探究性实验教学在初中物理教学中的应用.pdf

169课改教研教研园地探究性实验教学在初中物理教学中的应用姜君霞（宁县早胜初级中学，甘肃宁县745205）【摘要】新课程教育改革环境下初中物理课的教学设计与实施，应基于全面素质教育、核心素养培养的教育发展目标，以建构主义理论、教学做合一理论为原则，引入探究实验式的课内教材案例、课外网络教学资源，设置面向不同年级学生的科学系统化、层次化的教学体系，强化学生的课堂参与及实践。围绕初中物理课程的单元主题，提出探究性实验问题，创设面向某一主题或问题的启发式情境，设计课堂演示教案、合作探究实验、师生问题交互与指导、学习反馈与拓展、教学反思与评价等创新教学环节，注重重难点物理知识的启发引导、假设联想、探究实验与问题指导，强化初中学生理论结合实践的学习能力，达成初中物理问题导学与实验、综合素质人才培养的教学目标。【关键词】探究性实验教学；初中物理课程；应用；研究【中图分类号】G63【文献标识码】A【文章编号】2095-9214（2024）04-0169-04【DOI】10.16550/ki.issn.2095-9214.2024.04.052义务教育物理课程标准（2022 年版）强调物理应着力于学生核心素养培养，加强学段教学体系衔接，优化课程内容结构。在这一物理课程教学及人才培养目标的指导下，初中物理课程教学体系、探究性实践教学活动的组织开展，以学生为中心，以科学思维及实验能力培养为目标，依托线上线下融合教育平台设置问题引入、合作探究、演示与解释、迁移拓展、反馈与评价的探究实验教学流程，对某一单元主题或实验案例展开系统化教育，有助于培养学生形成正确的科学思维观念、实验探究能力、科学态度与责任素养，提升物理学科探究实验的教学效率与质量。一、初中物理探究性实验课程教学的理论遵循（一）建构主义理论建构主义理论为 20 世纪 60 年代瑞士心理学家让 皮亚杰（Jean Piaget）提出的教育理论，该理论强调学科教育中的教师引导性、学生主体性，指出“知识传授应符合学习对象的自我认知与发展状况”，在教学思想上反映为师生角色定位、知识观、学习观、学习环境等教育理论。其中师生角色定位规定着教师、学生所扮演的角色；知识观强调学科知识所具有的动态性；学习观要求学习者通过自主学习巩固旧知识、发现新知识，建构起专业知识体系；学习环境是要求教师应为学生创设具有启发导向的、真实的学习情境，使其能够通过自主独立地参与学习总结知识经验、培养及发展技能。（二）教学做合一理论1900 年美国实用主义教育家约翰 杜威（John Dewey）提出“教学合一”理论，其认为最好的教育是从教学活动中获得经验、从经验中学习成长，也即活动与行动是获得专业知识的必由之路。随后 1926年我国思想家、教育家陶行知提出“教学做合一”理论，指出通过教师“创设情境、启发思考、教学设计”170教研园地课改教研的教，以及学生“自主参与、小组合作探究”的学、“实验与实践活动”的做，可达到学生掌握基本理论知识、培养探究实践能力、习得规律性知识经验的教育效果。二、初中物理探究性实验教学的创新策略（一）基于控制变量教学法导引学生参与力学探究性实验初中物理学科课程教学涉及声光学、力学、电学、热和能等方面知识点，力学、电学学科知识需要通过大量的探究性实验去证实。力学为初中物理最重要的探究性实验知识，更多探究分析物体所受到的环境作用力、物体之间的相互作用力。教师针对不同学生学科理论知识学习、探究实践意识与能力的实际情况，导引其采用控制变量法，设置外部环境作用力、相互作用力的力学实验情境，不断变动附加条件使学生观察物体受力情况。如“二力平衡条件”的探究实验中采用控制变量法，引入木块、木板、砝码、砂纸、弹簧测力计等装置，使用控制变量法依次设定不同粗糙程度的接触面、不同垂直压力，帮助学生测量木块所受的滑动摩擦力大小。探究浮力大小的实验关系时也利用控制变量法，将多因素问题转化为多个单因素问题，当石块浸没在液体中后测量测力计的示数 G，得到石块所受浮力 F浮、排开水所受的重力 G排，得到物体所受浮力大小等于其所排开液体质量的公式 F浮=G排=浮V排g。因此，初中物理的力学探究性实验教学关键，在于教师准确传达控制因素（变量）的方法，引导学生通过观察思考、猜想与假设、实验操作来总结规律。