非常规实验在物理实验高效课堂各环节的应用对策探究

柯飞武

2022年新义务教育物理课程标准指出：义务教育物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，要面向全体学生，培养学生核心素养，引导学生从实际生活中的各种现象设计实验进行探究得出结论，将实验结论再应用到实际生活中，做到理论和实践相结合，要注重科学探究，倡导教学方式多样化。

实验室的课程资源不仅限于实验室的现有设备，学生身边的物品和器具也是重要的实验室资源。非常规物理实验要与常规物理实验、多媒体课件、各种辅助实验、模拟实验及仿真实验有机结合，优势互补，使物理实验课堂更加高效。

现阶段学校物理实验室里虽然实验器材比较齐全，是“厂家生产的专门器材”，但是物理教学中开展规范、定量、严肃的物理实验教学活动和生活关联小，学生对这些器材感到陌生。而非常规实验来自学生日常生活，用生活中的瓶瓶罐罐、生活物品、各种材料、儿童玩具、工厂废料及至人体自身等做物理实验，贴近学生的生活，现象更直观明了、充满趣味，更容易激发学生的实验探究精神，提高学习物理的兴趣，增强学生的动手能力，更能引起学生积极主动思维，更有利于促进学生思维发展、学生实践能力的提高，提高探究与创新能力。

文章从我校高效课堂教学模式的“预学”“导学”“共学”“展学”“思学”“导学测评”等六个环节来探讨如何利用非常规实验来切实达到物理实验教学的高效。

一、 非常规实验在“预学”环节的应用

在“预学”环节里，传统教学中预习模式相对简单，为使物理实验课堂更加高效，要精心设计非常规实验方案自主实验探究，来指导强化预习，帮助教师了解学生的水平，提高课堂教学的针对性。

在之前的实验教学中，学生的预习大部分是看书、做习题，单调乏味的预习方式显然效果不佳，而且这样的预习就把本该通过猜想、实验得出的实验结论提前学习了，这样就把物理的“探究式实验”变成了“验证式实验”，学生的实验探究能力得不到训练，学生的创新能力得不到拓展，这明显不符合新课标对实验教学的要求。

非常规实验很好地解决了这一问题。我们设计符合物理实验新课教学相关的非常规实验方案，利用课余时间，让学生有更多的时间和精力去探究，充分挖掘学生的实践能力，力求达到更好的预习目的。

案例一：在探究“影响滑动摩擦力大小的因素”实验中，让学生先观看中国队参加拔河比赛的视频，同时组织学生进行拔河比赛，激发学生的探究兴趣，讨论拔河比赛取得胜利的因素，分析猜想影响滑动摩擦力大小的因素后，组织开展非常规实验：比较在同一地面推动重的桌子和轻的椅子用力的大小来探究滑动摩擦力和压力的关系；通过在两段光滑和粗糙的地面推桌子用力的大小来探究滑动摩擦力和接触面的粗糙程度的关系。

案例二：在探究“影响重力势能大小的因素”实验中，让学生先根据生活调查高空抛物的危害并讨论产生这种危害的原因，分析猜想影响重力势能的影响因素后，组织开展非常规实验：拿两个质量一样的铅球从不同高度落到泥地里，通过观察泥地的凹陷程度来比较重力势能与高度的关系；拿两个体积一样的木球和铅球(质量不同)从同一高度落到泥地里，通过观察泥地的凹陷程度来比较重力势能与质量的关系。

案例三：在探究“影响压强(压力的作用效果)大小的因素”实验中，让学生用手指捏住图钉的两端，感受捏图钉尖和图钉帽时手指的疼痛情况，分析猜想影响(压强)压力的作用效果大小的因素后，组织开展非常规实验：学生在泥地里单脚站和双脚站，观察泥地的凹陷程度比较压强(压力的作用效果)与受力面积的关系；取两块相同的木板放在泥地上，让大人和小孩站在木板上，观察泥地的凹陷程度来比较压强(压力的作用效果)与压力的关系。

二、 非常规实验在“导学”环节的应用

在“导学”环节中，教师将传统的、感性的繁复讲解，通过各种有趣的非常规实验，锤炼成语言简洁、讲解清晰的导学方案，指导学生学习、思索和拓展，高效学习。

在新课教学的“导学”环节，选择一些结构简单、现象明显、体验性强，实验时间短、新颖奇特的非常规实验当堂实验，通过学生的当场体验和观察导入新课激活学生的思维，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学情感，让学生构建完整的知识体系，并逐步内化，提高学习效率。在这个环节中，非常规实验比实验室里的“厂制实验器材”体验性更强，更加贴近学生的认知，更容易和学生产生共鸣，进而激发学生的兴趣，使物理实验课堂更加高效。

