微实验在初中物理课堂教学中的有效运用

杨 玲

与传统的物理实验相比,微实验对实验材料设备的要求更低,实验操作安全性更强,耗费的课堂时间也较少,因此非常适合在物理课堂教学中进行应用。通过围绕初中物理课堂教学,加强对微实验有效运用的探索,不仅有利于更好地体现微实验的教学作用价值,促进其广泛应用,还能够切实提升初中物理课堂教学质量水平,促进学生未来实现更好的发展。

一、初中物理教学中运用微实验的作用

(一)激发学生学习兴趣,减轻学生认知压力

在传统初中物理课堂教学模式下,教师采用的教学方法单一,教学信息呈现方式陈旧,长此以往,学生容易产生审美疲劳,很难激发学生的学习兴趣。不仅如此,在的单一的物理教学模式下,学生由于学习兴趣低下,内在学习动力不足,在对物理知识进行认知学习时,非常吃力,实际学习压力大,难以满足当下“双减”政策中减轻学生学习负担的要求。而在初中物理教学中,通过引入物理微实验,可以有效解决上述问题。另外,物理微实验本身便是一种创新式的教学手段,改变了传统“说教式”物理教学方式,能够带给学生新鲜感。并且物理微实验本身趣味性十足,学生可以通过实验,实现对物理知识的探索学习。不仅有利于激发学生的物理学习兴趣,还有利于激发学生对物理知识探索学习的欲望,让学生通过微实验学习操作,不知不觉中完成对物理知识的习得与掌握,有效减轻了学生物理学习的认知压力,真正实现了“寓教于乐”,带给学生更好的物理学习体验。

(二)简单易操作,增进学生对物理概念的理解

在开展物理实验教学中,采用的多是一些大型物理实验,不仅需要耗费大量课堂时间,而且还需要采用一些专业的物理实验设备。因此学生很难直接上手操作,无法亲身体验物理知识探索的乐趣。与此同时,相较于其他学科知识,初中物理知识本身抽象难懂,尤其是针对一些物理概念,学生实际认知学习的难度大,很难深入理解初中物理概念。而通过应用微实验,可以有效帮助学生解决上述困境。一方面,微实验顾名思义,即开展的物理实验不需要大型专业的实验设备,也不会耗费大量的时间,通常是围绕一个物理概念、物理知识点、物理现象等开展的小型实验,整个实验操作过程简单,需要的实验设备可以从现实生活中就地取材,实验操作简单,易于学生上手操作。同时通过物理微实验所展示的物理现象,成功地将物理知识概念以具体化的实验现象展现出来,因此有利于增进学生对物理概念的认知与理解。并且大部分物理微实验都具备器材简单熟悉、实验现象趣味奇特、操作性强且一物多用的特点,因此可以让学生通过在熟知的事物中操作体会应用,让学生通过微实验的探索,体验到物理知识从陌生到熟悉的过程,促进学生实现物理知识概念的内化与吸收,提高学生的物理学习效果。

(三)促进物理教学创新,培养学生动手实践能力

传统初中物理教学形式单一,教学方法陈旧,整体缺乏创新。并且在整个教学的过程中,学生物理知识学习过程较为被动,无法主动参与物理学习实践过程。而物理知识本身具有鲜明的实践性特征,很多物理原理、物理现象与现实生活存在紧密的联系,因此需要学生通过动手实践验证才能真正理解其中的知识内容。传统的物理教学方式显然无法满足上述要求。而通过在物理课堂教学中运用微实验,能够更好地满足上述教学学习要求,弥补传统物理教学模式的弊端。一方面,将物理微实验融入物理实验教学各个环节,本身便是一种良好的物理教学创新方法,为物理教学注入了新的生机与活力,让物理知识呈现变得具象化、趣味化,同时也赋予了物理教学更多的可能性;另一方面,相较于常规的大型物理实验,微实验上手难度低,实验材料设备简单,实验时间相对较短,因此学生可以在课堂上直接动手操作验证所学物理知识,不仅有利于提升学生的物理学习效果,还能够有效培养学生的动手实践能力,促进学生未来实现更好的发展。

