基于学生创新实验的初中物理复习教学

刘宏　陆海军　刘鹏　

摘 要：初中物理复习教学通常呈现的是应试模式，引进学生创新实验能够为课堂带来知、行、情并茂的生命力.在复习课上理应强调实验、注重创新、突出学生.学生创新实验有助于拓展对物理概念的认识、深化对物理规律的理解、提升综合运用的能力，优化初中物理复习教学.本文以“浮力复习”教学中引进的几个学生创新实验为例，介绍其在复习课上的独特功效.

关键词：复习教学;实验;创新;学生

文章编号：1008-4134（2019）14-0035中图分类号：G633.7文献标识码：B

复习就是重复学习学过的东西，使其得到巩固（汉语辞海释义）.初中物理的实验探究是学生学习的主要内容之一，也是学习物理知识技能和思维方法的重要途径，实验探究的复习也理应成为复习课上的重头戏.

在初中物理新授课上实验教学已经能够得到广泛的重视，但在复习课上实验探究却被大大的弱化，常见的方式是利用课件、视频或器材等帮学生温习仪器的使用方法和重现实验探究的过程，有时甚至退化成知识点识记的复习，通常以刷题的形式达成教学目标，单为应试，与学生的可持续发展无益.

怎样才能让学生在初中物理复习课上也能知、行、情并茂，提高复习的效率呢？在复习教学中引入学生创新实验是一种行之有效的办法.解读初中物理复习教学中的“学生创新实验”，其意义有三个层次：

第一层应强调“实验”.要求在复习课上也要动手做实验，让学生通过身体力行的实验探究活动，把学过的物理知识融会贯通，达成复习课的教学目标;

第二层应注重“创新”.要求学生能够运用学过的知识技能和思维方法，提出有别于常规实验的思路.可以对做过的实验进行改进、完善和拓展式的微创新，也可以采用新的器材另辟蹊径进行再探究，还可以创设新的问题情境通过实验方法来解决……无论采取何种形式、进行多大程度的创新，其目的都是让学生综合运用学过的物理知识进行深度学习;

第三层应突出“学生”.利用创新实验帮助学生复习，教师的工夫应花在课前，需要精心准备实验器材、设计实验情境、编制实验问题等.课堂实验的舞台学生必须唱主角：首先，创设的实验情境要能让学生暴露出前期学习中存在的真问题;其次，学生在回忆学过的物理知识后，通过独立或者合作学习尝试设计创新实验方案解决问题，并能根据方案进行真实验;最后，对顺利完成的实验结果进行归纳分析，以期能够有新的发现，对失败的实验要进行评估和反思，找到失败的原因，进行再创新，学生且做且思才能通过复习悟出真道理，达成知识重构和能力提升.

本文以“浮力复习”教学中引入的几个学生创新实验为例，呈现其在物理复习课上起到的独特功效.

1 点穴思维盲点，利用学生创新实验拓展对物理概念的认识

初中物理只需要研究物体在静液体中所受的浮力.浮力的方向是一个抽象的概念，新授课时学生通过体验和类比得出浮力的方向是向上的.而具体到“竖直向上”，则多由二力平衡的条件推理得出，未经实验证实，学生对浮力方向的认识还只能停留在识记的层面.复习课上通过学生创新实验可以消除对这一概念认识的盲点.

师：浮力的方向？

生：竖直向上.

师：怎样用实验验证？

教师出示如图1（甲）所示实验装置，并说明乒乓球和细绳的重力可忽略不计.

师：在水中静止的乒乓球受到哪几个力的作用？它们之间有什么关系？

生：受到浮力和拉力，它们是一对平衡力.

师：这两个力的方向分别朝向哪儿？要求说出判断的依据.

生：根据细绳拉直时是沿竖直方向的，可以判断细绳拉力的方向是竖直向下的;根据二力平衡的条件可知水对乒乓球的浮力方向是竖直向上的.

师：能否用实验证明细绳拉直时是沿竖直方向的？

生：可以利用重垂线.

