問題引導下初中物理實驗演示教學

一、背景隨著《義務教育物理課程標準（2022年版）》的落實，初中物理教學的改革與創(chuàng)新逐漸成為物理教學中的重點內(nèi)容。很多物理教師從教學實踐中認識到：問題引導下物理實驗演示教學具有一定優(yōu)勢，能夠讓學生在解決實際問題的基礎上參與到實驗演示中，既可鍛煉學生的各項能力，又可加深他們對物理現(xiàn)象及原理的理解。這不僅有利于核心素養(yǎng)的落實，還可從某種程度上推動物理教學的改革與創(chuàng)新?；诖耍處煂⒁员睅煷蟀姘四昙壪聝缘诎苏碌谌?jié)的“連通器”教學為例，以問題為引導為學生呈現(xiàn)一節(jié)生動有趣的實驗演示課。二、實施過程（一）設計導入型問題，激發(fā)學生的探究興趣在初中物理實驗演示教學中，課堂導入環(huán)節(jié)是關鍵，需要教師巧妙設計，讓課堂充滿趣味，為學生參與后續(xù)實驗演示教學活動奠定基礎。教師為讓學生盡快投入實驗演示教學活動中，就可結合學生的學習特點及認知水平，從現(xiàn)實生活角度出發(fā)，合理設計問題，讓學生從問題的探究中增強科學探究意識。在課堂導入前，首先，教師從網(wǎng)絡中搜集了與“連通器”相關的資料，如《銀河補習班》是一部勵志電影，劇中有這樣一個片段：影片中的爸爸使用1根塑料軟管將爆破塔同一水平位置的兩個點成功找出。于是，教師就以該視頻片段作為課堂導入視頻，讓學生對“連通器”知識的學習產(chǎn)生興趣。其次，教師向?qū)W生提問：生活中有許多塑料水管，它們能夠幫助工人解決各類問題，這是為什么？引導學生深入思考，讓它們試著以桌子上的“塑料管”作為實驗材料進行“連通器”的演示，使用這種方式可以找出同一水平上的兩個點嗎？其科學依據(jù)是什么？再次，學生圍繞此問題進行實驗演示：在“U”型塑料水管的左側注入水后至P點后，標注出右側水管此時的水平位置Q點。經(jīng)過學生目測觀察產(chǎn)生這樣的認識：通過向水管中注水，可以找出水平位置相同的兩個點。最后，教師引導學生繼續(xù)思考：怎樣才能證明這兩個點處于同一水平位置？學生經(jīng)過認真思考與討論，最終給出問題的答案：把P點和Q點連接起來，將兩個點之間的連線和重垂線（使用直角三角板引出“重垂線”）做比較，由此可知，PQ是同一水平線上的兩個點。（二）設計引導性問題，鍛煉學生的思維能力第一步：假設水管不是豎直的，而是傾斜的，那么還能從水管中找出同一水平線上的兩個點嗎？引導學生結合問題繼續(xù)進行實驗演示：學生讓塑料水管處于傾斜狀態(tài)，依然按照上述方法，重新找到了P點和Q點，經(jīng)過“重垂線”檢驗，新得到的P點和Q點依然處于同一水平線上。第二步：如果將原來的塑料水管換成粗細不同的水管后，或者彎曲形態(tài)的水管，那么水管內(nèi)的液面是否會處于同一水平線上？學生圍繞此問題進行實驗演示：將塑料水管換成一側粗一側細的水管后，重新觀察P點和Q點，測量完成后，將水管換為彎曲的水管，再次標記P點和Q點。通過對P點和Q點的觀察，學生發(fā)現(xiàn)管內(nèi)的P點和Q點依然處于同一水平線上。學生得出結論：不管塑料管處于傾斜狀態(tài)、粗細或者彎曲，向其內(nèi)部注入水之后，在水不再流動的情況下，水管兩側的液面均處于同一水平線上。第三步：假若將這些不同形狀的塑料水管組合在一起，那么還會得出上述實驗結論嗎？讓學生深入思考，提高其對“連通器”的認知。教師將實驗室中常用的“連通器”展示給學生，并分別向不同的塑料水管注入水，直至管內(nèi)的水不再流動，讓學生仔細觀察各個塑料水管的管內(nèi)液面情況。學生通過觀察發(fā)現(xiàn)，不論哪一種水管，管內(nèi)的液面均處于同一水平線上，不受管子形狀影響。