn)F1小于G1，則磁場(chǎng)對(duì)線圈a作用力的方向是_____。

（2）換用矩形線圈b，重復(fù)步驟（1）中的實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)AB邊在磁場(chǎng)中的_____相同。記錄線圈b受到的重力G2和拉力F2值。應(yīng)比較_____和_____的關(guān)系，得出結(jié)論。

（3）某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)比該矩形線圈的重力大，你覺得可能的原因是：_____。

1.2? 試題分析

本題探究的問題是“通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中長(zhǎng)度的關(guān)系”，學(xué)生在“科學(xué)探究：電動(dòng)機(jī)為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)”（滬科版九年級(jí)全一冊(cè)）一課中學(xué)習(xí)過：磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體具有力的作用，其作用的方向與電流方向、磁場(chǎng)方向有關(guān)。因此該情景學(xué)生似熟非熟，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)量原理及受力分析知識(shí)進(jìn)行解題。

1.2.1? 控制變量法的運(yùn)用

本實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)方法為控制變量法，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，分析實(shí)驗(yàn)基本過程：控制除通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度以外的其他條件相同，改變通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度，觀察、測(cè)量、比較通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力情況。通過所學(xué)知識(shí)，學(xué)生猜想本實(shí)驗(yàn)中除通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的長(zhǎng)度外的其他影響因素還可能包括：導(dǎo)體的電流強(qiáng)度、電流方向、導(dǎo)體所處位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁場(chǎng)方向等，因此需要控制以上變量在實(shí)驗(yàn)過程中不發(fā)生改變。由此，可以得到第二小問第一空的答案“每次實(shí)驗(yàn)時(shí)AB邊在磁場(chǎng)中的位置相同”

1.2.2? 受力分析與轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用

重新回到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的另一大難點(diǎn)在于如何測(cè)量通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的情況變化。在本題中，第一小問很好地為學(xué)生架設(shè)了一個(gè)“臺(tái)階”?！坝脧椈蓽y(cè)力計(jì)測(cè)量矩形線圈a的重力G1，再將a放人磁場(chǎng)中。通電后，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變?yōu)镕1。發(fā)現(xiàn)F1小于G1，則磁場(chǎng)對(duì)線圈a作用力的方向是_____?！比鐖D2對(duì)通電前后的線圈a進(jìn)行受力分析：在通電前，線圈a處于靜止?fàn)顟B(tài)，拉力等于重力G1;通電之后，拉力變小，重力不變，而此時(shí)線圈依然處于靜止?fàn)顟B(tài)，說明通電后線圈還受到另一個(gè)與拉力方向相同的力Fa，顯而易見：這就是磁場(chǎng)對(duì)線圈的作用力，通過分析我們可以得到：Fa=G1-F1。

該方法其實(shí)在“認(rèn)識(shí)浮力”（滬科版八年級(jí)全一冊(cè)）一課中就有出現(xiàn)（如圖3）：通過比較石塊在空氣和水中的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)情況判斷浮力的方向，通過受力分析計(jì)算浮力大小。二者在本質(zhì)上有異曲同工之妙。

所以我們可以得到第一小題“如圖，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量矩形線圈a的重力G1，再將a放人磁場(chǎng)中。通電后，彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變?yōu)镕1。發(fā)現(xiàn)F1小于G1，則磁場(chǎng)對(duì)線圈a作用力的方向是 豎直向上 ?！?/p>

第二小問第二、三空，通過實(shí)驗(yàn)過程的分析，學(xué)生需要觀察、測(cè)量、比較通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力情況即“應(yīng)比較G1-F1和G2-F2的關(guān)系”。

第三小問學(xué)生通過上述兩題的分析，可以得到，若彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)變大說明磁場(chǎng)作用力的方向?yàn)樨Q直向下，結(jié)合所學(xué)知識(shí)：“磁場(chǎng)作用力的方向與電流方向、磁場(chǎng)方向有關(guān)”，可解“某次實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)比該矩形線圈的重力大，你覺得可能的原因是：? 改變了電流方向或磁場(chǎng)方向? ?！?/p>

本題源于課堂知識(shí)，高于課堂知識(shí)，要求學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法有較好的吸收與內(nèi)化，并能將其應(yīng)用到不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下。充分考察了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、遷移能力。知識(shí)遷移能力，是創(chuàng)新型人才最重要的能力。沒有知識(shí)遷移，就不可能有科技創(chuàng)新。知識(shí)遷移能力是指用已學(xué)知識(shí)解決新問題的能力，包含對(duì)新情境的感知能力、對(duì)舊知識(shí)的鏈接能力、對(duì)新事件的解決能力、對(duì)新規(guī)律的概括能力[ 2 ]。所以，該題考察的正是學(xué)生需要提高的能力。

