学生自主创新实验在初中物理复习课中的巧妙应用

刘燕妮　汤金波

摘 要：“学生自主创新实验”融入初中物理复习课堂，能重燃学生学习兴趣.本文以“声音的复习”为例，结合团队小组合作学习，针对学生认知的关键环节，引导学生深度学习，培养学生的批判性思维、创造性思维以及解决问题的能力.通过教师合理的教学设计，使学生构建有机的知识网络体系，以更好地实现知识的迁移，为以后的发明创造奠定基础.

关键词：学生自主创新实验;物理复习课;小组合作;思维

文章编号：1008-4134（2020）12-0043中图分类号：G633.7文献标识码：B

2019年《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》提出实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径.文件要求，注重实效，强化学生的实践操作、情景体验、探索求知、亲身感悟和创新创造，着力提升学生的观察能力、动手实践能力、创造性思维能力以及团队合作能力，培育学生的兴趣爱好、创新精神、核心素养和意志品质.

在实验教学过程中，学生自主创新实验是学生在生活中自己动手的实践活动，具有创新性，它不仅凸显了物理学始终以实验为基础的课程特征，而且拓展了学生核心素养培育的教学路径.目前针对初中物理课堂来讲，尤其是复习课，教师主要是以梳理知识和题目为主，因为学生都学过，所以很多学生会觉得复习课枯燥乏味，起不到良好的效果，如果将“学生自主创新实验”融入初中物理复习课堂之中，将创设丰富的新情景问题，有效地刺激学生的大脑，使学生重燃学习的兴趣，结合团队小组合作学习，针对学生认知的关键环节，引导学生深度学习，利于培养学生的批判性思维、创造性思维以及解决问题的能力，通过教师合理的教学设计，使学生构建有机的知识网络体系，以更好地实现知识的迁移，这些都为培养学生创新思维奠定了基础.

1 “学生自主创新实验”融入复习课，能大大激发学生的学习兴趣，使学生积极参与到课堂中来

学生自主创新实验，是指学生充分利用生活中的各种资源进行开放性的实践活动， 一方面，与课本上的素材不同，学生的实验比较新颖，更能有效刺激学生的大脑，引发学生的学习兴趣，提高学生的注意力.另一方面，在自主创新实验的过程中，常常伴随有学生的新发现，更能激发学生去思考.此外，实验中的主体就是自己的同学，有亲切感，所以学生有更强烈的意愿参与到交流讨论中来，这些都在复习的过程中强烈地激发了学生的学习兴趣，充分调动学生参与课堂的积极性.

案例1 吹吸管的实验 ，如图1所示.在动手实践中，学生充分体验了是如何吹响吸管的，并感受到了音调的变化，在课堂分享的过程中，也能激发大家思考这些吸管发声的根本原因是什么，相对于单纯梳理知识点的讲授式的课堂，这样的课堂更能激发学生的学习兴趣与参与的积极性.

2 “學生自主创新实验”融入复习课，利于培养学生的批判性思维、创造性思维以及解决问题的能力

2.1 在教学过程中引导学生深度学习，注重培养学生的思维和解决问题的能力

教师可以根据要复习的内容先布置不同的实验，同学们以小组为单位，每个同学可根据自己兴趣、能力等选择合适的实验，并通过“设计实验方案——小组讨论改进方案——个人实践”的过程，让不同基础的同学都能参与到每个实验之中，大家集思广益，既能给他人提供意见，又能完善自己的实验，最后每个实验由学生自己选材、设计、动手完成，并配有实验的解说，同时录制好视频与大家分享，鉴于实验的取材、时间等方面的因素，实验让同学们在家中完成，最后，教师可以针对学生的认知冲突，选出一部分有代表性的视频，在课堂上播放，通过问题的设置引导学生思考，可以通过团队合作方式进行学习，学生在这种主动学习的过程中，进行的是高层次的思考，虽然也会存在着错误或不足，但却能刺激学生在寻找正确答案的过程中对其进行深度处理，这些活动都促使真正学习发生，使学生进行深度学习.

此外，学生自主创新实验，是一种不设限的学习，具有创新性，为复习课创造了很多全新的情景，这就要求学生在这样新的环境中来解决问题，然而学生常常会遇到挫折和失败，这说明了需要加倍努力或者解放思想、尝试不同的办法，发散思维，在这个过程中，教师可以适度引导，学生不断地钻研试错，就会学到更复杂的知识，了解到更多关联的事物，更利于批判性思维和创造性思维的培养，利于学生解决问题能力的提高，同时借助失败和挫折培养学生坚持不懈和坚韧不拔的品质，不能就此终止学习，这也为学生创新创造能力的发展提供了更多的机会.

2.2 教学案例

案例2 这位同学制作了一个“声音是由物体的振动产生的”视频，如图2所示，将保鲜膜包在瓶口处，将手机放在保鲜膜上并播放歌曲，学生通过保鲜膜上的小纸片在跳动的现象来说明实验结论.