第四步：找出這些塑料管之間的共性，不論管子形狀怎樣變化，都可以找出與“U”型管相似的管模型，即管子的上下部均開口，且下部是連通的，由此總結出什么是“連通器”。由此可見，教師根據(jù)實驗現(xiàn)象設計問題，然后，學生結合實驗現(xiàn)象得出結論。（三）設計生活類問題，提高學生的實踐能力在實驗演示教學中，在介紹水塔模型之前，教師向?qū)W生這樣描述：“在日常生活中，高層建筑中的住戶生活用水離不開水龍頭的應用。在不用水時，會將水龍頭關閉，用水時，再將水龍頭打開”。根據(jù)這一原理，教師輔助學生使用礦泉水瓶、飲料瓶、塑料水管等實驗材料制作一個生活中常見的水塔模型。當水塔模型設計完成后，教師向?qū)W生提問：高層建筑中住戶所需的飲用水是如何由水塔傳輸上去的？讓學生結合水塔模型進行思考，經(jīng)過一番激烈的討論，學生產(chǎn)生這樣一種認識：與住戶家輸水管相連接的部分是一個巨大的蓄水池，而水池中的水就可沿著輸水管給住戶家中供水。隨后，教師解釋水塔工作原理：水塔和每個高層建筑中的住戶家中的水龍頭是連通的，當水龍頭被打開時，水塔及各個水龍頭均處于開口狀態(tài)，而輸水管的下部是連通的，這就構成一個完整的“連通器”。學生借助自制水塔模型進行實驗演示，就可以從中了解水塔在人們的日常生活中較為常見，如果連通器兩側的水位不同，那么輸水管中的水就會由高的一側流向低的一側。此時，學生可產(chǎn)生這樣的直觀認識：高層建筑中的每一個樓層要得到供水，此時水塔的高度就要高于每個樓層。在上述實驗演示活動中，對連通器的原理進行了解釋，讓學生觀察連通器的特點，這讓他們對連通器有了深層次的理解。而后，教師就可將連通器知識的教學與現(xiàn)實生活聯(lián)系起來，教師針對生活中如何使用連通器設置問題，旨在利用連通器解決現(xiàn)實生活中的一些問題。（四）設計實踐類問題，提高學生的創(chuàng)新能力在日常生活中，人們可借助鍋爐加入熱水的方式提供高溫高壓水蒸氣。然而鍋爐并不透明，在加熱時，怎樣判斷鍋爐內(nèi)水位高低，請大家認真想一想，應該怎樣解決這一問題呢？學生針對這一問題進行思考：要想知道鍋爐內(nèi)水位高低，就需要用到“連通器”的知識，在鍋爐底部外接一根透明的塑料水管，結合液面相平原理，就可根據(jù)塑料水管中液面高度來對鍋爐內(nèi)水位高低的情況做出判斷。帶著這樣的實驗思路，教師引導學生對已有的“鍋爐水位的測量”實驗模型進行改進。首先，學生將利用卡紙將模型中透明“鍋爐”遮住，模擬生活中的不透明鍋爐，使用玻璃管模擬“水位計”，然后，將卡紙撕掉，通過觀察得知，“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面處于同一水平面上。學生對此產(chǎn)生疑問：加熱后的鍋爐會形成大量的水蒸氣，在加熱條件下，“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面還能相平嗎？帶著這種疑惑，教師指導學生進行實驗演示，使用酒精燈對鍋爐做加熱處理，學生觀察到這樣一種現(xiàn)象：隨著不斷加熱，“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面并不相平，由此得出，此種實驗設計并不能將鍋爐內(nèi)部的水面高低位置呈現(xiàn)出來。一些細心的學生意識到：在加熱條件下，鍋爐與“水位計”并未構成“連通器”，理由是鍋爐內(nèi)部的水受熱后變?yōu)樗魵?，致使“鍋爐”與“水位計”兩側液面上方的氣壓發(fā)生變化，因而液面并不相平。其次，學生再度思考，要想讓“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面相平，就需將兩個液面上的氣壓保持一致，真的能將鍋爐蓋子打開嗎？