王 雷

(江蘇省南通市躍龍中學(xué)，江蘇 南通 226001)

實(shí)驗(yàn)對(duì)于物理教學(xué)的重要性不言而喻，特別是對(duì)初學(xué)物理的八年級(jí)學(xué)生來說，以實(shí)驗(yàn)為課堂的抓手尤為重要，學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境中做中學(xué)、學(xué)中思，可自主建構(gòu)意義，逐步掌握學(xué)習(xí)物理的基本方法，提高核心素養(yǎng)。當(dāng)下的物理課程改革要求物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)具備時(shí)代性、生活性、思想性和應(yīng)用性特征，因此在設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)若能融現(xiàn)代科技、日常生活、思想方法、實(shí)踐應(yīng)用于其中，必將收到事半功倍的效果。本文結(jié)合《物態(tài)變化》一章的教學(xué)，探討初中物理課堂在起始引入、課中探究和學(xué)以致用等不同環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略。

1 引入實(shí)驗(yàn)凸顯趣味性

良好的開端是成功的一半，課堂引入實(shí)驗(yàn)類似于“大片”的序曲，對(duì)學(xué)生應(yīng)有直擊心靈的震撼效果，才能發(fā)揮其最佳效益，讓心理、心情還處于課間活動(dòng)興奮當(dāng)中的學(xué)生收斂分散的注意力，快速進(jìn)入學(xué)習(xí)新知的狀態(tài)。所以，引入實(shí)驗(yàn)應(yīng)與教學(xué)內(nèi)容構(gòu)成有機(jī)的內(nèi)在聯(lián)系，以充分激發(fā)興趣、引發(fā)疑問、啟發(fā)思考為目的，并兼顧學(xué)生的年齡特點(diǎn)、心理狀況、知識(shí)基礎(chǔ)、能力水平、興趣差異等實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。

案例1：“熔化和凝固”的引入設(shè)計(jì)

在“熔化和凝固”的教學(xué)中，常見的實(shí)驗(yàn)為：當(dāng)溫度變化時(shí)冰能化成水、水能結(jié)冰，以此引入熔化和凝固的概念，這種引入因過于常規(guī)而缺乏挑戰(zhàn)性，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)心向。為引起感官的沖擊，筆者選擇低熔點(diǎn)金屬條的熔化和凝固作為引入實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵诔踔猩那案拍钪?，金屬這類物質(zhì)是一種堅(jiān)不可摧的象征，學(xué)生會(huì)根深蒂固地認(rèn)為其物態(tài)是很難改變的。

師：這是一根金屬條，它處于什么物態(tài)？

現(xiàn)象：用金屬條敲擊燒杯，會(huì)發(fā)出響亮的敲擊聲。

生：固態(tài)。

師：如果將它的一端慢慢放進(jìn)熱水里，會(huì)發(fā)生怎樣的現(xiàn)象呢？做做看。

學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，當(dāng)看到金屬條變成亮銀色的液滴并一滴一滴地滴到水中時(shí)(圖1)，學(xué)生發(fā)出驚呼聲。這個(gè)現(xiàn)象令學(xué)生感到意外，他們幾乎無法接受這一事實(shí)，在他們的前概念中，金屬是強(qiáng)大、堅(jiān)固的代名詞，怎么可能被熱水一燙就成了液體呢？他們主動(dòng)拿起鑷子去驗(yàn)證，難道真的是液體嗎(圖2)？他們感受到金屬液體會(huì)流動(dòng)，這種主動(dòng)尋求證據(jù)的舉動(dòng)正說明學(xué)生被這一充滿趣味的實(shí)驗(yàn)所吸引，從而引發(fā)一探究竟的沖動(dòng)。

圖1

圖2

師：請(qǐng)把燒杯中的熱水連同金屬液體一起倒入裝有冷水的水槽中，再觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：金屬液體倒入冷水后變成各式各樣的固態(tài)造型。

師：金屬液體又發(fā)生了怎樣的變化？

生：從液態(tài)變成了固態(tài)。

至此，“熔化和凝固”的概念自然生成。由此抓住時(shí)機(jī)繼續(xù)點(diǎn)燃學(xué)生的思維火花，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生提問的沖動(dòng)。讓學(xué)生在一目了然的現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)認(rèn)知沖突，并積極思維，產(chǎn)生解決問題的強(qiáng)烈愿望。

