胡世龍

摘要：：物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，可以說每個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)都離不開實驗的有力支撐.因此，實驗探究活動應(yīng)該是物理教學(xué)中的重中之重.然而，現(xiàn)實的物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀令人堪憂，與《課標(biāo)》中的教學(xué)要求相距甚遠(yuǎn).如何解決這個問題，本文試著從實驗探究活動的三個重要環(huán)節(jié)出發(fā)，結(jié)合教學(xué)實例加以剖析，力求探索出初中物理實驗探究課型教學(xué)的基本策略.

關(guān)鍵詞：實驗探究；初中物理；教學(xué)策略

1問題提出

《課標(biāo)》（實驗稿）在“課程性質(zhì)”中明確指出：義務(wù)教育階段的物理課程主要價值體現(xiàn)在：“⑴通過實驗探究，使學(xué)生經(jīng)歷基本的科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展初步的科學(xué)探究能力，形成尊重事實、探索真理的科學(xué)態(tài)度.⑵通過科學(xué)想象與科學(xué)推理方法相結(jié)合，發(fā)展學(xué)生的想象力和分析概括能力，使學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣.”[1]可以說，任何物理規(guī)律的形成都離不開物理實驗這個堅實的基礎(chǔ)，它的重要性不言而喻.然而，在日常教學(xué)活動中，很多教師對教材中實驗資源并不重視，甚至認(rèn)為實驗探究是在浪費時間.有時候，教材中明確要求的學(xué)生分組實驗也被“縮水”成了演示實驗，甚至變成了觀看實驗視頻，至于教材中每一章節(jié)后面小制作、小發(fā)明更是成了師生眼中的“棄兒”. 在很多情況下，學(xué)生的探究活動也是依照教材步驟進行“模仿”，所謂結(jié)論歸納也是“假象”背后所結(jié)的“澀果”.

基于以上問題，筆者結(jié)合教學(xué)實踐進行了深入思考，期望找到適合初中物理實驗教學(xué)的基本策略.現(xiàn)以“探究杠桿的平衡條件”實驗方案為例，與廣大同行一起探討，以期對將來的實驗教學(xué)有所增益.

2對探究活動中三個重要環(huán)節(jié)教學(xué)策略的探索

21猜想假設(shè)科學(xué)有據(jù)

眾所周知，猜想假設(shè)是進行實驗探究最重要的一個環(huán)節(jié)，它是指明整個實驗探究方向的“燈塔”.任何物理概念的建立、物理規(guī)律的形成都是源于生活中物理現(xiàn)象的抽象概括.實施物理實驗教學(xué)的過程，也正是引導(dǎo)學(xué)生重溫先哲科學(xué)探究的過程.換而言之，科學(xué)的猜想假設(shè)就是順利實施科學(xué)探究的“鳳頭”，唯有貼近學(xué)生所熟悉的生活情境，符合所處年齡階段對事物的認(rèn)知特點，探究活動才是有效的，才能成為物理規(guī)律建構(gòu)強有力的“腳手架”.

筆者在進行“探究杠桿平衡條件”部分內(nèi)容教學(xué)時，發(fā)現(xiàn)教材中實驗方案存在兩個不足之處.其一、從標(biāo)題明確了該實驗應(yīng)為探究性實驗，但按照教材實驗方案來看，卻是一個驗證性實驗，只要求學(xué)生按照所設(shè)計好的步驟按部就班的“探究”.筆者認(rèn)為這樣的設(shè)計方案缺失了本實驗活動的探究性本質(zhì).其二、教材中實驗方案直接告知影響杠桿平衡條件的因素，缺少了探究活動中的最重要一環(huán)——猜想與假設(shè).那么，在日常教學(xué)中如何才能處理好這些問題？筆者現(xiàn)將自己對本實驗教學(xué)設(shè)計過程呈現(xiàn)如下，與同行一起探討.

