物理课外实验作业的分类设计与素材获取

［摘 要］依据教学需求和实验内容，物理课外实验作业可分为观察体验类、验证复习类、测量应用类、知识拓展类和仪器制作类。为提高物理课外实验作业的有效性，应针对不同类型的作业采取相应的设计策略。同时从课本、习题、网络、生活中广泛搜集素材，为有效设计物理课外实验作业奠定基础。

［关键词］物理课外实验作业；分类设计；素材获取

［中图分类号］    G633.7                ［文献标识码］    A                ［文章编号］    1674-6058（2024）29-0044-03

实验是物理教学的重要环节。部分物理教师重视课堂演示实验与学生分组实验，却忽视了课外实验对学生学习的积极影响。设计并应用有趣的物理课外实验，可以巩固学生知识，培养学生的实验操作技能与物理核心素养。物理课外实验作业，即学生按照教师要求在课外独立或合作完成的小实验、小制作，通常是以生活用品作为实验器材，成本低且操作性强。与注重结果的课堂演示实验不同，物理课外实验更注重学生的学习体验，其内容涵盖课外拓展知识，方法多为非常规。分类设计并有效应用物理课外实验作业能更好地促进学生的深度学习。本文以八年级物理为例具体阐述物理课外实验作业的分类设计与素材选取。

一、物理课外实验作业的分类设计

物理课外实验作业内容丰富多样，涵盖观察生活现象、验证物理规律及解决生活实际问题等方面。教师应根据教学需求、学生情况以及作业目标，采取恰当的设计策略，以提高作业的有效性。

（一）观察体验类

当前，部分学生因缺少观察物理现象的机会，导致观察能力弱，思考动力不足，且生活体验匮乏。同时，部分学生即使观察，也往往流于表面，进行的是无效观察。在课堂演示实验中，由于学生不能近距离观看，参与度受限，进而影响实验效果。加之课堂时间与空间限制，能展示的实验现象并不多。因此，设计观察体验类课外实验作业，可有效弥补课堂演示实验的不足，引导学生在生活中多观察、勤思考。

［例1］用老虎钳不断折弯铁丝，感受折弯处的温度变化。

［例2］利用家中的放大镜、老花镜观察近处物体和远处物体。

观察体验类课外实验作业，不需要借助复杂的实验器材，且步骤较为简单，宜于新知学习前布置。为了让学生明确实验目的，理解实验原理，在设计观察体验类课外实验作业时需做好以下几点：（1）先引导学生复习实验相关旧知识，再充分介绍所需新知识。（2）对实验设计思路与步骤进行必要的阐述。（3）明确指出实验观察点，即“看什么”“听什么”“触摸什么”“感受什么”。（4）引导学生思考与实验现象相关联的物理知识。（5）鼓励学生记录意外现象，分析讨论其产生原因。

（二）验证复习类

设计验证复习类课外实验作业旨在让学生在学习课本知识之后再次实践，进而巩固课堂所学知识。此类实验不是简单重复课堂实验，而是对课堂实验的温故知新，既巩固所学物理规律和熟悉实验流程，侧重创新。在实验器材或方法上，其与课堂实验有所区别。教师在设计验证复习类课外实验作业时应善于利用生活用品作为实验器材，优化实验方法，以便于学生居家操作。

［例3］用带探头的数显温度计和家用冰箱验证水的凝固、冰的熔化过程的温度变化规律。

［例4］用镜子和水验证光的色散。

验证复习类课外实验作业通常安排在课后复习阶段，这样有利于深化学生对物理概念的理解，提升学生的数据处理与分析技能及实验操作技能。鉴于学生对实验已较为熟悉，作业的文字引导可适当简化。设计作业时，可融合实验练习题，将书面练习与实验操作相结合，以实验操作加深对练习题的理解，同时利用书面练习推动实验操作中的思维深化。设计验证复习类课外实验作业时需注意以下几点：（1）了解学生对物理知识的掌握程度。（2）引导学生进行科学记录：定性观察实验要准确记录实验现象，规范表述实验结果；定量测量实验要利用表格、坐标系等工具记录和分析数据。同时，记录实验中的失败操作、错误现象和突发情况等，为后续教学提供解析素材。（3）引导学生分析实验误差产生的原因，并思考改进方法。（4）筛选与实验相配套的练习。