2? 教學(xué)建議

2.1? 更新教學(xué)觀念，重視實(shí)驗(yàn)本質(zhì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于物理學(xué)科的重要性不言而喻，過去的傳統(tǒng)教學(xué)中，由于考察方式的局限性，有的教師功利地認(rèn)為“學(xué)生只需要會(huì)做題，不需要會(huì)做實(shí)驗(yàn)”。但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)來說，最重要的是讓學(xué)生在這一過程中提升學(xué)科核心素養(yǎng)，貫徹落實(shí)“以生為本”，所以應(yīng)該將實(shí)驗(yàn)課“還”給學(xué)生。實(shí)驗(yàn)探究過程包括提出問題、假設(shè)猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、分析反思。在這些過程中，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程常常因?yàn)檎n堂時(shí)間有限等原因被忽視，在這一過程中讓學(xué)生設(shè)身處地的運(yùn)用科學(xué)方法，例如控制變量法：控制哪些變量不變？觀察哪個(gè)量的變化情況？假如觀察的實(shí)驗(yàn)效果不明顯該怎么辦？能否使用轉(zhuǎn)換法，該怎么用？……經(jīng)歷這些思考過程與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程，對(duì)于學(xué)生的思維提升，相較于教師的“一言堂”來說，有本質(zhì)上的區(qū)別與進(jìn)步。

在探究過程中，教師的作用是引導(dǎo)學(xué)生，幫助每個(gè)學(xué)生打開自己的思維大門，學(xué)習(xí)是螺旋式上升的過程，在學(xué)習(xí)過程中勿要拔苗助長(zhǎng)，適當(dāng)?shù)氖┓?、澆水才是園丁的責(zé)任與義務(wù)。

2.2? 詳解課本實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生思維

課本是經(jīng)過教材組專家編排設(shè)計(jì)而形成的適用于學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)的教材。其內(nèi)容的選取經(jīng)過了嚴(yán)密的思考與嚴(yán)格的審核，將知識(shí)用最基礎(chǔ)、最根本的方式呈現(xiàn)出來，是學(xué)生“思維大廈”的地基所在。

詳解課本實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中，嘗試將學(xué)生實(shí)驗(yàn)計(jì)劃與課本實(shí)驗(yàn)相比較，詳解課本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，由學(xué)生來分析優(yōu)缺點(diǎn)、設(shè)計(jì)改進(jìn)方法等。

例如在“科學(xué)探究：電動(dòng)機(jī)為什么會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)”教學(xué)過程中：課本實(shí)驗(yàn)選擇用平行的勻強(qiáng)磁場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有的學(xué)生選擇用馬蹄形磁鐵形成的磁場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比兩次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在課本實(shí)驗(yàn)中，金屬桿放置的位置不影響其運(yùn)動(dòng)情況;但假如選擇用馬蹄形磁鐵，學(xué)生便會(huì)發(fā)現(xiàn)，金屬桿放在不同的位置，現(xiàn)象是不一樣的：在磁極附近金屬桿很容易就運(yùn)動(dòng)起來了，但假如放在凹口處，金屬桿運(yùn)動(dòng)的速度較慢，甚至不運(yùn)動(dòng)。此時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生做進(jìn)一步猜想：是什么影響了馬蹄形磁鐵中導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)呢？摩擦力？磁場(chǎng)強(qiáng)度？怎么驗(yàn)證？這兩種磁場(chǎng)哪一種更好？好在哪里？這一系列的問題，可以幫助學(xué)生深入地體會(huì)科學(xué)探究的過程，從課本實(shí)驗(yàn)出發(fā)，自主挖掘、拓寬實(shí)驗(yàn)思維，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

2.3? 提高教師素養(yǎng)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)情景

習(xí)近平總書記在同北京師范大學(xué)師生代表座談時(shí)曾表示：“在信息時(shí)代做好老師，自己所知道的必須大大超過要教給學(xué)生的范圍，不僅要有勝任教學(xué)的專業(yè)知識(shí)，還要有廣博的通用知識(shí)和寬闊的胸懷視野?！?/p>

現(xiàn)如今，學(xué)生所能接觸的學(xué)習(xí)資源劇增，黑洞照片、5G、石墨烯等新知識(shí)、新概念的出現(xiàn)使得課本實(shí)驗(yàn)、常規(guī)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能滿足學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的好奇心?？茖W(xué)的發(fā)展是永不停息的，教師應(yīng)發(fā)展自身業(yè)務(wù)素質(zhì)，與時(shí)俱進(jìn)，不能固守自己的三分地。從生活實(shí)際出發(fā)，從基本方法入手，將課本知識(shí)與新時(shí)代、新創(chuàng)新、新視角相結(jié)合，創(chuàng)設(shè)新的實(shí)驗(yàn)情景。幫助學(xué)生通過不同的情景與實(shí)驗(yàn)鞏固所學(xué)的科學(xué)方法，鍛煉學(xué)生的知識(shí)遷移能力。

3? 結(jié)語

物理課堂既包括教師的教，也包括學(xué)生的學(xué)。在課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)該重視學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)與改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的各項(xiàng)素養(yǎng);在課后練習(xí)中應(yīng)該提升教師的備課、出題能力，與時(shí)俱進(jìn)，用更新、更靈活的題目，鍛煉學(xué)生的思維品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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