【教学片段】

师：通过视频大家发现了什么？为什么会有这样的现象？你们有什么不同的意见？

（小组讨论……）

生：小纸片在跳动，原因是：声音是从手机内部经过空气、手机本身传播到了薄膜上，引起薄膜的振动，然后使小纸片跳动.

师：你有哪些不同的结论吗？

生：声音是通过介质传播的.

师：你这里的介质指的是什么？

生：这里介质就是手机以及内部空气、薄膜.

师：声音可以通过介质传播是要观察“从声源处到人耳处”这一过程，那你能通过小纸片的跳动得出刚才的结论吗？

生：不能，人耳听到的声音主要是通过空气传过来的.

师：那你再想一想跳动起来的小纸屑具有什么呢？

生：能量.

师：思考整个过程，这个实验能说明什么呢？

生：声音可以传递能量.

设计意图：通常情况下，很多同学会认为视频中的结论是没有问题的，类似敲打鼓面时乒乓球会跳动，但是，仅仅简单地把敲击鼓面换成了“手机音乐”，就出现了细微的差别，

此时，声源不再是薄膜，而是手机内部的发声体，声音是从发声体经手机及内部的空气传播到薄膜后再引起小纸屑跳动，

这就要求学生在新的情景之下能够细致地观察和深入分析比较，辨别出其中细微的差别，进行批判性思考，持有不同观点的学生可以自由表达自己的看法，通过思维的碰撞，更好地提高学生在实际的情景中分析问题的能力，对实验进行细致观察和深度的理解，促进学生思维水平的发展.

案例3 有学生想做“真空不能传声”的实验，如何获得真空对学生来说有一定的难度，此时，通过小组讨论，进行头脑风暴，大家可以想到一些方法，比如用嘴直接抽气，拔火罐的方法，将蜡烛放在容器里燃烧等，虽然这些想法中仍然存在着诸多问题，但是同学们不设限的思考，使他们的思维被充分地调动起来，有些问题学生可以通过自己的讨论解决，还有些问题，需要在教师的引导下再来解决，以一个同学的实验为例，这位同学初次实验，是将手机放在塑料袋内，用嘴把气体吸了出来，如图3所示，当塑料袋变瘪之后，听手机音乐的声音是否变小.此实验的问题是只想到把里面的空气抽出来，而忽略了其他因素.在这里可以通过一系列的问题引导学生思考.

【教学片段】

师： 你做的实验现象明显吗？造成这种结果的原因是什么？

生：不是很明显，一个是虽然空气被抽走了，但是因为塑料袋贴在手机上，还可以通过固体传声，此外声源有些不稳定，影响实验结果.

师：那你觉得可以如何改进实验呢？

生：找一个比较稳定的声源，找一个盒子，把手机放在盒子内.

师：用嘴抽气似乎太费力了，可不可以借助于工具呢？

生：我看到过有用一个袋子和抽气的装置进行抽气的.

师：你说的就是真空袋，可以用专门的抽气筒进行抽气.此外，你说找个稳定的声源，如何说明声源的稳定性呢？

生：旁边用分贝仪检测.

师：好的，那我们课后先找到这些器材再来做一下实验吧，看看还会遇到什么问题？

给学生足够的思考空间和实验时间，首先学生准备好了器材，带抽气筒的真空袋、盒子、声源，在选择器材上，学生通过几次尝试，发现要选择不易变形的盒子，并发现仅是一面敞口的盒子的实验效果并不理想，接着思考，为了便于抽出盒子内空气，又尝试将盒子钻孔或选择周围带孔隙的盒子，考虑到这些问题，最后学生做出了如下的实验.

实验器材：选用网状的笔筒、蓝牙音箱、带抽气筒的真空袋.

实验过程：将网状笔筒倒扣在蓝牙音箱上，通过手机播放响度变化不大的音乐，如图4所示，并将其放置在真空袋中且密封好，不斷地往外抽气，在这个过程中，很明显地听到声音变小了.

实验结论：推理得出真空不能传声.

实验展示：将成果在课堂上展示，并分享整个实验的思路.

设计意图：此实验具有一定的难度，从学生自由讨论开始，通过教师的启发，再到自己的思考，最终成功地完成了这个实验，在整个过程中，学生学会了在实践中去观察和思考，收获的不仅仅是实验成果，更体验了完成这个实验所需要的一系列的思维方式和创新精神，培养了创造性思维和坚持不懈的科学品质，提高了解决问题的能力.

3 “学生自主创新实验”融入复习课，更利于学生构建有机的知识网络，实现知识的迁移

从美国彼得·C·布朗等所著的《认知天性》中我们了解到在不同的时机、不同的环境下多次进行检索（回忆旧知识）练习，期间穿插不同的学习资料，这样做有助于给这些资料建立新的联系，这个过程建立了彼此关联的知识网络，从而强化了对自己所学内容的精通程度.此外，这个过程还可以增加检索线索的数量，让它们能够充分地适用各种场合.虽然有间隔、穿插多样化的学习会给学生带来一定的困难，但克服困难需要一套心理活动，而这种心理活动在学以致用的时候就会发挥作用，在面对新情景新挑战时，会提高学习迁移的能力，从而更好地实现知识的迁移.

