培養(yǎng)實驗探究能力 發(fā)展物理核心素養(yǎng)

吳 泊

(江蘇省常熟市海虞中學(xué)，江蘇常熟 215519)

引 言

實驗探究是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的一種非常重要的方法，物理學(xué)上的每一個概念或者定律都是在實驗的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。因此，實驗對學(xué)生學(xué)習(xí)物理來說極其重要。通過實驗，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)真理所在；同時，實驗也可以幫助學(xué)生掌握基本技能，樹立科學(xué)的精神品質(zhì)，提高他們的動手能力以及觀察能力[1]。因此，教師應(yīng)該積極培養(yǎng)學(xué)生實驗探究的能力。

一、控制變量法，發(fā)現(xiàn)影響因素

在初中物理實驗中，最常用的方法就是控制變量法。在物理實驗過程中，常常有多個變量影響某一個物理量的現(xiàn)象。如果不對這些影響變量進(jìn)行控制，往往會影響實驗效果，達(dá)不到實驗的目的。因此，教師需要對其他影響因素進(jìn)行控制，只允許其中一個因素改變，從而探究這個因素與物理量之間的關(guān)系。在初中的許多實驗中，都需要用這個方法進(jìn)行實驗。所以，教師要積極培養(yǎng)學(xué)生使用這種方法進(jìn)行實驗探究的能力。

例如，筆者在教學(xué)蘇科版初中物理八年級上冊第二章“物態(tài)變化”的時候，就引導(dǎo)學(xué)生運用控制變量法進(jìn)行實驗。在探究“影響蒸發(fā)快慢的因素”這個問題時，學(xué)生知道影響因素一共有3個，分別是液體的溫度、表面積和液體表面的空氣流動速度。為了探究蒸發(fā)快慢與溫度的關(guān)系，就必須保證其他兩個影響因素不變。因此，筆者分別拿來了1盞酒精燈、1瓶酒精、2個相同的盤子等實驗器具；并在兩個相同的盤子中分別倒入同樣多的酒精，然后將其中1個盤子放在燃燒的酒精燈上進(jìn)行加熱，另外1個盤子放在常溫的空氣中。2分鐘之后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)加熱的盤子里的酒精所剩無幾，而另一個盤子的酒精還有很多。之后，筆者讓學(xué)生思考蒸發(fā)快慢與液體溫度的關(guān)系，并進(jìn)行總結(jié)。學(xué)生通過討論，得出最終結(jié)論。在其他條件都相等的情況下，蒸發(fā)快慢與液體溫度有關(guān)系：液體溫度越高則蒸發(fā)得越快，否則蒸發(fā)得越慢。學(xué)生通過控制變量法進(jìn)行實驗，然后得出正確結(jié)論。

二、等效替代法，簡化復(fù)雜問題

在物理實驗過程中，往往會出現(xiàn)比較復(fù)雜的物理環(huán)境，影響學(xué)生做實驗的積極性，不利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。面對這種情況，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用等效替代法進(jìn)行實驗。即在保證實驗效果不變的情況下，把復(fù)雜的物理過程轉(zhuǎn)化成簡單的、易于操作的物理過程研究實驗[2]。這樣可以將復(fù)雜的問題簡單化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，從而有更大的動力進(jìn)行之后的實驗，為最后的實驗結(jié)果奠定良好的基礎(chǔ)。

例如，筆者在教學(xué)蘇科版初中物理九年級上冊第十四章“歐姆定律”的時候，就引導(dǎo)學(xué)生用等效替代法簡化問題。在一個實驗中，需要串聯(lián)兩個電阻，分別是3Ω和5Ω，這樣實驗起來比較麻煩。那么筆者詢問學(xué)生有沒有簡單的方法解決這個問題，將這2個電阻用1個電阻來表示。學(xué)生認(rèn)真思考，并就近進(jìn)行討論，他們認(rèn)為可以用一個8Ω的電阻替代這2個串聯(lián)的電阻，這樣可以讓線路更簡單。為了驗證學(xué)生的看法，筆者引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗，最終發(fā)現(xiàn)在其他條件均不發(fā)生改變的情況之下，這條支路上的電流并沒有發(fā)生任何的改變。說明用1個8Ω的電阻可以完全替代串聯(lián)的3Ω和5Ω的電阻，前者與后者對電流的阻礙作用效果是完全一樣的。這樣在電阻串聯(lián)或者并聯(lián)的情況下，引入串聯(lián)或者并聯(lián)電阻的等效電阻，可以簡化實驗問題，培養(yǎng)學(xué)生實驗探究的能力。