师：谁能自制一个重垂线来证明？

学生自荐到讲臺上选用教师提供的器材，制作如图1（乙）所示的重垂线，完成演示验证实验.

师：请你说明是怎么证明的？

生：因为重垂线是沿竖直方向的，大家可以看到拉着乒乓球的细绳与重垂线平行，所以拉着乒乓球的细绳也是沿竖直方向的.

师：浮力的方向总是竖直向上的吗？能否用实验验证你的结论？

学生讨论，设计方案，到讲台上演示如图1（丙）所示的实验.

生：无论烧杯向哪个方向倾斜，乒乓球静止时，拉着乒乓球的细绳总是与重垂线平行的，可以说明浮力的方向总是竖直向上的.

点评：这个实验用来复习浮力方向，并非原创，只是让学生在原实验方案（图甲）的基础上进行改进和完善，但这样的微创新既能帮助学生建立新旧知识的联系，又能拓展学生对浮力方向是竖直向上的这个抽象概念的认识，消除知识的盲点，恰到好处.

2 另辟探究蹊径，利用学生创新实验来深化物理规律的理解

阿基米德原理和物体的浮沉条件是两个重要的物理规律，复习课上通常需要让学生通过实际问题（如典型例题）的解析加深对规律内涵和外延的理解，然后利用变式训练进行巩固.但这种机械重复的刷题训练，仅仅停留在思维层次的刺激反应，目的是在解决同类问题时能产生条件反射，这是一种简单和低效的学习方式.复习课上教师引导学生运用上述规律和相关物理知识进行创新实验，让学生手、眼、耳、口、脑等并用，可以提高复习的效率.

在学生自主复习过阿基米德原理和物体的浮沉条件后，分发如图2所示的实验装置.在乒乓球上打两个小孔，往乒乓球中注入适量的水，再用橡皮筋和双面胶将乒乓球与铁制螺母拴在一起，放入一个装水的透明塑料杯中，让乒乓球和螺母沉入水底.教师介绍实验装置，但不告诉学生乒乓球中注入了水，然后告诉学生实验探究目标：设法使沉在水底的乒乓球和螺母浮起来（不允许用手拉）.

师：乒乓球和螺母为什么会沉在水底？

生：因为它们受到的浮力小于重力.

师：怎样才能使沉在水底的乒乓球和螺母浮起来？

生：使它们受到的浮力大于重力.

师：如何才能做到？请通过实验进行探究.

教师出示备选器材：乒乓球、注射器、食盐和竹筷等，但数量有限，每个小组只能选取一种辅助器材;要求：尽量采用不同方法使乒乓球和螺母从水底浮起来，实验成功后向大家介绍实验方案和设计依据.

学生选取实验器材，分组合作，讨论方案，进行实验;实验完成后，小组代表展示实验成果，汇报实验方案.

方法1：

师：你们选用了什么辅助器材？

生：选用的是食盐和筷子.

师：你们是怎么做的？

生：往水中加入食盐，并用筷子搅拌，可以使乒乓球和螺母浮起来.（如图3所示）

师：加入食盐是什么目的？

生：为了增大液体的密度，从而增大乒乓球和螺母受到的浮力，使浮力大于重力.

方法2：

师：你们选用了什么辅助器材？

生：选用的是乒乓球.

师：你们是怎么做的？

生：在原来的乒乓球和螺母上再加拴一个乒乓球，然后放入水中，乒乓球和螺母会浮起来.（如图4所示）

师：再加拴一个乒乓球是什么目的？

生：为了增大排开液体的体积，从而增大乒乓球和螺母受到的浮力，使浮力大于重力.

方法3：

师：你们选用了什么辅助器材？

生：选用的是注射器.

师：为什么选注射器？

生：我们发现乒乓球里面有水，选用注射器抽出乒乓球内的水，再放入水中，乒乓球和螺母会浮起来.（如图5所示）

师：抽出乒乓球内的水是什么目的？

生：为了减小乒乓球和螺母的总重力，使重力小于浮力.

