摘 要：物理實驗是學生獲取物理知識的重要手段，也是提高學生物理（科學）素養(yǎng)的重要載體。為了更好地實現物理實驗的功能，教師可根據具體情況，采用相應的手段來優(yōu)化創(chuàng)新物理實驗教學。具體地，可以設置對照實驗，引發(fā)認知沖突；借助自制器材，強化具身體驗；引入數字技術，呈現直觀數據。

關鍵詞：初中物理；實驗教學；對照實驗；自制器材；數字技術

“義務教育物理課程是一門以實驗為基礎的自然科學課程?！保?］物理實驗是學生獲取物理知識的重要手段，也是提高學生物理（科學）素養(yǎng)的重要載體。為了更好地實現物理實驗的功能，教師可根據具體情況，采用相應的手段來創(chuàng)新初中物理實驗教學。以下分享幾例實踐。

一、 設置對照實驗，引發(fā)認知沖突

對照實驗指的是向學生展示一個表面現象由幾種因素決定，而且反映本質特征的現象與反映非本質特征的現象糾纏在一起，甚至反映非本質特征的現象比反映本質特征的現象更為明顯的實驗，讓學生由觀察現象來分析原因；然后根據學生可能出現的判斷困難或判斷錯誤，再向學生演示另一類表面現象不同但內在本質一致的實驗，引發(fā)學生的認知沖突，讓學生進一步比較辨析，去偽存真，從而把握實驗所反映的本質原理。

例如，“力臂”概念的教學，一般通過杠桿實驗展開——先給出杠桿的五要素（支點、動力、阻力、動力臂、阻力臂），然后探究杠桿平衡（直臂杠桿在水平方向平衡）的條件。這遵循的是知識的內在邏輯。而如果從學生認知邏輯的角度，是存在問題的：學生怎么會想到定義力臂呢？如果說學生憑著經驗或直覺，能夠判斷力是影響杠桿平衡的要素的話，那么，力臂則完全不在學生的經驗系統(tǒng)與直覺里——力臂被定義為“支點到力的作用線的距離”，這一定義在絕大多數學生的認知中，都沒有相應的表象與之對應，也沒有任何情境支撐學生構造這樣的表象或形成類似的經驗。

對此，教師在教學中先是引導學生在杠桿處于水平位置平衡時，進行多次實驗，通過分析數據、推理論證，得出杠桿平衡的條件。當教師提出作用點到支點的距離會影響杠桿平衡時，學生會很容易接納這一“錯誤”的認知。學生在剛才實驗的基礎上，發(fā)現只要改變支點到力的作用點的距離，杠桿平衡就會被打破。于是，教師設置曲臂杠桿的對照實驗（如圖1所示），來引發(fā)學生的認知沖突。

曲臂杠桿中力的作用點位置發(fā)生了改變，杠桿還能保持平衡，學生自然產生認知沖突，他們就會思考兩個平衡的杠桿共同點是什么。當教師在黑板上沿著右側兩個鉤碼豎直方向畫出一條直線時，學生恍然大悟：影響杠桿平衡的條件不再是原來點和點之間的距離，而是支點到力的作用線之間的距離。學生經歷了錯誤的前概念到矛盾認知沖突再到糾正錯誤認知的過程。整個過程比教師直接講解更直觀，更能幫助學生理解力臂概念的本質。

二、 借助自制器材，強化具身體驗

“教學有法，教無定法。”不同的實驗教學伴隨著不同的實驗器材。如果實驗器材不能滿足實驗教學的需要，就會導致許多實驗無法進行或實驗效果不佳、不明顯。自制實驗器材，不僅可以彌補這樣的不足，保證實驗效果，還能強化學生的具身體驗，調動學生課堂學習的積極性。

