基于核心素养的初中物理实验改进策略.pdf

2023 年第8期实验改进与创新基于核心素养的初中物理实验改进策略李年臣（曹县教学研究室，山东菏泽 274400）摘要：在初中物理实验教学中，围绕学生核心素养的发展进行巧妙的实验设计，既可以放大微小的实验现象，又能增强实验效果的可视性，从而提高实验的可信度。以光的折射实验器材改进为例，说明实验器材改进策略；以认识浮力实验、探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关实验和探究光的反射定律实验设计改进为例，说明实验设计改进策略。关键词：核心素养；初中物理；光的折射；浮力；滑动摩擦力；光的反射定律DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.08.013初中物理核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面1。科学探究作为物理核心素养之一，必须落实到实验教学之中。实验教学是物理教学的重要组成部分，其成功与否在很大程度上决定了课堂教学的效果。不可否认，传统课堂实验设计有其教学价值，实验器材也有诸多精良之处，但随着实验教学的深入，有些实验在器材或设计上存在一些问题。为凸显基于核心素养的初中物理实验教学的价值，笔者从实验器材和实验设计两个方面实施改进策略，取得了不错的效果。1实验器材改进实验器材的合理选择与鲜明的实验现象决定着课堂效果。笔者以光的折射实验器材改进为例加以说明。案例1：光的折射实验器材改进。在探究光的折射规律实验中，传统实验器材存在诸多有待改进之处。如图1所示：圆形量角器与玻璃砖贴在一起时中间有缝隙，而光线要通过量角器显示光路，必然造成显示在空气中的光路不明显，从而使光线进入玻璃砖时不清晰；量角器无法翻折，导致在探究折射光线与入射光线、法线是否在同一平面内时受到限制；磁吸笔套固定器放上激光笔后，受其重力作用影响，固定器会慢慢移动，给实验操作带来诸多不便。针对以上问题，笔者对实验器材进行以下改进：如图2所示，将圆形量角器改为2个半圆形铁质量角器，用合页将其连接起来，固定上半圆量角器，则下半圆量角器可以向后折转，从而把半圆形玻璃砖嵌入上半圆量角器内。嵌入的玻璃砖与量角器的刻度板在同一平面内，光线可从刻度板直接进入玻璃砖，再经过玻璃砖直接进入下半圆量角器刻度板，光路非常清晰。向后折转的下半圆量角器可以方便地探究折射光线与入射光线、法线是否在同一平面内。给磁吸笔套固定器内增加磁性更强的磁铁，即可将其直接粘贴到铁质量角器上，即使放上激光笔，也不会因重力的影响而改变位置。利用改进器材进行实验，除了操作方便外，更重要的是效果明显。改进实验器材使实验数据更加准确，既能给学生树立遵循科学规律的理念，又可以培养学生实事求是、尊重客观事实的精神。2实验设计改进传统实验方案经过多年使用和改进，已经逐渐成熟。若对这些实验方案巧妙地加以改进，则可以发现其他用途。下面，笔者试举3个例证加以说明。案例2：认识浮力实验设计改进。在浮力实验教学时，师生过多地关注了以水为代表的液体对物体的浮力，而较少涉及空气对物体的浮力，教材中仅仅轻描淡写地提到了孔明灯和热气球。而浮力概念的提出，涵图1光的折射实验传统器材图2光的折射实验改进器材 39SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第8期实验改进与创新盖了液体和气体。笔者巧妙借助天平进行实验改进，直观演示空气对气球的浮力，达到直观显示气体浮力现象的效果，从而让学生对浮力的认识更加全面。实验方法：将天平放在水平桌面上，调节水平平衡；将准备好的装有泡腾片的气球密封在1只装有水的塑料瓶上，随即放到天平的左盘；将另1只装有水的塑料瓶放在天平的右盘，并用胶头滴管改变瓶内水的质量，使天平再次水平平衡，如图3所示；将气球中的泡腾片倒入水中，与水充分反应，产生大量气体并使气球体积变大，此时观察天平的变化，如图4所示。图3产生气体前图4产生气体后实验现象：观察到天平向右倾斜，说明左边的瓶子对天平的压力减小了。左边的器材是密封的，总体质量不会发生改变，因此重力不变，唯一的变化是气球的体积变大了，说明空气对气球有一个向上的力，使得瓶子对天平的压力变小，这个向上的力就是空气对气球的浮力，由此证明空气对浸入其中的物体有浮力作用。该实验利用天平进行称量，操作简单，实验现象明显。创新之处：有些实验在理论上是合理的，但在操作上存在一定的不足，原因是实验操作会受到客观因素或人为因素的影响。而该实验巧妙利用天平这个等臂杠杆，并凭借1只充气气球就解决了空气对气体的浮力问题，使不易观察到的浮力现象实现了直观显现。用科学的探究工具，加以合理的设计并用于教学，有助于培养学生的科学思维和学习习惯，其意义远大于实验本身。实践证明，科学的实验方法能使实验达到预期效果，既具说服力，又体现严谨性，深受师生的欢迎。案例3：探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关的实验改进。该实验的要求是手拉弹簧测力计匀速前进，根据木块水平方向二力平衡，即可得出摩擦力等于拉力，并记录摩擦力的数据。看似简单的要求，却难以操作。例如，要保持弹簧测力计示数的稳定，需要用手拉动木块匀速运动，这个条件一般人很难做到，除非改进方法或借助工具。为此，笔者采取两种改进策略：固定测力计，拉动木块下面的长木板。我们发现，当小车相对地面静止时，即使拉动木块的速度发生改变，也不会影响木块的受力，此时弹簧测力计示数稳定，这是目前常见的一种改进策略；用低压直流电动机拉动木块。如图5所示，具体做法是：先给电动机连接1个滑轮，再将线绕在滑轮上，当电动机转动时，滑轮跟着转动，因电动机转速稳定，故滑轮拉动细线的运动速度不变，就可以达到小车匀速前进的效果。这一方法上的改进，有效克服了人直接拉动木块导致速度不稳定的因素。案例4：探究光的反射定律实验改进。此实验一般选用激光笔作为光源，在空气中形成一条“光线”，借此记录光的传播路径。实际操作的问题在于“光线”的呈现上，即空气中灰尘很少，且没有稳定的水雾，所以很难形成清晰的“光线”。如图6所示，改进方案为：用容器盛水，将平面镜置于水底，激光笔射出的光沿空气照射进入水中，形成清晰的“光线”。此实验设计虽然看上去需要鱼缸之类的“麻烦”物件，但完全可以用普通水盆代替鱼缸，操作简便，效果显著。图5直流电动机匀速拉动木块图6 改进光的反射实验3结语随着 义务教育物理课程标准（2022 年版）的推出，实验探究首次提高到一级主题的地位，这是进一步强化初中物理实验教学的重要举措。学生核心素养的发展、课程目标的达成，都需要通过实验探究来实现。而科学的实验设计和精密的器材制作等改进策略，能使实验教学更严谨，提高实验教学的质量和效率，培养学生的实验操作能力、创新能力和科学思维能力。参考文献1 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）S.北京：北京师范大学出版社，2022.40