小结：

师：要使沉在液体底部的物体浮起来有哪些方法？

生：可以通过增大液体的密度或者增大物体排开液体的体积来增大物体受到的浮力，也可以减小物体自身的重力.

点评：这个创新实验用来复习阿基米德原理和物体的浮沉条件，融合了教师和学生集体的智慧.首先是实验器材的创新.选择的实验组件都是生活中常见的物品，有别于新授课上使用的实验室器材，学生感到亲近和新鲜，能够激发学生的探究欲望;实验装置看似简单，准备起来却颇费功夫，在乒乓球上拴多大质量的铁螺母、往乒乓球内注入多少水才能使乒乓球沉入水底后，再往水中加食盐最多至饱和状态时还要能浮起来，都需要经过精确测算和反复试验.其次是复习方法的创新.学生自主复习物理规律的内容起止于认知层面，针对探究目标进行分析和设计方案促进了学生对规律的内涵和外延的理解.最后是学习方式的创新.教师为学生提供了多种备选的辅助器材，目的是引导学生的开放性学习，思考同一问题的不同解决方案;同时限制了可选器材的数量，每个学习小组只能选择一种辅助器材完成实验，这又要求学生通过协商迅速作出选择，并能够根据所选器材定向思考解决问题的唯一方案.在复习课上利用学生创新实验引导学生对物理规律进行了深度学习.

3 巧设类STEM情境，利用学生创新实验来提升综合运用的能力

浮力的计算要求学生会建立模型、受力分析和演绎推理，能综合运用学过的力学知识解决问题，是初中物理学习的难点.在复习课上，教师可以改变一下单纯依靠讲练结合的传统授课模式，将需要巩固的科学知识、训练的实践技能和培养的数理运算能力融入到实验探究过程中，设计类似STEM课程的情境，引导学生通过创新实验来提升综合运用物理知识解决实际问题的能力.

教师出示一个50ml的量筒，让学生观察.

师：仔细观察量筒，其刻度线位于量筒的内壁还是外壁？

生：在量筒外壁上.

师：刻度线刻在外壁上指示的是该刻度线以下量筒外部还是内部的体积？

学生交流，提出各自的见解.

教师在黑板上画出如图6甲所示的量筒示意图，并在其上任意画一刻度线;让学生分别描绘出该刻度线以下量筒内部和外部占据的空间，标记如图6乙和丙所示.

教师出示一个装水的方形玻璃鱼缸.

师：请同学们借助这个装水的鱼缸，运用浮力的知识，通过演算推理分析量筒上的刻度线指示的是其外部还是内部的体积，并设计实验验证.

学生分组讨论，分析推理，设计方案;师生交流，共同探讨，进行实验.

生：让量筒漂浮在水面上，用注射器量取一定量水（如10ml）注入量筒中，再比较量筒浸入水中体积的变化量与注入水的量是否相等.

师：设计的依据是什么？

学生在黑板上进行演绎推理，具体过程整理如下：

分析：由图6乙和丙可知V内

在不考慮量筒自身重力的理想模型下进行讨论：

（1）若量筒上10ml刻度线指示的是其外部体积，则ΔV排=V外，量筒静止时，外部水面会与10ml刻度线相平，即量筒浸入水中的深度等于10ml刻度线的高度，如图6丁所示;

（2）若量筒上10ml刻度线指示的是其内部体积，则ΔV排=V内

教师将量筒放入水中，静止时的状态如图7所示.

师：量筒在水中漂浮，这样的状态行吗？

生：不行，要让它竖直漂浮在水中.

师：有什么办法？

生：可以往量筒中放入一个配重物.

师：加水可以吗？

生：试一试.

学生用注射器抽取适量兑了红墨水的水注入量筒，量筒静止时的状态如图8所示.

师：接下来干什么？

生：再用注射器抽取10ml水注入量筒中，测出量筒浸入水中深度的变化量.