“学生自主创新实验”从一开始的方案设计及讨论到回家完成实验再到课堂学习，采用的是有间隔、多样化的学习，学生在不同时间和环境下进行实践，积极联系身边不同的事物，不断加强已知和新知的联系，深化用于检索需要的记忆线索和路径，形成关联的知识网络，使学习的效果更为持久.此外，将“学生自主创新实验”运用到课堂中，为课堂提供丰富多样的素材，通过合理的教学设计，有助于学生构建更完善的知识网络体系，学生在丰富的情景中，在解决问题的过程中，不断运用所学的知识、思考解决问题的方法，进而加深对知识的理解，构建有机的知识体系，从而提升学生知识迁移的能力.传统教学中迅速串讲知识内容的教学方法难以满足迁移的要求，而且忽视了学生的学习兴趣，因而无法培养学生钻研学习内容、广泛地联系学习内容所必需的敏感性和普遍性，因此也就较难产生迁移.

案例4 声音的复习课上，教师可以围绕“振动”来展开，从声音的产生和传播，到乐音的三个特性“响度、音色、音调”，以及声音的分类应用等，通过课堂上呈现学生的作品（图片或视频），使大脑在新情景下得到更有效的刺激，这样便给学生提供更多的机会去观察、分析、理解，在教师的引导下，让学生自己纠错以及找出实验的闪光点，学生们相互评论，并对这些图片和视频进行归类总结，理清知识间的前因后果关系以及知识间的联系与区别，也可以画出思维导图，整合零散的知识，重温科学方法，构建更为完善的知识体系，从而更利于实现知识的迁移.例如下面的实验.

实验1：在研究响度与距离的关系时，学生能够利用分贝仪进行响度测量，也有学生能够选择响度相对稳定的声源如闹铃、节拍器等，而大部分学生主要问题是随意选择手机音乐，没有控制声源的响度相同，测量结果不够精准，还有的同学只测了两组实验数据就得出了实验结论.忽略了结论的普遍性问题.

实验2：在研究音调与发声体的长短、粗细、松紧的关系中，同学们的实验视频素材很多，有的用吉他、古筝、笛子等乐器，甚至使用自制的乐器进行解说，也有的同学选择装水的杯子或瓶子等，但在通过弹古筝、吉他等乐器研究音调与琴弦粗细的关系时，不少同学只是拨动不同粗细的琴弦而没有考虑到长度是否一致，还有的同学在敲击水杯时选用了不同的杯子等等问题，把这些例子通过课堂上的呈现，让学生通过观察找到问题，并指出改进的方法，学生通过不同情景下的实验反复领会了控制变量法的应用和科学实验的基本要求，经历了实验规律得出的过程，加深了对问题的理解.通过整合大家的实验，让学生分类总结归纳出知识点和科学方法，并在课后改进实验，这种复习的效果是单纯回顾知识点或陈旧案例以及大量做题的课堂所达不到的.

最后，可以给学生时间分享自制的乐器，如图5所示，谈谈制作过程、遇到的困难以及解决的方法，也可以让学生就自己所学的知识向大家提出一个问题，学生在运用知识的同时再次深化了对知识的理解，第一幅图是学生通过选择合适的杯子并调节水量调出了较准的音调，第二幅图是同学用吸管做了类似唢呐的乐器，最后一幅图是一位同学通过纸盒两边的卡槽来调整橡皮筋的松紧调出较准的音调，并为大家演奏了一曲“一闪一闪亮晶晶”.这些作品是学生创造性思维的体现，同时学生也从实践中获得了乐趣并提高了动手能力，为以后的发明创造奠定了基础.

综上所述，“学生自主创新实验”是个性化学习，也是生成性学习.它能创设丰富的情景，给复习课注入新的活力，激发学生的学习兴趣，让学生更加主动地去思考问题、解决问题，促进学生的深度学习，利于批判性思维和创造性思维的培养，提高学生解决问题的能力，利于学生构建有机的知识网络体系，实现知识的迁移，这些都为以后的发明创造奠定了基础.

参考文献：

[1]汤金波，黄网官.学生自主创新实验是未来物理教学的最优途径[J].实验教学与仪器，2018，35（06）：3-6.

[2]钱永昌. 走向“素养本位”的初中物理复习课教学探索——以“密度的测定”“电学实验复习”为例[J]. 物理教学探讨，2018，36（11）：72-74.

[3]梅立芳.培养学生物理核心素养的实验创新设计——以“探究杠杆的平衡条件”为例[J].中学物理，2020，38（08）：48-50.

[4]王太军.指向核心素养的生活化创新物理实验研究[J].物理教师，2020，41（03）：32-36.

[5]殳峰华.小组合作法在物理课堂中的应用[J].数理化解题研究，2020（03）：43-44.

（收稿日期：2020-03-02）