教學(xué)片段1對影響杠桿平衡因素的猜想

師：同學(xué)們，你們見過用桿秤稱物體重量嗎？（展示桿秤實物，如圖1所示）

生：見過.在市集上小販常用它來稱量物體的質(zhì)量.

師：很好，看來大家對它并不陌生.但是你們想過在用它稱物體時，它實際上相當(dāng)于什么？

生：杠桿.

師：是的.若將重物對秤鉤的拉力看成動力F1，則秤砣對秤桿的拉力屬于什么力？常用什么符號來表示？

生：秤砣對秤桿的拉力為阻力，常用F2來表示.

師：桿秤的支點又在哪兒？

生：在提紐處.

師：可是，許多桿秤有兩個提紐，難道一個杠桿可以同時存在兩個不同的支點？

生：我看見過小商販提距秤盤較遠(yuǎn)提紐無法稱物重時，常改用靠秤盤較近提紐進行稱量.我想這兩個位置不同的提紐可能是桿秤兩個不同大小量程的懸點，也可以看成不同情況下桿秤的兩個支點.

師：回答非常的棒！老師為你點贊，你平時一定是一位愛觀察、好動腦的小家伙.

師：現(xiàn)在，老師將重物的質(zhì)量再增大一些，物體對秤桿的拉力也就增大，保持其他條件不變，秤桿是否還能處于水平位置平衡？

生：不能.

師：這說明了秤桿的平衡與什么有關(guān)？

生：與力的大小有關(guān).

師：若將所懸掛秤砣的位置向左或向右移動，保持其他條件不變，秤桿還能處于水平位置平衡嗎？這又說明了什么？

生：不能.說明秤桿的平衡與力的作用點有關(guān).

師：若用手指推動懸掛秤砣細(xì)繩，保持其他條件不變，桿秤還能處于水平位置平衡？如圖2所示.這又說明了什么？

生：不能.秤桿的平衡也可能與力的方向有關(guān).

師：若只調(diào)換不同的提紐，保持其他條件不變，秤桿還能處于水平位置平衡嗎？這又說明了什么？

生：不能.秤桿的平衡還與支點位置有關(guān).

師：通過上面的分析發(fā)現(xiàn)，杠桿的平衡不僅僅與力的大小、力的方向、力的作用點有關(guān)，也與支點的位置有關(guān).然而，力的三要素直接決定力的作用線，且支點到力的作用線的垂直距離決定了杠桿的力臂大小.因此，杠桿的平衡可能除了與力的大小有關(guān)外，還與它們所對應(yīng)的力臂大小有關(guān).

設(shè)計意圖：利用上面的設(shè)計方案可以避免教材中生硬的灌輸式將杠桿平衡影響因素強加給學(xué)生，借助學(xué)生比較熟悉的生活現(xiàn)象，采用問題引導(dǎo)與演示操作相結(jié)合的教學(xué)方式，成功的為學(xué)生搭建思維的階梯，讓他們在不知不覺中實現(xiàn)了杠桿平衡影響因素的科學(xué)猜想，也使他們深刻體驗到科學(xué)猜想是有證可查、有據(jù)可依的.

22探究過程切忌以“偏”概“全”

實驗方案的設(shè)計要盡可能凸顯物理規(guī)律的普適性，不能為了實驗探究活動的方便，以特殊情形代替普遍行為，這樣得出來實驗結(jié)論將缺乏說服力，也不具有普遍的意義.整個實驗探究過程需要層層遞進，教學(xué)生以嚴(yán)謹(jǐn)求實之風(fēng)，[2]通過真實的探究活動，為實現(xiàn)探究目的提供強有力的證據(jù)，此過程可稱為探究環(huán)節(jié)中的“熊腰”.

筆者在利用教材中實驗方案組織教學(xué)時，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生只是按照教材實驗步驟按部就班的操作，甚至還有不少學(xué)生連彈簧測力計也不使用，直接在杠桿兩邊懸掛鉤碼，只改變鉤碼懸掛的位置或數(shù)目，經(jīng)過一番“熱烈”的探究活動之后，最終也得出所期望的結(jié)果.