学生注水后，发现无法测量量筒浸入水中深度的变化量;师生共同分析，原因是没有记录加水前量筒外部水面的位置.

师：如何解决这个问题？

生：可以用记号笔作标记.

学生尝试后发现，用记号笔做的标记浸水后很快会溶解.

师：有其它办法吗？

生：可以用橡皮筋作标记.

学生实验，再次向量筒中注入10ml水，注水前后水面位置标记如图9所示;接着取出量筒，用刻度尺测量两标记间的距离以及每10ml刻度线间的距离，发现深度变化量小于10ml刻度线的高度.

师：根据实验结果得出什么结论？

生：说明量筒外壁上的刻度线指示的是其内部的体积.

师：是的，量筒上的刻度线刻在外壁上只是为了方便读数.思考一下，要满足什么条件，加入10ml水后才会出现图6丁所示情形？

生：应满足的条件是V内=V外，也就是说忽略量筒壁厚.

师：对，这是一种重要的物理思维.课后请同学们运用这种思维，利用弹簧测力计和一个塑料保鲜袋，设计实验“验证阿基米德原理”.

点评：量筒是学生熟悉的测量工具，但其刻度线刻在内壁还是外壁上，多数学生未必会留意，提出本实验的探究问题可以引起认知冲突，能够激发学生的探究欲望.然而，量筒是用来测量倒入其内液体体积的仪器，其刻度线肯定是指示内部液体的体积，所以本实验探究的是一个伪问题，实验的目的就是要证伪.量筒是一个形状不规则的实物，教师要先引导学生把问题的核心部分剥离出来，进行简化处理，建立如图6所示的物理模型，有助于学生思考问题.该实验方案的设计需要学生结合物理模型，综合运用阿基米德原理和物体的浮沉条件等科学知识，通过演绎推理分析，得出需要采取的验证实验方案和判断依据，这是一个思辨的过程，有助于培养学生的逻辑思维能力.在实验过程中遇到的技术问题，例如：如何使量筒竖直漂浮在水中？如何测量量筒浸入水中深度的变化量？有的学生有相关储备，变换实验情境后要能够迁移运用，就像“自制密度计”活动中使密度计竖直漂浮的技术;有的则需要学生自己摸索，掌握特定情境中解决问题的特殊技能，就像在水中给量筒作标记的技术.这些工艺方面的动手操作能力，只有在学生创新实验的实践过程中才能培养出来.

结语：《义务教育课程标准（2011版）》提出：科学探究是学生学习的目标，又是重要的教学方式.在初中物理复习教学中重视实验本就是顺应学科本质的正道，教师如果能够在复习课上适时插入几个创新实验，无疑可以激活自己的课堂教学，要是能够让学生自己去创新设计并完成实验探究，便能轻松地将复習课的主动权交给学生，真正做到复习教学也能为提升学生的核心素养服务.笔者真是本着这样的理念在自己的复习课上进行了些许尝试，究竟怎样让学生创新实验在初中物理复习教学中发挥更大的作用，还需要广大同仁共同探究.

参考文献：

[1]刘宏.科学探究的本真追求[J].教学月刊（中学版），2012（4）：10-12.

[2]汤金波，黄网官.学生自主创新实验是物理教学的最优途径[J].实验教学与仪器，2018（6）：3-6.

[3]李进，汤金波，肖永琴.再论学生自主创新实验是物理教学的最优途径[J].实验教学与仪器，2019（1）：3-7.

[4]张廷志.实验操作“微”创新 合理推证物理规律[J].中学物理教学参考，2018（5）：66-68.

[5]吕桂香.谈初中物理实验复习策略[J].大连教育学院学报，2018，34（04）：43-44.

[6]王子玉.初中物理“实验评价专题复习课”的有效设计及实施[J].物理教学探讨，2012，30（05）：29-32.

[7]钱莉.浅谈初中物理实验的复习[J].黔南民族师范学院学报，2003（03）：78-80+74.