案例一：在学习“光的直线传播”时，在学生的认识里，光的直线传播是容易理解的，生活中也有很多例子可以说明，也可以进行实验。在传统教学中，教师做演示实验来引导学生观察光从空气斜射入水中发生折射的现象来进行说明，而对“均匀”这个条件不曾用实验验证，为此，教师可以拿一个玻璃缸，向玻璃缸中加水，然后用长颈漏斗向水中注入糖水，多次试验选择实验最明显的来展示光在非均匀介质中的传播路径不是直线的现象，来导入新课。因为学生在预习中、在生活中看了很多光的直线传播现象，对本实验光的传播不是直线充满好奇心，从而更有效地导入新课。

案例二：在探究“流体压强和流速的关系”时，由于本节课知识点较少，教师可以多选择一些新奇特的非常规实验来导入新课，充分激发学生学习的兴趣。拿一把电吹风打开开关让风向上吹，把一乒乓球放在电吹风口上，移动电吹风，发现乒乓球跟着一起移动。把两个气球充满气，用细线把气球口扎紧，将木杆两端放在离地面1米高的支架上，以保持木杆水平。用细线把两个气球绑在木杆上，使两个气球的高度一致，相距约30厘米，当两个气球静止时，用嘴在它们之间吹气，发现气流从两气球中间流过时，两气球会相互靠近。

案例三：在学习“汽化和液化”时，和学生一起制作有趣的小实验《纸锅烧水》，通过实验发现在水烧干前，水都沸腾了，但是纸锅没有被火烧着，通过新奇特非常规实验激发学生的好奇心和学习兴趣，更高效地引入新课。

案例四：在学习“压强”的时候取出一些气球，用一根针去扎气球，结果气球爆炸。当我让学生用一大把针去扎气球出现非但不爆反而意外反弹回的现象。把鸡蛋握在手中，使劲握也难以破碎，但手拿鸡蛋在碗边轻轻一敲即破。利用这些新奇特非常规实验来刺激学生的好奇心，产生一种求知欲，从而更有效地引入新课。

案例五：在学习“杠杆的平衡条件”时，选用一支普通蜡烛、一枚大号缝衣针、两只玻璃杯。用小刀将蜡烛两端削尖并露出烛芯，将缝衣针垂直穿过蜡烛重心。为使蜡烛跷跷板保持水平位置平衡，可用小刀对蜡烛两端分别进行适当削剪，同时点燃蜡烛两端烛芯，由于两端燃烧速度不可能完全相同，导致燃烧速度快的一端滴的蜡烛油比燃烧速度慢的一端多，如在本实验中左端燃烧速度快，这时蜡烛右端下沉，由于火焰向上，这时又出现右端燃烧速度快，导致左端下沉，如此往复，形成蜡烛跷跷板。学生在感受“跷跷板”的气氛中导入新课。

案例六：人教版物理教材中，学生初步学习的课程就是长度的测量，长度测量用的工具是刻度尺，对学生来说是人手一把，基本上都会一些简单的使用。在教学上缺少新颖，学生对物理入门课的学习感觉枯燥无味。在新课的学习前，把地方特色当作非常规实验引入物理课堂。仙游红木家具和红木工艺品非常出名，大部分学生对红木工艺有所了解。在课前，布置学生去调查和了解红木佛珠所用游标卡尺的使用方法和红木家具所用的“鲁班尺”的使用和由来。学生在小组合作学习展示游标卡尺和“鲁班尺”的知识时，导入新课，学生的兴趣空前高涨，从而物理的第一节长度测量的学习更加高效，也为后续物理的实验教与学打下良好的基础。另外，后续学习天平的使用时，也可以借助佛珠工艺中测量质量的天平的调查来导入新课。