問：針對(duì)這樣的現(xiàn)象，你能提出什么問題？

生1：為什么金屬條會(huì)在熱水中熔化？

師：你們覺得可能與什么因素有關(guān)？

生：溫度。

生2：熔化與溫度有什么關(guān)系？

師：還有什么值得研究的問題嗎？

生3：不同物質(zhì)的熔化特點(diǎn)有什么不同？

學(xué)生在這樣的思維碰撞中，其問題意識(shí)得以有效提高，而學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)的問題正是需要不斷研究的。對(duì)于初學(xué)物理的學(xué)生而言，這樣的引導(dǎo)對(duì)培育良好的問題意識(shí)特別關(guān)鍵。以“激趣引思”為目的引入實(shí)驗(yàn)可從三個(gè)層次去引導(dǎo)學(xué)生思考：(1) 為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象？(2) 現(xiàn)象與什么因素有關(guān)？(3) 如何從相關(guān)聯(lián)系中尋找相同和不同？通過這樣循序漸進(jìn)的有層次的問題，可有效培育學(xué)生的問題意識(shí)，提升學(xué)生的提問能力。

2 自主實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化高效性

對(duì)于物理初學(xué)者而言，在探究習(xí)慣、思維深度、科學(xué)方法等方面還處在比較粗淺的層次。實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)緊扣主干知識(shí)，使實(shí)驗(yàn)聚焦于問題解決。比對(duì)各種版本教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，都是從實(shí)驗(yàn)室角度去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，其缺點(diǎn)是割裂了物理與生活的聯(lián)系，學(xué)生很難把物理知識(shí)與日常生活或生產(chǎn)活動(dòng)相關(guān)聯(lián)，也就是說這種“實(shí)驗(yàn)室程式化”的設(shè)計(jì)易把學(xué)生牽進(jìn)一種固化的思維之中。因此，課堂教學(xué)的自主實(shí)驗(yàn)需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的要求，從便于操作、現(xiàn)象明顯、易于觀察等方面進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，不僅能深化教學(xué)，同時(shí)還能對(duì)學(xué)生良好的觀察和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣起到有效訓(xùn)練的作用。

案例2：探究水沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)

這一實(shí)驗(yàn)是課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，其重點(diǎn)是研究水沸騰前后溫度變化的特點(diǎn)，觀察現(xiàn)象、獲取數(shù)據(jù)、描繪圖像，進(jìn)而總結(jié)出沸騰的條件，溫度計(jì)的使用是實(shí)驗(yàn)的次要點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)中只需獲得有效的溫度數(shù)據(jù)。使用日常生活用品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)倍感親切。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：用透明電水壺?zé)?圖3)，分組進(jìn)行計(jì)時(shí)、讀取溫度、觀察氣泡和聲音的變化、記錄數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：如圖3所示，水在沸騰前底部有氣泡產(chǎn)生，在上升過程中氣泡變小，并伴有清脆響亮的炸裂聲。達(dá)到沸點(diǎn)后可觀察到大量氣泡上升的劇烈沸騰現(xiàn)象，且聲音低沉。學(xué)生每隔20秒讀取溫度并描繪圖像，總結(jié)沸騰的特點(diǎn)。這一實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，現(xiàn)象直觀且貼近生活，又因電水壺的功率較大、實(shí)驗(yàn)時(shí)間較短。尤其是沸騰的條件能夠顯而易見，水沸騰后斷電，沸騰幾乎立即停止，再接通開關(guān)水又能繼續(xù)沸騰，學(xué)生通過對(duì)明顯的現(xiàn)象的分析，可輕松總結(jié)出水沸騰的條件是：達(dá)到沸點(diǎn)且需繼續(xù)吸熱。

圖3

在學(xué)生觀察現(xiàn)象并得出水沸騰的條件后，提出問題：若此實(shí)驗(yàn)使用實(shí)驗(yàn)室器材，如何進(jìn)行裝置的選擇與安裝呢？

生1：熱源可使用酒精燈，因此整體裝置應(yīng)以酒精燈的外焰為中心自下而上進(jìn)行安裝。

生2：盛水容器可選燒杯或燒瓶。

生3：測(cè)量溫度時(shí)應(yīng)將溫度計(jì)的玻璃泡放在水的中央。

師：同學(xué)們的設(shè)計(jì)方案很好，關(guān)注了裝置要求、操作要點(diǎn)、觀察重點(diǎn)等諸多因素，但老師必須提醒的是在實(shí)驗(yàn)中要注意操作安全。

在此安排這樣的倒置環(huán)節(jié)，既是為了呼應(yīng)教材的要求，因?yàn)榻滩氖菑奈锢韺?shí)驗(yàn)室的角度去設(shè)計(jì)的(圖4)，在研究水沸騰特點(diǎn)的同時(shí)，還把裝置的規(guī)范安裝作為關(guān)注點(diǎn)。實(shí)踐表明，生活化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有助于學(xué)生建立物理與日常生活的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)讓物理走向生活、在生活中學(xué)習(xí)物理的目的，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)物理，其關(guān)注生活、觀察身邊現(xiàn)象的習(xí)慣亦能漸漸養(yǎng)成，物理學(xué)習(xí)的興趣同樣會(huì)得以有效保持。

