问题引导下初中物理实验演示教学

一、背景随着《义务教育物理课程标准（2022年版）》的落实，初中物理教学的改革与创新逐渐成为物理教学中的重点内容。很多物理教师从教学实践中认识到：问题引导下物理实验演示教学具有一定优势，能够让学生在解决实际问题的基础上参与到实验演示中，既可锻炼学生的各项能力，又可加深他们对物理现象及原理的理解。这不仅有利于核心素养的落实，还可从某种程度上推动物理教学的改革与创新。基于此，教师将以北师大版八年级下册第八章第三节的“连通器”教学为例，以问题为引导为学生呈现一节生动有趣的实验演示课。二、实施过程（一）设计导入型问题，激发学生的探究兴趣在初中物理实验演示教学中，课堂导入环节是关键，需要教师巧妙设计，让课堂充满趣味，为学生参与后续实验演示教学活动奠定基础。教师为让学生尽快投入实验演示教学活动中，就可结合学生的学习特点及认知水平，从现实生活角度出发，合理设计问题，让学生从问题的探究中增强科学探究意识。在课堂导入前，首先，教师从网络中搜集了与“连通器”相关的资料，如《银河补习班》是一部励志电影，剧中有这样一个片段：影片中的爸爸使用1根塑料软管将爆破塔同一水平位置的两个点成功找出。于是，教师就以该视频片段作为课堂导入视频，让学生对“连通器”知识的学习产生兴趣。其次，教师向学生提问：生活中有许多塑料水管，它们能够帮助工人解决各类问题，这是为什么？引导学生深入思考，让它们试着以桌子上的“塑料管”作为实验材料进行“连通器”的演示，使用这种方式可以找出同一水平上的两个点吗？其科学依据是什么？再次，学生围绕此问题进行实验演示：在“U”型塑料水管的左侧注入水后至P点后，标注出右侧水管此时的水平位置Q点。经过学生目测观察产生这样的认识：通过向水管中注水，可以找出水平位置相同的两个点。最后，教师引导学生继续思考：怎样才能证明这两个点处于同一水平位置？学生经过认真思考与讨论，最终给出问题的答案：把P点和Q点连接起来，将两个点之间的连线和重垂线（使用直角三角板引出“重垂线”）做比较，由此可知，PQ是同一水平线上的两个点。（二）设计引导性问题，锻炼学生的思维能力第一步：假设水管不是竖直的，而是倾斜的，那么还能从水管中找出同一水平线上的两个点吗？引导学生结合问题继续进行实验演示：学生让塑料水管处于倾斜状态，依然按照上述方法，重新找到了P点和Q点，经过“重垂线”检验，新得到的P点和Q点依然处于同一水平线上。第二步：如果将原来的塑料水管换成粗细不同的水管后，或者弯曲形态的水管，那么水管内的液面是否会处于同一水平线上？学生围绕此问题进行实验演示：将塑料水管换成一侧粗一侧细的水管后，重新观察P点和Q点，测量完成后，将水管换为弯曲的水管，再次标记P点和Q点。通过对P点和Q点的观察，学生发现管内的P点和Q点依然处于同一水平线上。学生得出结论：不管塑料管处于倾斜状态、粗细或者弯曲，向其内部注入水之后，在水不再流动的情况下，水管两侧的液面均处于同一水平线上。第三步：假若将这些不同形状的塑料水管组合在一起，那么还会得出上述实验结论吗？让学生深入思考，提高其对“连通器”的认知。教师将实验室中常用的“连通器”展示给学生，并分别向不同的塑料水管注入水，直至管内的水不再流动，让学生仔细观察各个塑料水管的管内液面情况。学生通过观察发现，不论哪一种水管，管内的液面均处于同一水平线上，不受管子形状影响。第四步：找出这些塑料管之间的共性，不论管子形状怎样变化，都可以找出与“U”型管相似的管模型，即管子的上下部均开口，且下部是连通的，由此总结出什么是“连通器”。由此可见，教师根据实验现象设计问题，然后，学生结合实验现象得出结论。（三）设计生活类问题，提高学生的实践能力在实验演示教学中，在介绍水塔模型之前，教师向学生这样描述：“在日常生活中，高层建筑中的住户生活用水离不开水龙头的应用。在不用水时，会将水龙头关闭，用水时，再将水龙头打开”。根据这一原理，教师辅助学生使用矿泉水瓶、饮料瓶、塑料水管等实验材料制作一个生活中常见的水塔模型。当水塔模型设计完成后，教师向学生提问：高层建筑中住户所需的饮用水是如何由水塔传输上去的？让学生结合水塔模型进行思考，经过一番激烈的讨论，学生产生这样一种认识：与住户家输水管相连接的部分是一个巨大的蓄水池，而水池中的水就可沿着输水管给住户家中供水。随后，教师解释水塔工作原理：水塔和每个高层建筑中的住户家中的水龙头是连通的，当水龙头被打开时，水塔及各个水龙头均处于开口状态，而输水管的下部是连通的，这就构成一个完整的“连通器”。学生借助自制水塔模型进行实验演示，就可以从中了解水塔在人们的日常生活中较为常见，如果连通器两侧的水位不同，那么输水管中的水就会由高的一侧流向低的一侧。此时，学生可产生这样的直观认识：高层建筑中的每一个楼层要得到供水，此时水塔的高度就要高于每个楼层。