三、 非常规实验在“共学”“展学”环节的应用

在“共学”和“展学”环节，学生通过预学已经掌握的知识进行简单的梳理，结合学生实际生活中的各种非常规实验，创设学习情境，以小组合作作为主要学习方式，让学生在“质疑—释疑”的循环中获得持续提高。合作探究后，让学生走向讲台，讲述本小组的非常规实验方案、实验过程以及实验成果结论，并进行归纳总结，达成学习目标。学生在展示过程中，理解更加深入，实验能力得到提升，素养得以达成。在这个过程，实验室里的“厂制实验器材”为了节省上课的时间，都是组装好了的，限制了学生实验设计的框架，这样导致学生的实验设计创新能力略显不足，而且很多器材过大，占地方，学生在小组合作学习的过程中不方便所有成员共同探讨研究；而非常规实验中，学生可以有不同的实验器材充分利用不同的实验场景，真正地提高学生实验设计的创新能力，而且更加接地气，更加容易激发学生的实验探究精神。

案例一：在学习“平面镜成像”这节课时，可以让学生在课堂在做一些非常规实验：利用两块相互平行的平面镜，观察笔在两块平面镜形成的无数个像；利用两块互成角度的平面镜，改变角度观察不同角度下所形成的像的特点；取三面玻璃镜子组成一个三棱镜，再在一头放上一些各色玻璃碎片，这些碎片经过三面玻璃镜子的反射，就会出现对称的图案，看上去就像一朵朵盛开的花。利用这些非常规实验激发学生的好奇心，又培养了探索精神、观察能力、记忆能力、合作意识和规则意识等。

案例二：在学习“凸透镜成像的特点”实验中，传统的实验教学是利用“厂家生产的专门器材”光具座来完成实验的，光具座和生活关联小，学生比较陌生。在本节课里，鼓励学生小组合作，利用生活中的放大镜(老花镜)、白纸和点燃的蜡烛来研究凸透镜成像的特点，小组展示实验成果，利用这些非常规实验器材更贴近学生的生活实际，学生更有热情，而且小组间可以更好地合作完成实验，达到小组自主互助学习的目的。

案例三：教师和学生自身也可以是一种非常规实验器材。在学习“声音的特性”中，学生可以展示唱歌、乐器等，对比不同人的声音来学习音调、响度和音色。在学习“机械运动”时，教师和学生展示并肩同速同方向行走，研究以地面为参照物和以教师为参照物时学生的位置变化来判断学生的运动状态。不可否认，教师和学生是物理教学中非常重要的课程资源，以其动态性、主动性和生成性，“无中生有”“化腐朽为神奇”地实现课程资源的超水平发挥，其中教师作为教育教学活动的直接实施者对学生的影响最为深刻，作为“非常规实验器材”，学生学习的注意力更加集中，能更多更有效参与到实验教学中。

案例四：在学习“大气压强”时，为学生展示设计“自制饮水机”实验。准备一个干净的空矿泉水瓶、一根吸管、一个可以固定的底座、一把可以钻孔的工具、一把剪刀；在矿泉水瓶底部钻一个洞，刚好可以插入吸管；插入吸管并把吸管周围用速溶胶密封；把矿泉水瓶固定在底座上；用手堵住吸管，往矿泉水瓶里倒入水；盖紧盖子，放手，水不会流出，打开瓶盖就可以出水，饮水机就做成了，还可以通过盖子的松紧来控制出水量。注意洞要刚好可以插入吸管，不能太大，如果有缝隙要用胶水黏上。学生展示实验并讲解其科学道理——大气压强。当瓶盖拧紧时，虽然水有重力，但吸管口处在大气压的作用下，水被压在瓶中，不会流出。当瓶盖打开，瓶子上方进入空气，气压和吸管口的气压相等，水在重力的作用下流出来。瓶盖的松紧决定进入矿泉水瓶上方气压的多少，就可以控制出水量。做实验的过程中，要树立：认真观察现象、实事求是地记录、透过现象寻本质的科学探究精神。

四、 非常规实验在“思学”“导学测评”环节的应用

在“思学”“导学测评”环节中，学生对本小组的非常规实验进行交流评估，对实验存在的失败因素、存在的问题查找原因，进行归纳整理，并进行修正和改进，让实验方案更加完美；通过组间交流审阅、同类对比，把有效的方案和经典的事例分类收集。在物理实验课堂结束后，学生要懂得物理“从实践来，回到实践中去”，通过交流评估，利用实验结论和实验过程中出现在问题，利用非常规实验器材，去修正实验探究过程，进而更好地应用于实践。这个过程使用“不怕学生弄坏”的实验器材，教师“放心”，学生“随心”，教师包办代替的成分减少，学生动手实践的机会增多，学生在这个环节中可以大胆对实验进行交流评估，更好地发现实验中的不足并进行修改。