（二）通过演示实验提高学生电学理论认知、实验操作能力初中物理电学课程涉及电源、电流表、电压表、定值电阻、开关、滑动变阻器等器件连接，以及电路电压、电流、电阻之间的关系，不同电路连接方式及各器件参数变化规律的教学内容。整个课程教学中教师应先介绍连接的不同电路器件的用途，再通过实验详细探究电路连接方式及可能产生的现象。如教师课堂演示与指导学生做出图 1 实验电路的实物图连接，探究串联或并联电路中电压、电流、电阻的变化规律；根据欧姆定律 I=U/R 公式，设计有关电路元器件性质，以及电路开关通断、滑动变阻器左右移动的实验案例题，探究电路中电压/电流变化情况。教师依托教材课件、实验教学器件，完成电学探究性实验案例的情景导引、猜想与假设、实验指导教学，帮助学生掌握基础的电学理论知识，使其通过实验能够认知电路图、连接电路，并解答不同电路实验的问题。图 1初中物理电路串联、并联设计（三）理论结合生活实际深化学生对热和能能量守恒定律理解热和能探究性实验案例教学中，可围绕吸热实验、做功实验与热传递实验的方向，首先教师基于互联网多媒体、PPT 课件或网络慕课平台，向学生梳理物体吸热与放热的热力学公式、改变内能方法。其次，使用玻璃桶、试管、活塞、酒精灯等装置，用酒精灯加热试管观察活塞的变化，展开机械能转化为内能、内能转移的实验，帮助学生通过观察实验、感悟与体会，理解日常生活中机械做功涉及的热机效率、能量守恒定律等知识。三、探究性实验教学在初中物理课程中应用的教学流程设计选取初中物理力学知识作为教学方向，以力学实验“影响摩擦力的因素”课例为教学内容，设置包含提出问题、猜想与假设、导学情境设计、演示与操171课改教研教研园地作实验、问题交互分析、拓展与迁移、总结与评价的探究教学流程。（一）教学目的知识与技能：认知与理解摩擦现象发生的条件，了解摩擦力的大小既与物体的重量（压力）相关，也与接触面的粗糙程度相关；能够熟练掌握与应用牛顿第二定律的摩擦力计算公式，完成不同情况下的实验运算，掌握摩擦力增大或减小、测力计测量摩擦力的方法。过程与方法：观察日常生活中的摩擦力现象，通过实验探究摩擦力大小与哪些因素相关，使用控制变量法得到摩擦力实验的研究结果。情感、态度与价值观：通过探究性实验、问题交互分析，意识到摩擦力对机械装置运行、日常生活带来的正面或负面影响，养成自主观察思考、小组探究实验的科学态度。（二）提出问题根据学生二力平衡、牛顿第一定律的知识学习情况，教师围绕“滑动摩擦力”“影响摩擦力的因素”的实验提出以下问题：摩擦力是如何产生的？影响摩擦力大小的因素有哪些？是接触面压力、接触面的粗糙程度，还是物体的运动速度？在实验及日常生活中如何减小摩擦力？（三）猜想与假设初中物理教师可选取“推箱子”中箱子越重、地面越粗糙推起来越费力的案例，提出猜想与假设：接触面的摩擦力可能与接触面所受压力、接触面的粗糙程度相关。同时教师可引导学生进一步猜想：接触面的摩擦力与接触面大小、物体运动速度有关吗？（四）导学情境设计初中物理课堂上安排木块、木板、砝码、砂纸、弹簧测力计等工具作为实验装置，教师运用实验装置创设启发引导式教学情境，如将木板支起形成斜坡，在斜坡放置木块使其从上往下滑；或者在水平木板上放置木块，用弹簧测力计拉动木块，使学生观察木块运动的情况后，感受到摩擦力的存在以及摩擦力对物体运动所具有的阻碍作用。（五）演示与操作实验教师将木块放置于木板上，用弹簧测力计沿水平直线匀速拉动木块，导引学生观察并记录弹簧测力计的读数。随后教师指导学生分别在木块上添加20g、50g、100g 的砝码，测出此时木块与长木板之间的摩擦力，制成弹簧测力计读数表，如表 1 所示。表 1弹簧测力计读数表实验次数1234添加砝码质量 m/g02050100弹簧测力计读数 F/N0.70.81.22.0根据表 1 的实验结果，教师向学生提问：“添加砝码后弹簧测力计的读数逐渐增大，这说明什么？是否说明木块、长木板之间的摩擦力与接触面所受的压力相关？”然后学生自主沿水平直线匀速拉动木块进行实验，实验后肯定教师的实验结果。之后教师让学生在木板上铺一层砂纸，第一次沿水平直线匀速拉动木块进行实验，第二次加快匀速拉动木块的速度，记录两次弹簧测力计的读数，发现两次弹簧测力计的读数相同，但均比使用长木板时的读数大。