例如，“滑輪”的教學，教師通過自制實驗器材幫助學生厘清知識間的邏輯關系。首先，提出“利用杠桿提升物體”的任務，并讓學生探究后提出這種方式的不足。學生對于用杠桿提升物體并不陌生，且能大致提出兩種方法：一種是把物體撬起來，另一種是把物體吊起來。對于不足，更多學生還是從杠桿分類的思考角度，只有少部分學生能夠提出：提升物體的高度受限。教師抓住這一不足，引導學生思考杠桿提升物體高度受限的原因：提升物體不具有連續(xù)性?！安痪哂羞B續(xù)性”被提出后，學生自然想到可以繼續(xù)添加杠桿連續(xù)提升物體。但至于如何添加杠桿，這對學生來說是非常具有挑戰(zhàn)性的問題。教師可以展示自制實驗器材（如下頁圖2所示，由多根彩色吸管、木工螺絲和配套螺帽制作而成；選用多種顏色的吸管，便于學生清楚地辨別和觀察到哪根杠桿受力，進而更容易分析出滑輪的原理）進行演示。這樣的自制實驗器材，能夠幫助學生自主建構滑輪與杠桿之間的知識聯系，還能幫助學生利用杠桿平衡條件分析為何在豎直向上提升物體時最省力，而沿其他方向施加拉力時，動滑輪可能是省力杠桿，也可能是費力杠桿。此時，教師可出示定滑輪的裝置圖，并布置將定滑輪與杠桿原形匹配的任務。學生在剛才杠桿演變成滑輪的基礎上，能夠利用逆向思維發(fā)現定滑輪的工作原理，對于定滑輪的工作特點也就了然于胸。

自制實驗器材，并不需要用高大上的設備，只需要用學生熟悉的物品，進行創(chuàng)新組裝，就能幫助學生實現概念理解的降階，發(fā)現物理的奧秘。這不僅能引發(fā)學生學習物理的興趣，還能激活學生充分挖掘身邊物品潛在學習價值的意識，更能拓展學生的思維方式。

三、 引入數字技術，呈現直觀數據

數字技術主要有數據采集的智能化、定量研究的便捷化、實驗現象的直觀化等優(yōu)勢。在物理實驗教學中，教師可引入數字技術，將不易觀察的實驗現象以圖像和數字等形式顯示出來，便于學生直觀地觀察（收集）實驗數據，深刻理解實驗原理。

例如，在“探究動能的影響因素實驗”教學中，教師先讓學生思考：你認為動能的大小可能與什么因素有關？學生基于生活經驗能夠很快地說出與速度和質量有關。當具體開展動能與這兩個因素的關系的探究實驗時，學生遇到了困惑：探究動能與質量的關系時，必須控制速度相同，但是如何控制速度相同呢？由于學生才剛剛接觸能量和功之間的關系，無法用功和能的關系來說明速度相同。不少學生想到用手推，教師通過追問幫助學生發(fā)現思維的不嚴謹：很難控制手對小車作用力的大小，也就很難控制小車離開手時的位置和速度相同。對此，有學生想到用彈射裝置，用相同的形變量對小車施加力；也有學生看了教材后想到在同一斜面的同一高度由靜止釋放小車，就可以使小車到達水平面的速度是相同的。以上的實驗沒有顯性的圖像和精確數據，很難讓學生信服。教師適時引入數字技術幫助學生突破這一難點。借助數字傳感器，學生通過分析圖3發(fā)現：當質量不同的小車從斜面的同一高度由靜止滑下，到達水平面的速度是相同的；而用相同的彈簧發(fā)生相同的形變量對質量不同的小車發(fā)生作用時，不同質量的小車離開彈簧時的速度并不相同。直觀的數據對比，會讓學生產生新的疑惑。這就為后面“能量的轉化”知識的學習起到了鋪墊作用。

最后需要指出，實驗教學的創(chuàng)新實踐是教師對實驗的深刻理解，對教育的特有感悟，也是對科學精神的不懈追求；但是同時，筆者也認為，教材實驗都是經過教育專家和學者綜合多方因素，經過很長時間的實踐論證，蘊含特定的人文底蘊和科學精神，因此不能改變教材中經典實驗的原理和本質，很多實驗只宜在某些細節(jié)方面稍做改進。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：1.

［2］徐敏.數字化實驗在初中化學教學中的應用——以《二氧化碳的釋放與吸收》一課為例［J］.教育研究與評論（中學教育教學），2018（10）：92.

*本文系江蘇省無錫市“十四五”規(guī)劃課題“指向初中生物理學科素養(yǎng)養(yǎng)成的真實性評價研究”（編號：E/E－b/2021/01）的階段性研究成果。