實驗演示：把鍋爐蓋子打開后，即使“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面相平，可水蒸氣不能收集。如何在不打開鍋爐蓋子的情況下讓這兩個水面相平，具體該怎么做呢？當學生思考能夠把鍋爐與“水位計”上端連接時，使兩者上方氣體保持連通。帶著這一思路，教師指導學生對已有的實驗模型做出優(yōu)化與改進，最終讓鍋爐上方與水位計保持連通，使用酒精燈繼續(xù)加熱，就會發(fā)現(xiàn)“水位計”中的水面與“鍋爐”中的水面總是相平。教師通過這種與生活密切相關的實驗演示教學活動，讓學生主動參與到實驗模型的設計、制作及改進中，鍛煉思維，提高創(chuàng)新能力。三、成效在課堂導入環(huán)節(jié)，學生圍繞教師提出的導入問題進行實驗演示，增強探究意識，提高觀察能力。在課中實驗演示教學環(huán)節(jié)，學生結合引導型問題展開實驗演示，在鍛煉思維的同時，提高思維能力。在實踐環(huán)節(jié)，學生根據(jù)教師設計的生活類和實踐型問題，提高實踐能力和創(chuàng)新能力。四、總結與反思（一）總結在課堂導入環(huán)節(jié)中，教師以視頻的方式揭開此次實驗演示教學活動的序幕，同時，設計了導入型問題，其目的是讓學生對“塑料水管在生活中的妙用”有初步認識，并從“利用塑料水管找水平”這一問題的探究中對“連通器”的學習產(chǎn)生濃厚的興趣。在課中教學環(huán)節(jié)，教師優(yōu)先設計引導型問題，旨在向?qū)W生講授“連通器”的特點及原理等，讓他們從理論角度對連通器有初步認識。當學生對“連通器”的相關理論有了一定認識后，教師設計生活類問題，主要目的是將“連通器”的理論教學與生活實踐結合，讓學生從生活角度理解“連通器”的特點、原理及用途等。教師設計實踐類問題，引導學生利用已經(jīng)掌握的“連通器”知識對已有的實踐模型進行改進與優(yōu)化，從解決問題中提高自主創(chuàng)新能力?？偟膩砜?，教師通過這種層層推進的問題設計方式，讓學生從初始接觸“連通器”到靈活應用“連通器”，實現(xiàn)從理論學習到實踐應用的跨越。不僅如此，教師還引導學生在回答問題的過程中展開實驗演示，對實驗現(xiàn)象認真觀察、積極思考，并最終得出實驗結論，在這一過程中提高觀察、思維、探究及自主學習等能力，以促進學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。（二）反思在課堂導入環(huán)節(jié)，教師以視頻的方式開展此次教學活動，但視頻內(nèi)容相對單一，讓學生有種意猶未盡的感覺。因而，在后續(xù)的物理實驗演示教學中，教師還需豐富視頻內(nèi)容，最大限度地激發(fā)學生的探究興趣。在課中設計問題環(huán)節(jié)，教師在設計引導問題的過程中，對學生之間的個體差異缺乏關注，需在后續(xù)的實驗演示教學中采用層次化引導問題的設計，讓不同層次的學生逐步投入實驗探究中。在設計生活類問題的過程中，教師列舉了水塔這一生活實例，倡導學生利用“連通器”原理制作水塔模式，由于課堂時間有限的緣故，學生自主制作時間受限，故對一些實踐能力差的學生提出一定的挑戰(zhàn)，在后續(xù)的教學中，教師可嘗試讓學生以小組合作的方式彌補這方面的不足。在借助實踐類問題展開實驗演示教學活動時，雖然學生能夠積極主動地回答教師提出的問題，并能夠參與到實踐活動中，但依然有部分學生無法參與其中，還需要教師在后續(xù)的教學活動中關注班級中每一名學生的參與情況，力爭實現(xiàn)班級學生的共同提升。五、改進計劃1.