课后，可以把改进后的实验方案作为课后“导学测评”的内容，运用非常规实验来引起学生对作业的重视和兴趣，学会自主思考，感受物理学习的乐趣，激发学生对科学的不懈追求。

学生学习实验课程后，可以创设一定的情景和条件让学生多动脑、动手，有针对性地布置一些实验作业。让学生自己根据学过的知识，设计一些实验小制作，组装各种形式的实验器具，同时可以利用课后时间举办一些实验相关的比赛，把物理作业变得更加有趣，让学生能主动完成作业。

实验室里的“厂制实验器材”很明显不适合学生带回家实验，生活中的瓶瓶罐罐更适合作为学生继续提高实验能力的最好“器材”了，而且利用生活中的这些非常规实验可以更好地进行新课标要求的“跨学科实践”。在具体操作过程中，学生将不断地发现问题、自主解决问题，因此会不断积累直接经验，促进学生形成实践技能。

案例一：初中物理家庭小实验之筷子提米

1. 实验设计缘由

生活处处有物理，我们生活中大大小小很多事件都和摩擦力有关，如果没有摩擦力，那很多事情都做不成，哪怕是非常小非常小的事情，比如拿东西、走路、扎头发、夹菜等。所以摩擦力对我们的生活来说很重要。但是静摩擦力比较抽象，物体处于静止但有相对运动趋势时会受到静摩擦力，学生对静摩擦力经常不会判断或者判断错误。所以，布置学生回家利用摩擦力把米提起来的实验，让学生感受摩擦力的存在以及感受摩擦力的作用，化抽象为具象，体现了从物理走向生活的理念。

2. 实验原理

瓶子里面装上大米之后，每一粒米和筷子之间都存在摩擦力，米受到重力和摩擦力，重力小于最大静摩擦力，所以米被提起来。往米里面加水，米膨胀后增大压力，从而增大米和筷子之间的摩擦力，让一整瓶米更容易被提起来。

3. 实验材料和用具

一个宽口空瓶，一双筷子，一碗米，一小杯水

4. 实验步骤

步骤一：把米装入宽口空瓶子里。

步骤二：把筷子竖直插入米中。

步骤三：把米压实、压平。

步骤四：向米中加入一点点水。

步骤五：隔一会儿，直接提起筷子，一整瓶米就被提起来啦。

案例二：初中物理家庭小实验之自制饮水机

1. 实验设计缘由

我们生活在大气中，因此处处存在大气压强，大气压强看不见摸不着，学生不好理解。他们觉得很多生活现象都理所当然，并不知道里面其实蕴含着物理知识，所以需要通过大量的生活小实验来证明大气压强的存在，比如：喝饮料。把玻璃饮料瓶密封，只留一个吸管口，试一试能不能把饮料吸上来。比如瓶吞鸡蛋、覆杯实验等。通过这些小实验不仅可以让学生认识到大气压的作用，也认识到物理知识的作用，同时，也让他们感受到物理的有趣。矿泉水瓶底部开一个小孔，盖紧瓶盖，水会流出吗？大家持不同意见。因此，布置家庭小实验：水瓶底部开一个小孔，堵住小孔，装满水，盖紧盖子，水会流出吗？通过这个实验延伸小实验：自制饮水机。

2. 实验原理

当瓶盖拧紧时，虽然水有重力，但吸管口处在大气压的作用下，水被压在瓶中，不会流出。当瓶盖打开，瓶子上方进入大气，气压和吸管口的气压相等，饮料在重力的作用下流出来。瓶盖的松紧决定进入矿泉水上方气压的多少，就可以控制出水量。做实验的过程中，要树立：认真观察现象、实事求是地记录、透过现象寻本质的科学探究精神。