圖4

案例3：探究水蒸氣液化的特點(diǎn)

液化是學(xué)生較易感知到的現(xiàn)象，諸如：早晨的露珠、從冰箱取出的物品表面很快結(jié)出水珠、尤其是戴眼鏡的同學(xué)從寒冷的室外進(jìn)入溫暖的室內(nèi)時(shí)鏡片上會(huì)出現(xiàn)水霧等，這些身邊的實(shí)例都是液化教學(xué)的好素材，教學(xué)難點(diǎn)在于液化過程會(huì)對(duì)外放熱。為了讓學(xué)生有直觀感知，就需要排除干擾進(jìn)行顯性設(shè)計(jì)，通過有效的對(duì)比幫助學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)。

為此，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)確定為：對(duì)水蒸氣液化時(shí)新增水量和等量開水混合后的溫度變化進(jìn)行對(duì)比。

(1) 裝置設(shè)計(jì)：在燒瓶中加入適量熱水，用上插玻璃管的瓶塞蓋住，在玻璃管上外接軟管，取兩只100 mL的量筒，均倒入50 mL初溫相同的水備用(圖5)。

圖5

(2) 實(shí)驗(yàn)過程：加熱燒瓶直至水沸騰，把軟管插入量筒中，讓水蒸氣進(jìn)入量筒，用溫度計(jì)適時(shí)測(cè)量量筒中的水溫變化。在課堂教學(xué)中，因?qū)嶒?yàn)的操作要求高，本實(shí)驗(yàn)宜作為教師演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行2分鐘左右量筒中水的體積增加了10 mL。停止加熱，迅速將燒瓶中的沸水加注10 mL到另一只量筒，輕輕攪拌測(cè)量水溫變化。

(3) 實(shí)測(cè)結(jié)果：通入水蒸氣的量筒中水量增加10 mL，水溫變化達(dá)到26 ℃，而倒入10 mL沸水的量筒的水溫只變化了6 ℃。

學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中可輕松得出結(jié)論：多出的水是由水蒸氣液化所得，通過水溫變化的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)水蒸氣液化時(shí)可以放出大量的熱。

這一實(shí)驗(yàn)改進(jìn)排除了沸水混合使冷水升溫這一變量，為液化放熱提供了有力的證據(jù)，整體裝置的簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)減少了干擾因素，使學(xué)生將注意力集中于觀察重點(diǎn)。學(xué)生對(duì)比分析這兩個(gè)明顯的現(xiàn)象，從而自主突破液化的難點(diǎn)。

3 收關(guān)實(shí)驗(yàn)關(guān)注實(shí)用性

在課堂教學(xué)的收關(guān)環(huán)節(jié)，有必要根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)造條件設(shè)計(jì)學(xué)生動(dòng)手制作的實(shí)驗(yàn)或課外拓展實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生深刻體會(huì)到物理知識(shí)在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用，把物理學(xué)習(xí)從課內(nèi)延伸到課外，從而使學(xué)生的物理知識(shí)得以活化。

案例4：挑戰(zhàn)“野外生存”，如何獲得蒸餾水？

在學(xué)完“汽化和液化”后，推出一項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)作為收關(guān)環(huán)節(jié)的內(nèi)容。

師：請(qǐng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)獲得蒸餾水的實(shí)驗(yàn)。

生：利用一只大盆抽取河水或地下水，在盆里放一只干凈的接水容器，大盆上覆蓋保鮮膜，放到太陽下曬，過一段時(shí)間后可獲得蒸餾水。

師：老師提供了一只大燒杯、一只小燒杯、保鮮膜，為節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，用酒精燈加熱。分小組合作制取蒸餾水。

通過生生討論、師生對(duì)話形成了實(shí)驗(yàn)方案，再通過動(dòng)手操作獲得了蒸餾水。這樣的設(shè)計(jì)有效深化了學(xué)生對(duì)汽化和液化知識(shí)的理解，更能讓學(xué)生知道學(xué)習(xí)物理可以“做什么”和“怎么做”，踐行了課標(biāo)和教材倡導(dǎo)的“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的理念。

4 結(jié)語

物理課堂的引入實(shí)驗(yàn)當(dāng)以“激趣引思”為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)應(yīng)聚焦教學(xué)核心問題，還要根據(jù)便于操作、現(xiàn)象明顯等要求去改進(jìn)，應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)要以促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用、活化知識(shí)與培養(yǎng)能力為目標(biāo)。教師只有在物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上下功夫，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)心向、熱情，促進(jìn)學(xué)生抓住重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，感受物理學(xué)的應(yīng)用價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)物理課程的育人價(jià)值。