二、微实验分类

(一)学生操作型微实验

学生操作型微实验是微实验的一个重要分类,该类型微实验顾名思义,即能够由学生进行操作的实验。这种实验一般采用的实验材料易得,可以直接从现实生活中取材,实验操作过程简单,且不存在较大的实验安全隐患,能够确保学生安全,对学生操作型微实验进行细分,又可以分为课内实验与课外实验。前者可以直接在课内开展,不受特定的实验环境、设备等条件限制,具有机动性和灵活性的特点,一般在课堂探究环节之中应用。后者则属于“课外探究”范畴,由学生自主完成实验的设计、操作、记录、总结及分析,具体可包括制作型微实验、观察型微实验、补充型微实验等,需要结合实际探究任务,确定不同的实验探究类型。例如,在开展“惯性”知识点教学时,为了让学生对惯性有一个深入的认知,教师可以带领学生开展课内探究微实验。在这一过程中,可以运用学习生活中常见的一些材料,比如课本、文具盒等。将文具盒放在课本上,然后快速抽出文具盒下方的课本,验证惯性的存在。上述一个简单的微实验可以由学生独立在课堂上操作完成,属于典型的课内微实验。又如,在讲解摩擦力时,教师可以在课下布置一个观察型微实验,即让学生观察生活中“摩擦力”应用现象,比如不同类型的汽车轮胎花纹、鞋底花纹等,让学生认识到摩擦力在日常生活中所发挥的作用,增进学生对摩擦力的认知与理解。上述便是典型的课外微实验,同样可以由学生自主完成,最终目的都是增进学生对初中物理知识的认知与理解,提高学生的物理学习效果。

(二)教师演示型微实验

教师演示型微实验是指主要由教师负责操作演示的微实验。与常规的物理演示实验相比,教师演示型微实验同样具备微实验的一些优势。比如,常规的演示实验需要运用一些专业的实验器材,而教师演示型微实验则不拘泥于此,可以采用源自日常生活中的一些材料作为演示实验器材,也可以在此基础上对常规演示实验进行改进,实现演示实验的创新,从而有效抓住学生的眼球,让实验操作、实验现象简单明显。一般情况下,教师演示型微实验主要应用于课堂导入环节,通过为学生呈现一些趣味实验现象,来活跃课堂气氛,集中学生的注意力,激发学生的学习兴趣。与学生操作型微实验相比,教师演示型微实验操作难度相对较大,且带有一定的危险性,因此需要教师专门负责操作演示,二者相同之处在于实验均具有“微”特点,不会占用太多的课堂时间。一般由教师负责演示操作,学生负责观察、记录,分析实验结果、实验现象等。例如,在开展大气压强教学时,为了让学生对大气压强有一个更加具象化的认识,教师可以在课堂导入环节,联系现实生活实际,为学生演示“拔火罐”这一跨学科微实验,从而让学生对拔火罐的原理有一个深入的认识,了解大气压强在其中所发挥的作用。这一简单的演示型微实验不仅可以有效激发学生的学习兴趣与对大气压强的探究欲望,还能有效活跃课堂气氛,给学生留下深刻的印象。

(三)多媒体辅助微实验

在信息化时代下,各种先进的信息技术不断涌现,并在各行业领域中掀起了一场全新的变革。教育领域也不例外,近年来出现了很多先进的信息教学技术手段,比如多媒体技术、微课等。我国一直以来非常重视教育信息化发展,如今在很多偏远地区的学校,也配置了多媒体教学信息化设备。因此,在物理课堂教学过程中,针对微实验的实践,出现了一种新的微实验类型,即多媒体辅助微实验。这种类型的微实验一般不需要学生或者教师上手进行操作,而是充分利用多媒体的演示功能,为学生演示相关的物理现象,或者呈现微观层面的物理信息内容,以此激发学生的探究学习兴趣,增进学生对物理现象、物理原理、物理知识的认知与理解。尤其是在初中物理教学中,由于条件有限,无法进行一些物理实验的演示,或者一些物理现象、物理知识内容处于微观层面,无法直接用肉眼进行观察分析。这就需要通过多媒体辅助微实验进行展示,帮助学生更好地认识理解物理实验知识。尤为重要的是,相较于传统的演示实验,多媒体在信息呈现方面的优势更加明显,能够为学生呈现多样化的信息场景,让学生观察到肉眼难以看到的物理现象,这对学生物理学习效果提升有着积极的影响。例如,在开展“声音”物理知识点教学时,关于声音的特征探究,教师可以利用多媒体辅助微实验,采用Audacity软件或者智能手机进行现场录音,然后让学生观察录音波形图的变化,了解声波频率与振幅的变化特征,分辨音调与响度,从而在微观层面上加深对声音的认识与了解,有效提升学生的学习效果。