在上述实验演示活动中，对连通器的原理进行了解释，让学生观察连通器的特点，这让他们对连通器有了深层次的理解。而后，教师就可将连通器知识的教学与现实生活联系起来，教师针对生活中如何使用连通器设置问题，旨在利用连通器解决现实生活中的一些问题。（四）设计实践类问题，提高学生的创新能力在日常生活中，人们可借助锅炉加入热水的方式提供高温高压水蒸气。然而锅炉并不透明，在加热时，怎样判断锅炉内水位高低，请大家认真想一想，应该怎样解决这一问题呢？学生针对这一问题进行思考：要想知道锅炉内水位高低，就需要用到“连通器”的知识，在锅炉底部外接一根透明的塑料水管，结合液面相平原理，就可根据塑料水管中液面高度来对锅炉内水位高低的情况做出判断。带着这样的实验思路，教师引导学生对已有的“锅炉水位的测量”实验模型进行改进。首先，学生将利用卡纸将模型中透明“锅炉”遮住，模拟生活中的不透明锅炉，使用玻璃管模拟“水位计”，然后，将卡纸撕掉，通过观察得知，“水位计”中的水面与“锅炉”中的水面处于同一水平面上。学生对此产生疑问：加热后的锅炉会形成大量的水蒸气，在加热条件下，“水位计”中的水面与“锅炉”中的水面还能相平吗？带着这种疑惑，教师指导学生进行实验演示，使用酒精灯对锅炉做加热处理，学生观察到这样一种现象：随着不断加热，“水位计”中的水面与“锅炉”中的水面并不相平，由此得出，此种实验设计并不能将锅炉内部的水面高低位置呈现出来。一些细心的学生意识到：在加热条件下，锅炉与“水位计”并未构成“连通器”，理由是锅炉内部的水受热后变为水蒸气，致使“锅炉”与“水位计”两侧液面上方的气压发生变化，因而液面并不相平。其次，学生再度思考，要想让“水位计”中的水面与“锅炉”中的水面相平，就需将两个液面上的气压保持一致，真的能将锅炉盖子打开吗？实验演示：把锅炉盖子打开后，即使“水位计”中的水面与“锅炉”中的水面相平，可水蒸气不能收集。如何在不打开锅炉盖子的情况下让这两个水面相平，具体该怎么做呢？当学生思考能够把锅炉与“水位计”上端连接时，使两者上方气体保持连通。带着这一思路，教师指导学生对已有的实验模型做出优化与改进，最终让锅炉上方与水位计保持连通，使用酒精灯继续加热，就会发现“水位计”中的水面与“锅炉”中的水面总是相平。教师通过这种与生活密切相关的实验演示教学活动，让学生主动参与到实验模型的设计、制作及改进中，锻炼思维，提高创新能力。三、成效在课堂导入环节，学生围绕教师提出的导入问题进行实验演示，增强探究意识，提高观察能力。在课中实验演示教学环节，学生结合引导型问题展开实验演示，在锻炼思维的同时，提高思维能力。在实践环节，学生根据教师设计的生活类和实践型问题，提高实践能力和创新能力。四、总结与反思（一）总结在课堂导入环节中，教师以视频的方式揭开此次实验演示教学活动的序幕，同时，设计了导入型问题，其目的是让学生对“塑料水管在生活中的妙用”有初步认识，并从“利用塑料水管找水平”这一问题的探究中对“连通器”的学习产生浓厚的兴趣。在课中教学环节，教师优先设计引导型问题，旨在向学生讲授“连通器”的特点及原理等，让他们从理论角度对连通器有初步认识。当学生对“连通器”的相关理论有了一定认识后，教师设计生活类问题，主要目的是将“连通器”的理论教学与生活实践结合，让学生从生活角度理解“连通器”的特点、原理及用途等。教师设计实践类问题，引导学生利用已经掌握的“连通器”知识对已有的实践模型进行改进与优化，从解决问题中提高自主创新能力。总的来看，教师通过这种层层推进的问题设计方式，让学生从初始接触“连通器”到灵活应用“连通器”，实现从理论学习到实践应用的跨越。不仅如此，教师还引导学生在回答问题的过程中展开实验演示，对实验现象认真观察、积极思考，并最终得出实验结论，在这一过程中提高观察、思维、探究及自主学习等能力，以促进学生物理核心素养的培养。（二）反思在课堂导入环节，教师以视频的方式开展此次教学活动，但视频内容相对单一，让学生有种意犹未尽的感觉。因而，在后续的物理实验演示教学中，教师还需丰富视频内容，最大限度地激发学生的探究兴趣。在课中设计问题环节，教师在设计引导问题的过程中，对学生之间的个体差异缺乏关注，需在后续的实验演示教学中采用层次化引导问题的设计，让不同层次的学生逐步投入实验探究中。在设计生活类问题的过程中，教师列举了水塔这一生活实例，倡导学生利用“连通器”原理制作水塔模式，由于课堂时间有限的缘故，学生自主制作时间受限，故对一些实践能力差的学生提出一定的挑战，在后续的教学中，教师可尝试让学生以小组合作的方式弥补这方面的不足。在借助实践类问题展开实验演示教学活动时，虽然学生能够积极主动地回答教师提出的问题，并能够参与到实践活动中，但依然有部分学生无法参与其中，还需要教师在后续的教学活动中关注班级中每一名学生的参与情况，力争实现班级学生的共同提升。五、改进计划1.