若仔細(xì)思考就會發(fā)現(xiàn)教材中實驗方案存在諸多弊端.其一、不利于學(xué)生對力臂概念的理解.甚至?xí)e誤引導(dǎo)學(xué)生把力臂當(dāng)成杠桿支點到力的作用點的距離，成為了正確理解力臂概念的誤區(qū).其二、存在以“點”代“面”之嫌.教材中所設(shè)計三個步驟，同屬于一種特殊情形，即對杠桿作用力垂直于杠桿自身且動力、阻力分別作用于杠桿支點的兩端情形，具有典型片面性.基于以上兩個方面考慮，筆者將自己所設(shè)計實驗方案呈現(xiàn)如下.

教學(xué)片斷2“探究杠桿平衡條件”教學(xué)實錄

師：同學(xué)們，若按照教材實驗方案進行，實驗之前為什么需要將杠桿調(diào)至水平位置平衡？

生：為了使杠桿的重心位于杠桿支點的正下方，防止出現(xiàn)杠桿自身重力及對應(yīng)力臂對杠桿產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效果，便于消除杠桿自身重力對實驗的影響.

師：調(diào)節(jié)時又有什么技巧？

生：我認(rèn)為應(yīng)該和天平的橫梁平衡調(diào)節(jié)方法相同.杠桿哪端高，平衡螺母向哪端調(diào)節(jié).

師：回答的真好！然而，在實驗過程中，也需要使杠桿處于水平位置平衡，這又是什么目的？

生：便于通過杠桿上刻度直接讀出力臂的大小.

師：沒錯，這是一種非常特殊的情形.若老師改變彈簧測力計對杠桿的拉力方向，彈簧測力計的示數(shù)會發(fā)生怎樣變化？拉力所對應(yīng)的力臂有變化嗎？

生：彈簧測力計的示數(shù)會變大，它對應(yīng)的力臂也變小了，并且它也不在杠桿上.

師：若將彈簧測力計懸掛位置和鉤碼位于杠桿支點的同一側(cè)，且保持它對杠桿拉力方向為豎直方向，能否正常進行實驗？

生：可以.

師：若只改變彈簧測力計對杠桿拉力的方向，彈簧測力計的示數(shù)會發(fā)生變化嗎？所對應(yīng)的力臂是否也會隨之發(fā)生變化？

生：彈簧測力計的示數(shù)會變大，所對應(yīng)的力臂將變小.

生：在老師指導(dǎo)下分組進行實驗探究，并將實驗數(shù)據(jù)及時填寫在自己所設(shè)計的表格中.如下表1所示.

設(shè)計意圖：筆者從物理規(guī)律具有普適性的角度考慮，將教材中實驗設(shè)計由特殊驗證改進為全方位探究，體現(xiàn)了物理規(guī)律的建構(gòu)是源于實驗多角度、全方位科學(xué)探究的結(jié)晶.而且，在探究活動過程中，教師創(chuàng)設(shè)一系列螺旋上升的問題鏈，讓學(xué)生在逐層解答，拾級而上，[3]最終實現(xiàn)了知識的自我建構(gòu).

23規(guī)律建構(gòu)注重科學(xué)方法

在進行物理規(guī)律建構(gòu)時，往往是通過對相關(guān)實驗數(shù)據(jù)分析處理的基礎(chǔ)上抽象概括得出的，其中常見的科學(xué)方法有：和差方法、比值方法、乘積方法、公式變形法、圖示方法等，而這些方法都是基于數(shù)學(xué)應(yīng)用的物理思想方法.[4]在引導(dǎo)學(xué)生分析處理本探究過程中所記錄的數(shù)據(jù)時，筆者是教學(xué)過程設(shè)計如下.

教學(xué)片斷3“杠桿平衡條件的建構(gòu)”教學(xué)實錄

師：對于實驗數(shù)據(jù)處理，一般利用與數(shù)學(xué)知識相關(guān)的較為簡單的和、差、乘、除進行嘗試，很多情形下能夠找出它們之間關(guān)系.