通過利用等效替代法進(jìn)行實驗，學(xué)生的實驗負(fù)擔(dān)大大減輕，實驗的速度也會大大提高，使實驗效率事半功倍。因此，面對比較復(fù)雜的物理實驗，教師可以引導(dǎo)學(xué)生用這種方法進(jìn)行實驗，進(jìn)而發(fā)展他們的物理核心素養(yǎng)。

三、間接轉(zhuǎn)換法，直觀測量現(xiàn)象

在物理實驗過程中，有很多現(xiàn)象是看不見摸不著的。為了使實驗結(jié)果更準(zhǔn)確，就需要學(xué)生采用各種方法將實驗現(xiàn)象顯示出來，間接轉(zhuǎn)化法就是其中一種。此方法是用非常直觀的方式去觀察物理現(xiàn)象或者對其他的物理量進(jìn)行測量，得出結(jié)論。間接轉(zhuǎn)化法可以幫助學(xué)生更好地理解所學(xué)知識，讓學(xué)習(xí)效率事半功倍。

例如，筆者在教學(xué)蘇科版初中物理八年級上冊第一章“聲現(xiàn)象”的時候，就引導(dǎo)學(xué)生利用間接轉(zhuǎn)換法進(jìn)行實驗。在講解“聲音是由物體的振動產(chǎn)生”這個知識點時，學(xué)生都比較茫然，對聲音的產(chǎn)生原理不是很清楚，因為學(xué)生觀察不到“振動”的過程。因此，筆者引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗。筆者在上課時拿著1個音叉走進(jìn)教室，并準(zhǔn)備了1個乒乓球，用這個乒乓球的變化向?qū)W生展示聲音的振動。筆者先敲擊音叉，然后用乒乓球靠近音叉，學(xué)生發(fā)現(xiàn)乒乓球被彈開，因此發(fā)現(xiàn)了音叉的振動。

通過間接轉(zhuǎn)化法進(jìn)行實驗，學(xué)生可以清晰看出平時看不見摸不著的實驗現(xiàn)象，對測量現(xiàn)象進(jìn)行直接觀察，從而對物理知識的理解會更加深刻，為以后物理知識的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。因此，面對有些情況，教師要積極引導(dǎo)學(xué)生利用間接轉(zhuǎn)化法進(jìn)行實驗。

四、比較類推法，推測事物屬性

物理知識比較抽象，對于學(xué)生來說，需要他們花費大量的時間對知識進(jìn)行理解，學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)很重，而且效率也很低下。如果這樣下去，學(xué)生會逐漸對物理產(chǎn)生一種抵觸的情緒，不再愿意學(xué)習(xí)物理。因此，教師要采取措施改變這種情況，可以利用比較類推法來進(jìn)行教學(xué)。即把物理中的有關(guān)知識與學(xué)生生活中比較常見的事物聯(lián)系在一起，或者與之前所學(xué)知識進(jìn)行聯(lián)系，幫助學(xué)生理解新知識，提高教學(xué)效率[3]。

例如，筆者在教學(xué)蘇科版初中物理九年級上冊第十三章“電路初探”的時候，就用比較類推法進(jìn)行教學(xué)。在學(xué)習(xí)“電流”的屬性時，由于電流是學(xué)生看不見摸不著的事物，比較抽象。學(xué)生對電流充滿了好奇，但是又不知如何下手，不知道如何了解它。因此，筆者將學(xué)生日常生活中常見的水流與電流進(jìn)行比較，讓學(xué)生根據(jù)水流的屬性推測電流的屬性。筆者給學(xué)生舉了水流的1個例子：在理想的水渠交叉點上，在單位時間內(nèi)，流入的總的水量＝流出的總的水量。學(xué)生根據(jù)筆者的描述，推測出電流的屬性：在電路的某個連接處，流入的電流總和就等于流出的電流總和，并用實驗進(jìn)行驗證。通過這種方式，學(xué)生就對電流有了一定的了解。由于電流和水流有一定的相似之處，因此學(xué)生理解起來比較容易。

通過利用比較類推法進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生對于比較抽象的物理知識理解起來會更加容易，也會減少他們掌握知識所消耗的時間。因此，面對比較抽象的物理知識，教師要積極利用這種方法進(jìn)行教學(xué)。

結(jié) 語

物理實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的基礎(chǔ)。在實驗中，學(xué)生可以對物理有更加直觀的體驗，可以更直接地獲得各種能力，有助于發(fā)展他們的物理核心素養(yǎng)。因此，教師在平時的教學(xué)中，要積極向?qū)W生滲透各種實驗方法，在實驗中培養(yǎng)他們的探究能力，促進(jìn)他們不斷發(fā)展。