这时教师向学生提问：“铺一层砂纸后弹簧测力计的读数明显增大，这说明什么？使用不同速度拉动木块时弹簧测力计的读数不变，这又说明什么？”学生思考后回答：“接触面的摩擦力与接触面所受压力、接触面的粗糙程度相关，与接触面上物体的运动速度无关。”（六）问题交互分析在演示与操作实验完成后，教师向学生提出堂上小练问题：“我们已经知道接触面的摩擦力与接触面所受压力、接触面的粗糙程度相关，那么如何计算弹簧测力计所显示的摩擦力？”学生交互讨论后回答：“利用接触面所受压力、接触面的粗糙程度两个指标进行计算。”教师回应学生：“是的，根据摩擦力计算公式 f=FN，计算得出接触面的滑动摩擦力，其中 表示接触面的摩擦系数、FN表示接触面所受的172教研园地课改教研压力。那么在添加砝码后接触面所受的压力怎么表示？”部分学生回答：“应该是木块本身的重力加上添加砝码的压力，可表示为 FN=G+F砝码。”（七）拓展与迁移在“影响摩擦力的因素”实验中，教师向学生了解整个实验流程，发现部分同学在用弹簧测力计拉着木块运动时，不容易读出正确的数值，这时教师提出拓展与迁移问题：“怎样才能保证轻松、准确地读出弹簧测力计读数？”部分学生在思考后有自身的答案：“将弹簧测力计挂在一个电动装置上自动向前拉。”部分学生仍然非常疑惑。教师结合学生回答给出答案：“同学们的回答有一定可取之处，但在实际操作实现上非常困难。如果不拉动木块，改为拉动木板，使木板与木块保持相对运动，那么固定在墙上的弹簧测力计是否就能轻松读出示数，同学们匀速拉动木板的操作是不是也更加容易呢？”学生在听到教师解答后认真点头并记录，表示赞同。（八）课后总结反思与评价课后总结与反思：针对静摩擦、滚动摩擦和滑动摩擦等摩擦力类型，总结“影响摩擦力的因素”教学的实例演示、实验指导、控制变量教学法应用情况，以及总结学生使用不同材料测量接触面摩擦力的自主观察、小组探究、实验结果记录情况。同时反思教师探究性实验教学的不足之处，包括反思导学情境创设、实验环节设置、实验数据记录、理论与实践结合教学的不完善问题，作为今后初中物理探究性实验教学的指导；反思学生参与课堂实验操作的疏漏、错误之处，以及学生结合牛顿第二定律进行摩擦力计算的不足问题，在此基础上提出有关整个实验流程、实验操作细节的可行性改进建议。课后评价：在“影响摩擦力的因素”实验教学完成后，按照情境导学、演示实验教学、学生实验操作、师生交互讨论的探究性教学流程，设置“教学知识体系是否完善”“情境导学问题是否合理”“网络线上教学平台及资源应用是否充分”“实践教学流程是否科学”“实验结果记录是否准确”“学生自主实验探究是否积极”“重难点问题交互与解答是否到位”“控制变量法应用、教学任务执行是否到位”的问卷调查指标，按照 1 5 分的分值对问卷调查指标进行打分，实现对初中物理课堂教师教学、学生探究实验学习的综合性评价。初中物理探究实验课程的情境导学、实验演示与指导教学，更多以教师为主导、学生为主体展开综合素质人才培养教育。在物理探究性实验教学的实施过程中，通过创设提出问题、猜想与假设、导学情境设计、演示与操作实验、问题交互分析、拓展与迁移、总结与评价的探究教学流程，梳理与整合学科教学知识体系，导引学生参与力学、电学、热和能等知识案例的实践操作，教师指导与解答学生在物理探究性实验中遇到的疑难问题，助力初中物理理论与实践融合教学目标的实现。【参考文献】1马伟远.如何发挥探究性实验教学在初中物理教学中的作用J.数理天地（初中版），2022（24）：79-81.2杨永奇.如何发挥探究性实验教学在初中物理教学中的作用J.新课程，2022（19）：216-217.3 姬忠刚.探究性实验教学在初中物理教学中的作用及应用策略J.家长，2022（33）：93-95.4 李进红.再谈初中物理教学中探究性实验教学的应用 J.家长，2020（01）：132-133.5 冯许卫.如何才能更好地发挥探究性实验教学在初中物理教学中的作用 J.新课程，2021（45）：213.6 陈海燕.浅谈初中物理教学中探究性实验教学的应用 J.考试周刊，2020（21）：133-134.【作者简介】姜君霞（1974.05），女，汉族，甘肃宁县人，本科，一级教师，研究方向：初中物理教学。