指向探究能力提升的初中物理“微实验课堂”的创设

朱文莲

摘 要：物理微实验在提升学生科学探究能力方面具有独特的教学价值。创设初中物理“微实验课堂”，要根据不同课型的教学特点，研究微实验的教学应用时机、教学应用策略。以“杠杆”新授课为例，阐述创设初中物理“微实验课堂”的策略。即借助微实验导入新课，激发学生探究欲望;借助微实验突破教学重难点，培养学生探究思维;借助微实验实现学以致用，提升学生探究能力。

关键词：微实验课堂;创设策略;探究能力

物理微实验在提升学生科学探究能力方面具有独特的教学价值。为此，教师根据新授课、复习课、习题课、讲评课等不同课型的教学特点，充分利用身边废旧的生活物品设计一些小微实验，并研究其教学应用时机、教学应用策略，具有十分重要的现实意义。下面，以“杠杆”新授课为例，就如何创设初中物理“微实验课堂”进行探讨，希望对各位同行有所启发。

一、借助微实验导入新课，激发学生探究欲望

杠杆是生活中常见的简单机械，学生每天都会接触。筷子、夹子、剪刀，包括人身体上的手臂、脚踝等，这些都是杠杆。在讲授“杠杆”这一概念时，教师以往的教学方式往往是先给出概念—— 一根在力的作用下绕着固定点转动的硬棒，然后再让学生举出生活中常见的杠杆有哪些。这种方式下，一个枯燥的概念就先入为主了。这种教学方式味同嚼蜡。在杠杆概念的讲授中，教师应放手让学生利用经常用到的剪刀、夹子、钳子等，让学生动手使用这些器材并观察思考它们在不同状态时的共同点，引导学生提炼这些随手可见的装置的共性，并指出具有这种共性的物体就称作杠杆。通过这些简单易操作的微实验可以真正帮助学生在大脑中自然生成物理概念。

例如，可以用剪刀、夹子、钳子设计生活中的杠杆：（1）学生用剪刀剪废旧纸板，观察剪刀的状态。（2）学生拿出不同状态的夹子，观察夹子打开和夹上物品时的状态。（3）学生观察用钳子撬起图钉的状态。学生在做的过程中，教师追问以上器材在使用过程中的共同点。

这些实验分组做或者自行完成都可以，教师引导学生归纳其工作时的共同特点，从而引出杠杆的定义—— 一根在力的作用下绕一固定点转动的硬棒叫作杠杆。同时，通过观察各种类型的杠杆，学生不难发现，杠杆可以是直的，也可以是弯曲的，形状各异。微实验的演示，不仅自然地引出了新课，在学生头脑中建构了杠杆的物理概念，同时大大激发了学生探究杠杆相关知识的欲望。

二、借助微实验突破教学重难点，培养学生探究思维

依据课程标准和教材分析，画力臂是本节课的教学重点。为了让学生在大脑中形象直观地建构力臂这一概念，突破本节课教学的重难点内容，教师可利用废旧的白色的纸板、杠杆尺、支架、钩码、弹簧测力计、剪刀、红色金属丝等创设微实验，把抽象的力臂变为可直观呈现的实物，从而变抽象为直观。

例如，直接在杠杆尺上呈现力臂（探究当力垂直作用在杠杆上时的力臂）。实验器材为杠杆尺、钩码、弹簧测力计。教师首先组装好一个简易的杠杆，并调节杠杆使其在水平位置平衡，两侧的力与杠杆垂直时，教师让学生分析力臂，学生能比较容易判断出力臂就在杠杆上，指出哪一段是力臂。这种方式不仅能让学生直观地在杠杆尺上找到力臂，同时也为后面探究杠杆平衡条件做了铺垫。

又如，利用纸板和金属丝呈现力臂（探究当力不垂直作用在杠杆上时的力臂）。实验器材为杠杆尺、支架、钩码、弹簧测力计、废旧纸板、红色金属丝。

（1）在杠杆左端悬挂两个钩码，另一端在合适的位置利用弹簧测力计竖直向下拉动杠杆，使杠杆在水平位置平衡，此时动力臂为圆的半径。（2）改变弹簧测力计的拉动方向，使红色金属丝与弹簧测力计秤钩在同一直线，红色金属丝可以直观地表示出力的作用线。调整拉力方向，使与秤钩同一直线的金属丝B与圆盘上的金属丝A垂直。此时，金属丝B所在直线为力的作用线，金属丝A经过支点且垂直于力的作用线为动力臂（仍然为圆的半径）。大家都知道圆的半径相同，使力的方向和圆盘相切，这时圆的半径就是力臂。利用红色金属丝表示出力的作用线和力臂，学生可以直观看到作用线的方向和力臂的长短。教师不断地改变力的方向但始终和圆盘相切，力臂始终是圆盘的半径长。通过多次的直观展示，让学生深刻理解力臂的概念，学生就能够在头脑中清晰地想象出力的作用线并判断出力臂。

