“双减”政策下初中物理实验教学的改进研究

来源:用户上传      作者:秦宇飞　杨晓辉　张进富　黄国锋　柴万东

　　 摘 要：物理是以观察、实验和逻辑相结合的科学，物理实验在物理教学过程中具有极其重要的作用，现有实验课中由于部分实验仪器自身局限性，出现定量研究不够精细、数据处理效率低、不能更好地拓宽学生的知识面等问题。本文以“做功改变物体内能”实验为例，将传感器引入初中物理实验中，通过引入气体压强传感器、温度及湿度传感器，对实验过程中物理量的细微变化进行探测并实时显示，结合相应软件得出相关物理量变化曲线图，使实验过程及结果更加直观可靠。
　　 关键词：双减;教学效率;传感器;改进实验
　　中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2022）04-0082-03
　　1 实验教学改进的必要性
　　1.1 时代背景的需求
　　 2021年7月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》，指出要“大力提升教育教学质量，确保学生在校内学足学好”。“双减”背景下要求学校教育要以“减负增效”为导向，教师要在有限的教学时间之内改进教学手段保证教学质量，提升学生的学习兴趣，提高教学效率。初中物理的教学内容多是以学生的生活和经验为背景，根据物理现象，总结物理规律，揭示物理本质。“双减”政策使学生有了较充分的时间，通过改进物理实验装置，可提高学生的参与热情、激发培养学生的学习兴趣、开拓学生的知识面、更好地提高教学效率。
　　1.2 物理课程标准的要求
　　 根据《义务教育物理课程标准》（2021版），“物理是一门注重实验的自然科学基础课程，此阶段的物理课程应注意让学生经历实验探究过程，学习科学知识和科学探究方法，提高分析问题和解决问题的能力”[1]。生动有趣的演示实验，有助于提高学生的学习兴趣，理解抽象的物理规律;直观形象的物理现象及数据显示，可以培养学生的观察能力;精确的实验数据分析可以提高分析问题解决问题的能力，培养学生严谨的科学态度。现有物理实验仪器存在定量研究不够精细、数据处理效率低的局限性。
　　1.3 科技发展的必然
　　 现如今信息科学技术高速发展，传感器等科学技术广泛应用于生活生产实践当中。日常生活中自动控制温度的电饭锅、远距离控制的自动开关门、电视遥控器和手机中横屏竖屏的切换;工业生产中测量工厂内湿度的湿度计、烟雾报警器等都用到了传感器及相关技术。初中物理教材实验中也多次提到传感器技术的应用，人教版初中物理教材中的“用传感器比较不同物质的比热容”“电磁波的发射与接收”“用传感器研究气体压强和流速的关系”“利用传感器观察不同音叉波形”都用到了传感器[2]。把传感器等现代科技设备引入初中物理实验教学中，对物理实验装置进行改进，使用传感器采集相应的物理量并实时直观显示，用相应的软件对数据进行处理，得出物理量变化规律的图像。使实验精细化、可视化且易于操作，方便深入研究物理现象和规律，提高学生的参与热情以及实验能力，加强了课程内容与现代社会和科技发展的联系。
　　2 改进实验原则
　　2.1 科学性原则
　　 九年级的学生在前面课程中已经学会温度计的使用，引入温度传感器不会削弱应有知识的掌握。实验装置的改进注重了可行性、安全性、易操作性、合理性、科学性等原则。能够保证实验教学的科学、准确，遵循物理客观规律，充分发挥实验的教学功能，充分体现教育价值。
　　2.2 贴近生活原则
　　 根据新课标课程基本理念“使学生从生活走向物理”[1]，实验改进贴近学生生活，符合学生认知特点和思维水平，注重培养学生将科学技术应用于日常生活的意识，激发学生将日常生活用品和新科技产品紧密结合应用于物理实验探究的想法，培养学生参加、观察、制作、调查等科学实践活动的兴趣。
　　2.3 多样化原则
　　 实验装置的改进，遵循了多样化原则，主要包括实验仪器选取的多样化和教学方式的多样化。实验仪器的选取不局限于文中所选物品，可以就地取材，多样化地选取与现代科技设备相关的及生活中常见的物品，引导学生亲自参与实验装置的制作和实验内容的探究，学生历经科学探究过程，掌握科学研究方法，达到“合理使用信息科学技术，培养创新精神和实践能力”[1]的课标要求。
　　3 “做功改变物体内能”实验改进
　　 初中教材“做功改变物体内能”实验中，如何改变物体的内能以及用明显的实验现象展示内能的变化，得出科学的结论是教学难点。传统的实验装置存在着很大程度的不足，引入传感器等装置对原有实验装置进行改进，可以最大限度地克服这些困难，提升教学效率。
　　3.1 原实验方案中存在的不足
　　 图1、图2为人教版初中物理内能一章中的演示实验。在图1中把硝化棉放入配有活塞的厚玻璃筒中，实验时把活塞迅速下压，硝化棉被引燃，说明气体温度升高，内能增加，证明做功可以改变气体内能;如图2中在瓶中装入少量水，不断向烧瓶充气至塞子跳起，可以看到瓶内出现白雾，瓶中水蒸气液化成了小水滴，说明气体膨胀对外做功，温度降低，内能减小，证明做功改变物体的内能。
　　 图1装置空气压缩引火仪操作需要一定的力量和技巧，往往受压活塞的力度和速度不够，空气潮湿硝化棉受潮等因素制约，而导致演示效果不佳[3]，实验成功率较低，学生切身参与到实验操作当中有困难;对瓶内打气增大气体压强无法定量展示瓶内气压大小，学生会怀疑是否是由于压缩气体做功而导致内能发生改变;硝化棉燃烧放出有害气体污染环境。
　　 图2装置由于温度变化不明显、后排学生看不清瓶内白雾、无法定量显示液化程度，导致学生对瓶内温度是否降低存在疑问;瓶内气压增大软木塞弹出存在安全隐患。
　　 两装置没有直观反映物体内能变化的物理量，最好能用温度变化定量反映物体内能变化[4]，也无法定量反应瓶内气压的变化;压缩气体做功与气体膨胀对外做功是两个分立的实验，但是后者的前半个过程与前者重复，实验装置分离操作耗时耗力;玻璃壁质量问题和操作不当等会存在安全隐患。

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