三、微实验在初中物理课堂教学中的设计要求

(一)符合真实的学情,实验目的明确

一方面,教师在初中物理课堂教学中运用微实验,要考虑真实的学情,结合初级中学段学生的实际认知能力、物理知识学习掌握能力、物理知识的接受程度等,科学合理地进行微实验的设计,从而确保学生能够顺利地接受微实验,并从中受到启发,实现物理知识的探究学习与掌握;另一方面,教师在设计微实验前,必须要有一个明确的目的,整个实验设计过程均需要围绕这一目的开展。比如,可以结合学生的一个猜想或者验证一个物理理论知识等,明确最终的实验目的,如此才能发挥出微实验的作用价值,提升学生的物理学习效果。

(二)实验现象直观明显,具有启发性

一方面,初中物理教学在设计微实验的过程中,还应确保相关的物理微实验的实验现象能够直观明显,尤其是在视觉、听觉、触觉等方面能够带给学生较强的刺激,从而引导学生将实验现象与物理知识联系在一起,加强学生对物理知识、物理原理的认知体验,帮助学生顺利打开思维,完成物理知识的探究,总结正确的结论。如果物理现象不明显,教师可以借助一些辅助设备,比如投影仪、声音放大器、录像机等,便于学生观察。另一方面,微实验设计还应具有一定的启发性,能够引导学生结合其中的物理现象进行深入思考,验证学生的想法,从而进一步增进学生对物理知识的理解与认识,促使学生对物理知识掌握得更加牢固。

(三)实验仪器装置简单,实验过程安全

一方面,初中物理教学在设计微实验时,必须发挥出微实验本身的优势,即采用的实验材料简单,取材容易,便于教师演示以及学生动手操作,让学生真正体会到物理实验的乐趣,认识到“生活处处是物理”,有效培养学生的动手实践能力;另一方面,教师在实际进行微实验设计时,还应注重保障整个实验操作的安全性。尤其是针对一些演示型物理实验,必须提前强调说明,实验演示过程中存在的一些安全风险,并要求学生不要盲目模仿。例如,在开展电、火方面的演示实验时,必须向学生强调安全用电、防火的重要性。针对学生操作型微实验,在实际设计时,教师必须要立足各个环节,尽可能消除其中的安全隐患,不采用可能会引起安全事故的实验材料等,确保学生实验操作安全。

四、微实验在初中物理课堂教学中的有效运用策略

(一)做好常规物理实验的改进创新,凸显微实验的优势

当前,在初中物理教材中,往往会介绍一些演示性物理实验,并且很多实验本身具有微实验的特点,学生与教师都可以进行演示。但在一些条件落后的学校,教材中的一些演示实验可操作性并不强,无法真正为学生进行相关的实验演示。因此,在初中物理课堂教学中,为了有效提升微实验的运用效果,可以尝试对教材中的一些演示实验进行改进,加强实验设计创新,弥补其中的不足之处。在这一过程中,可以在充分了解实验原理的基础上,寻找实验材料或者方法替代原本的实验,更好地发挥出微实验课堂教学的作用价值。例如,关于“内能的变化”实验,教材中采用了乙醚作为硝化棉实验的材料,试图通过压缩空气,增大内能,使棉花燃烧。但这种材料的燃点比较高,且材料本身具有一定的挥发性与毒性,无法保障实验人员的安全。基于此,可以结合这一演示实验原理,采用电子温度计、注射器替代原本的压缩注射器,而不再通过燃烧验证空气内能的变化,而是通过电子温度计验证空气内部的变化。这一实验的改进,有效避免了教材中实验可能会出现的各种安全问题。同时还显著降低实验过程对实验材料设备的要求,因此可以让学生能够进行操作尝试,亲自体验实验过程,感受内能变化情况,这对微实验教学效果提升有着积极的影响意义。

除此之外,为了便于学生进行独立研究,教师还可以进一步降低实验材料设备的要求,选择带领学生设计如下微实验:首先,准备一个材质较软的水瓶,比如日常生活中常见的矿泉水瓶,将瓶盖拧至稍微松动的程度。然后,用力扭动瓶身,增加内部的压力。当拧到一定程度时,轻轻旋转松开瓶盖,此时瓶盖会弹射出较远的距离。最后仔细观察瓶口,可以发现有液化的现象,这同时也是内能变化的依据。这些微实验设计对实验材料要求低,学生可以从生活中取材操作,更好地满足学生实际学习需求。