3. 实验材料和用具

一个干净空矿泉水，一根吸管，一个可以固定的底座，一把可以钻孔的工具，一把剪刀。

4. 实验步骤

步骤一：在矿泉水底部钻一个洞，刚好可以插入吸管。

步骤二：插入吸管并把吸管周围用速溶胶密封。

步骤三：把矿泉水瓶固定在底座上，并装饰底座。

步骤四：用手堵住吸管，往矿泉水瓶里倒入水。

步骤五：盖紧盖子，放手，饮料不会流出，打开瓶盖就可以出水啦，饮水机就做成啦，还可以通过盖子的松紧来控制出水量。

小贴士：洞要刚好可以插入吸管，不能太大，如果有缝隙要用胶水黏上。

案例三：自制各种测量工具

1. 实验设计缘由

物理是一门以实践为基础的学科，各种物理量都要用到不同的测量工具进行测量。实验室里的各种“厂制”测量工具不能带回家，而且部分精密仪器价格高，容易损坏，教师包办仪器的测量过程现象严重，学生的动手能力得不到锻炼。这时，我们可以利用生活中的材料，来做一些自制测量工具。学生的自制测量工具贴近生活，亲近感强，学习兴趣得到提高，实验能力得到锻炼，测量工具的使用能力得到提升，物理测量的学习更加高效。

2. 实验种类

(1)自制刻度尺：取一彩色卡纸，折叠三次，中间画上分割线，再用刻度尺对准卡纸，上面标出刻度，就可以用来测长度了。

(2)自制天平：取一塑料瓶子，在瓶盖上对称钻两个小洞，用毛线穿过两个洞，并把盖子拧上。取一粗细均匀的细木棍放在盖子上，找到平衡点，然后就用穿过盖子的绳子将筷子固定住。在筷子两头分别挂上两个纸杯，天平做好了。

(3)自制弹簧测力计：取一根合适粗细均匀的弹簧，让弹簧自由悬挂在铁架上，弹簧下端接上一指针，当弹簧不挂任何物体时，在指针所指的位置标出0刻线。在自制弹簧的挂钩上分别悬挂 1N、2N、3N、4N、5N的砝码，分别在指针所指的位置标出相应的刻度值。然后在0刻线和1N中间平均分成10等份，每份就是0.1N，同样的在其他刻度处也标出各刻度线和分度值即可制作完成。

(4)自制密度计：取一根足够长足够粗的吸管，一端用胶水堵住管口同时绑上细铁丝，调整铁丝的长度，使之能竖直漂浮在水中，在吸管上标上刻度(水的密度)；然后继续使之漂浮在不同的已知密度的液体中，在吸管上标上液体的密度值，简易密度计就制作完成了。

(5)自制滑动变阻器：取一根粗一些的2B铅笔芯和两个小金属夹，铅笔芯两端用金属夹夹住，用导线和电源、开关、小灯泡串联在电路中，调节一个小金属夹，发现小灯泡的亮度发生变化，一个简易的滑动变阻器就制作完成了。

下面是本人参考教学同仁们总结设计出的部分非常规实验，供同行们参考：

1. 长度和时间的测量——自制刻度尺测量长度，调查仙游红木佛珠工艺必用的游标卡尺和红木家具必用的鲁班尺的使用方法。

2. 声音的产生和传播——自制土电话、变音口哨。

3. 温度——自制液体温度计和气体温度计(伽利略温度计)测温度。

4. 影响蒸发快慢的因素——让学生调查生活中衣服要怎样才能干得快，制作简易冰箱。

5. 光的直线传播——自制小孔成像照相机。

6. 光的反射——自制潜望镜。

7. 透镜及其应用——水透镜、冰透镜和望远镜。

8. 质量与密度——自制天平。

9. 力——自制弹簧测力计和水平仪。

10. 压强——压强计和喷雾器。

11. 浮力——潜水艇、浮沉子、密度计和孔明灯。

12. 杠杆——自制简易杆秤。

13. 电流和电路——常见电路的设计和连接、实验操作、组装楼梯开关等操作比赛。组装铅笔芯滑动变阻器。

14. 电能、电功、焦耳定律——自制电加热器。

15. 电和磁——自制电磁铁、电动机、发电机。

总之，在物理课堂教学中，要掌握新课程教学理念，根据教材特点、2022年新课标和学生认知规律，布置学生做好非常规实验，用生活中的瓶瓶罐罐、生活物品、各种材料、儿童玩具、工厂废料及至人体自身等做物理实验，置于物理教学环境之中，设计多元方法，运用场合的新异、课堂结构的新颖、教学程式的多样化以及呈现出学生预料之外的新奇现象，都会引起学生的兴趣、好奇心和认知动机，引导学生合作学习，发挥团队精神，培养学生的动手能力，增强学生的实践意识，提升学生的核心素养。当学生看着自己制作的这一件件作品时，肯定会有一个又一个故事浮现在眼前，它带给学生的是美好回忆和无限快乐，让学生真正“爱物理、学物理”，让我们的物理课堂真正达到高效。