師：若從和、差角度考慮，對于杠桿的平衡條件，你們會作出哪些猜想？

生1：F1+L1=F2+L2

生2：F1-L1=F2-L2

師：同學(xué)們，但是力與力臂是完全不同兩個物理量，他們能夠進行相加減嗎？

生：不行.

師：很顯然這兩種猜想是錯誤的.我們是否可以利用乘積、比值等方法去試試？大家又會作出哪些猜想？

生3：F11L1=F21L2

生4：F1L1=F2L2

師：沒錯，上述猜想具有一定的科學(xué)性.盡管兩個物理量的單位不同，通過比值或乘積關(guān)系可以將單位約去.

師：然而，這僅僅是猜想，還要結(jié)合實驗數(shù)據(jù)進一步驗證它們是否成立.

生：將實驗數(shù)據(jù)帶入猜想公式進行驗證.結(jié)果發(fā)現(xiàn)上面第4位同學(xué)猜想是正確的.

師：是的.古希臘著名科學(xué)家阿基米德也是通過大量的實驗事實總結(jié)歸納出這一規(guī)律的，即為杠桿的平衡條件，又名杠桿原理.

師：若進一步分析實驗數(shù)據(jù)還會發(fā)現(xiàn)：當(dāng)動力臂大于阻力臂時，動力和阻力是什么關(guān)系？可能是什么類型杠桿？

生：當(dāng)動力臂大于阻力臂時，動力小于阻力，屬于省力杠桿.

師：當(dāng)動力臂小于阻力臂時，動力和阻力又是什么關(guān)系？可能是什么類型杠桿？

生：當(dāng)動力臂小于阻力臂時，動力大于阻力，屬于費力杠桿.

師：同學(xué)們分析的非常正確，不過還有一種情形，當(dāng)動力臂恰好等于阻力臂時，動力也等于阻力，屬于等臂杠桿.

……

設(shè)計意圖：物理規(guī)律的抽象概括需要充分考慮學(xué)生的認(rèn)知特點和對已有知識的靈活應(yīng)用，還要適時對學(xué)生進行一定的物理科學(xué)方法教育.使學(xué)生既可以從較為簡單的和差、乘積、比值及正比、反比等方法分析問題，也可以從特殊情形過渡到普遍規(guī)律演繹推導(dǎo)，以求實現(xiàn)實驗探究的最終目標(biāo).同時，也要注重課堂教學(xué)的生成，使其為下一步的學(xué)習(xí)做好鋪墊.例如，通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，自然而然的得出杠桿不同類型的分類，這區(qū)別于一般先結(jié)論后應(yīng)用分類教學(xué)方案.

3結(jié)束語

高效的物理課堂必須以實驗探究活動為載體，通過學(xué)生積極主動參與、親身體驗、實驗探究，才能更有利于學(xué)生對物理規(guī)律的有效建構(gòu).[5]在實施教學(xué)過程中，充分考慮學(xué)生認(rèn)知特點的基礎(chǔ)上，巧妙的借助生活情境加以引導(dǎo)，努力處理好探究活動的科學(xué)猜想環(huán)節(jié)，適時的對學(xué)生進行科學(xué)思想方法的教育，力爭將實驗探究活動的目標(biāo)順利實現(xiàn)，以期提高初中物理課堂教學(xué)的效益.

參考文獻(xiàn)：

[1]全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗稿）北京：北京師范大學(xué)出版社，2006：6

[2]董子貴巧鋪墊重實驗抓住本質(zhì)是關(guān)鍵[J].物理教學(xué)，2013（1）39-40

[3]吳志明遞進式問題鏈的教學(xué)設(shè)計與應(yīng)用[J].物理教師，2015（1）33-36

[4]劉世軍中學(xué)物理思想方法教學(xué)探索與實踐[M].光明日報出版社，2016：6

[5]吳蘭紅“實驗建構(gòu)式生態(tài)課堂”的建構(gòu)策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（3）：9-11