(二)注重凸显微实验的趣味性,激发学生的探究学习兴趣

初中学生正处于青春期,他们往往活泼好动,好奇心旺盛,求知欲也比较强。与此同时,初中学生更加喜欢追求新颖、时尚的事物。相较于以往枯燥无味的课堂教学,他们更加喜欢实验带来的多样化的感官刺激。基于此,教师可以在课堂教学中进行微实验设计时,注重凸显微实验设计的趣味性,从而有效激发初中学生的学习兴趣,提高学生探究学习的热情。在课堂上,教师除了可以为学生介绍常规的实验内容,还可以设计一些趣味性强的微实验,并通过微实验,增进与学生的互动,引导学生动手进行实验探究分析,不知不觉完成物理知识的习得,有效提升初中物理课堂教学质量水平。例如,在关于“声音的产生”实验设计时,常规的实验方法主要是通过“用手拨动直尺”“用手触摸喉咙发声”等,上述实验虽然属于“微实验”范畴,但实验内容单调,缺乏趣味性,无法有效激发学生的探究学习欲望。基于此,教师可以设计一个“会跳舞的蜡烛”趣味微实验,该实验主要采用了大功率音响、蜡烛、打火机作为实验器材。先采用打火机点燃蜡烛,然后将蜡烛靠近音响播放器位置,打开音响,播放学生喜欢的歌曲,此时原本静止燃烧的火焰开始随着音响发出的歌曲伴奏不断地“舞动”,尤其是音响声音越大,蜡烛火焰舞动的现象越明显。教师可以采用投影设备,放大蜡烛的光影,帮助学生更好地观察实验现象。相较于上述微实验,“会跳舞的蜡烛”微实验更具趣味性与新鲜感,可以有效激发学生的学习兴趣,提升学生的学习效果。

(三)做好课堂实验教学延伸,合理设计一些课外探究微实验

在初中物理课堂教学中运用微实验,为了更好地发挥微实验的价值,还可以做好课堂实验教学延伸,为学生布置一些微实验课外探究任务。这种课堂延伸式的微实验设计,可以有效提升学生的实验动手操作能力,还能引导学生对物理知识有自己独特的思考,并进一步巩固所学的物理知识。一般情况下,课后探究性微实验一般源自教材中推荐的一些“小制作”“小发明”。这些内容往往是物理教师容易忽视的环节,但却是微实验教学运用宝贵的素材,同样具有良好的实践性与启发性特点。因此,在课堂教学时,教师可以为学生布置一些趣味微实验设计活动,引导学生动手进行实验设计,真正将所学的物理知识应用于实践过程中,实现知识的巩固提升,还能有效丰富学生的作业形式,培养学生物理知识应用实践能力。例如,在完成光的反射教学后,教师可以为学生布置“潜望镜制作”微实验作业,有效巩固学生对光反射特点的认识,培养学生动手实践能力。又如,在完成大气压强知识点学习后,教师可以为学生布置一个“孔明灯”制作微实验作业,增进学生对大气压强与空气温度关系的认知,带给学生更多的学习成就感,深入地体会到物理学习的乐趣。

(四)合理运用网络资源,给予学生良好的引导与启发

在开展初中物理课堂教学的过程中,教师还可以加强对互联网信息网络资源的利用,在课堂中做好多媒体辅助微实验的开展。通过多媒体信息技术的帮助,实现微实验内容的展示,激发学生的探究学习欲望,提高学生的物理学习体验。例如,在完成关于“压强”整个章节知识的教学后,为了引导学生对整个知识内容进行回顾分析,实现知识的进一步巩固与掌握,教师可以在课堂中开展多媒体辅助微实验。学生对压强相关知识内容有了充分的了解,因此在多媒体辅助微实验展示相关知识信息时,可以借助一些影视片段,再现类似的实验场景,帮助学生集中注意力,有效运用压强知识解答其中的现象。例如,在复习液体压强连通器知识点时,教师可以利用多媒体向学生展示《银河补习班》“寻找爆破点”视频片段。在复习与大气压强相关的知识内容时,可以通过多媒体向学生展示《机械师2》主角“通过吸盘空中行走”的片段。带领学生观看相应的视频片段后,教师再组织学生进行思考分析,运用压强解释其中的物理原理,从而既能够达到物理知识应用实践的目的,还能够让学生体会到物理的魅力,有效巩固学生所学的物理知识,提升初中物理课堂教学效果。

五、结语

总而言之,在初中物理课堂教学的过程中,微实验发挥着非常关键的作用。比如,通过做实验,可以有效激发学生的学习兴趣,集中学生注意力,减轻学生的认知压力。不仅如此,学生还可以通过操作微实验,增进对物理知识的理解,培养学生的动手实践能力,提升学习效果。因此,需要教师在开展课堂教学的过程中提高对微实验的运用重视程度,了解微实验类型,把握微实验的设计要求,从实践教学出发,采取有效的策略,充分发挥出微实验的教学作用,不断提升初中物理教学质量水平。