再如，利用齿轮圆盘和卡纸呈现力臂（探究当力不垂直作用在杠杆上时的力臂）。学生在实验的过程中发现金属丝太细不方便观察，如果用粗的金属丝又发现力的作用线和力臂（圆的半径）不能垂直，没法直观地呈现出力臂和力的作用线的关系。于是进行改进，把圆盘做成齿轮形状，支点在齿轮的圆心，力的方向和齿轮相切，力臂是半径长。为了更加直观地观察力臂，用一个红色的卡纸剪成箭头形状，一端固定在圆盘齿轮的圆心上，另一端指向力的作用线，直观简易的力臂就体现出来了。在此实验中，学生在力臂的判断过程中，存在的主要问题是不能很好地理解力臂的定义——支点到力的作用线的距离，因為力的作用线和力臂都是一个抽象的概念，不是一个具体的实物呈现。学生很容易将力的作用线理解成力的作用点，判断的时候就只考虑支点到力的作用点的距离。即使能判断出力的作用线，但部分学生在画力臂时常常会沿水平或者竖直方向去判断距离画出力臂。基于以上学情，本实验设计的重点在于：利用红色金属丝，形象直观地描述出力的作用线;借助废旧圆盘与金属丝的组合，使力臂具体化为圆盘的半径。通过直观展示力的作用线与力臂，让学生有直观的认识;通过变化力的作用线的方向，多次判断强化对力臂定义的理解，实现从抽象到直观的转变。而齿轮的圆盘又使力臂更加形象和直观，从而为后面学习“滑轮的本质是杠杆的变形”做好铺垫，可谓一举两得。

还如，对杠杆尺的不稳定性的改进（力臂探究实验中的创新）。学生在利用杠杆尺探究力臂的过程中又有新的发现。发现杠杆尺稳定性比较差，在左右挂钩码时由于有先后顺序，所以在杠杆尺一边有负重的情况下，必须用手扶稳，否则极易围绕支点大幅度偏转，稍有不慎钩码就会掉落桌面，导致实验不能顺利进行。学生在接二连三地经历了钩码落地的窘迫后，不禁思考：如何让杠杆尺在一定范围内转动，又不会使钩码落地？学生经过反复摸索，最终在支点上方0.5cm处设置牢固的障碍卡（废旧铁丝弯成的），使杠杆尺能在有限范围内偏转而不影响杠杆尺的平衡效果。在此实验中，杠杆尺上加障碍卡，限制偏转幅度，可以有效保障实验进程。一个小小的障碍卡体现了学生遇到问题解决问题的能力。应了那句话：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。

学生在整个力臂微实验探究的过程中，不仅深刻理解并掌握了力臂的概念和画法，更重要的是掌握了一种探究问题的方法，从而使探究思维不断地得到提升。

三、借助微实验实现学以致用，提升学生探究能力

物理知识来源于生活又服务于生活。在学生探究完杠杆平衡条件后，教师可以引导学生利用杠杆原理设计生活中的省力杠杆，做到学以致用。

例如，利用细棍设计省力杠杆。实验器材为3根5cm长的细棍、1段缝衣服用的细线、1个装有水的饮料瓶。（1）用细线系住饮料瓶的瓶口，其中一根细棍放在桌子边沿，把系饮料瓶的细线挂在第一根细棍上，用手按住细棍的另一端。（2）第二根细棍把线撑起来。第三根细棍抵住第一根细棍的头部，再把它的尾部抵在第二根细棍的中间位置。调整好重心，慢慢移开压住第一根细棍的手，饮料瓶稳稳地挂了起来。这种省力杠杆在生活中用处很大，如指甲刀、瓶起子、鉗子等。高品质的物理学习的核心就是让学生学会运用物理知识和方法来解决实际问题，就是我们经常说的学以致用。

又如，设计蜡烛跷跷板。实验器材为2个碗，缝衣针、蜡烛、剪刀、打火机各1个。一个缝衣针穿过一根蜡烛，就形成一个杠杆。针的两端蜡烛质量不相等，就会使两端力和力臂的乘积不相等。乘积大的一端向下倾斜，这一端的火苗燃烧使蜡烛熔化较快，力和力臂的乘积小于另一端，从而向上翘起;反之，另一端力和力臂的乘积变小后又会向上翘起……这就像我们小时候玩的跷跷板一样，蜡烛跷跷板便做成了。物理知识的学习不是枯燥乏味的，教师要引导学生创设有趣的蕴含物理知识的微实验，培养学生在做中学、玩中学，学生的探究思维才能真正调动起来，真正体会学习的快乐。

目前，物理微实验的学术研究与实践探索刚刚起步，对以微实验为手段培养学生科学探究能力的认识尚不够，指向探究能力提升的初中物理“微实验课堂”创设方面的研究尚不完善。只要我们加强探索，必将摸索出一条简单易行、方便操作的提升学生科学探究能力的新路径，从而使初中学生科学探究能力提升由一个抽象的理念变成一个看得见、摸得着的行动。

参考文献：

丁玉祥.学生自主创新实验的意义、价值与实践路径[J].实验教学与仪器，2009（5）.

注：本文系江苏省教育科学“十三五”规划2020年度重点课题“指向探究能力提升的初中物理微实验开发与应用研究”（批准号：B-b/2020/02/194）的阶段性成果。