（三）测量应用类

在教学物理量的测量方法后，教师可引导学生将其应用于生活。有的物理量可直接用仪表测量，如电流、电压、力；有的则需间接测量，如效率、功率。测量应用类课外实验作业常涉及间接测量的物理量，要求学生利用直接测量的结果，结合公式计算得出。测量应用类课外实验目的明确、步骤清晰，使用生活中的测量工具就可以完成。

［例5］利用学校操场内侧跑道的长度和手表，测量自己正常步行的速度。

［例6］测量并计算自己上楼梯的功率。

测量应用类课外实验作业能加深学生对物理概念的理解，进一步提升学生的测量技能，使学生体会知识的应用价值，培养学以致用的能力。由于每个直接测量数据都直接影响最终结果，因此作业设计需注意以下几点：（1）引导学生复习相关物理量概念和计算公式。（2）指导学生科学使用测量工具，规范记录数据。（3）引导学生分析实验误差的来源及减少实验误差的方法。（4）引导学生对实验进行改进。（5）引导学生将实验过程撰写成实验报告，确保实验报告内容完整，包括实验名称、实验原理、实验器材、实验步骤、实验数据记录、实验结果分析、实验误差分析等。

（四）知识拓展类

知识拓展类课外实验作业依托非教材实验，引导学生探究习题中出现的物理问题及其成因。知识拓展类课外实验不限定实验器材与过程，对学生综合能力要求较高，旨在培养学生的实验设计能力和科学探究能力。此类作业建议小组合作完成。知识拓展类课外实验作业强调过程而非结果，因此教师要鼓励学生在完成作业的过程中交流、讨论并优化实验方案。

［例7］探究滑动摩擦力大小与接触面积大小的关系。

［例8］证明从冰箱里拿出的饮料瓶壁上的水是空气中水蒸气的液化，而非瓶中水渗出。

在学生完成知识拓展类课外实验作业的过程中，教师应引导他们自主设计不同的实验方案，避免直接给学生提供实验方案或施加太多限制。设计知识拓展类课外实验作业时，要注意以下几点：（1）明确实验任务和操作范围，引导学生依据实验原理完成实验任务。（2）引导学生进行实验方案的可行性分析。（3）引导学生正确操作和认真思考，并适时优化实验方案。（4）引导学生小组间讨论交流，比较不同实验方案的优劣，以取长补短。

（五）仪器制作类

设计仪器制作类课外实验作业旨在让学生利用生活中的常见材料，制作简易小仪器，并用以测量物理量。此类作业要求学生有较强的动手操作能力，且耗时较长，适合学生组建兴趣小组，分工合作完成。小组内，动手能力强的学生负责制作仪器，其他成员则观摩学习、检验使用效果、给出评价，并共同探讨改进方法。教师应耐心引导，及时帮助，积极评价。在仪器制作过程中，学生会自然思考所用物理方法，理解蕴含的物理原理，深化对物理规律的认识。实际制作中难免会遇到问题，一旦出现问题学生就需要重温知识点，细致分析制作过程，实现对知识的意义建构。完成仪器制作类课外实验作业有助于培养学生的知识迁移与应用能力。

［例9］制作浮力秤，测量物体质量。

［例10］制作气压计，检测高楼层的气压与地面气压。

仪器制作类课外实验作业强调学生学以致用、手脑并用，学生需自选材料、规划流程，最终制作出各具特色的仪器。设计作业时，应注意以下几点：（1）复习相关物理知识和原理，明确制作依据，引导制作方向。（2）必要时展示仪器原型，凸显材料选择和仪器制作的重要性。（3）通过限定仪器的测量范围与精度来提升作业挑战性。（4）鼓励小组动手前进行充分讨论，合理规划实验方案。（5）重视实验后的交流总结，探讨扩大测量范围或提高测量精度的方法，并制定改进方案。

二、物理课外实验作业的素材获取

物理课外实验作业的素材来源广泛，并不仅限于教材中的“想想做做”“动手动脑学物理”“实验”等栏目，还蕴藏于学生的奇思妙想、社会生活及习题之中。教师获取物理课外实验素材可从以下几个方面入手：

（一）挖掘学生的奇思妙想

在日常教学中，学生常会带着疑问求助教师，而教师不一定能准确解释清楚，或学生不一定能听明白教师的解释。此时，可将这些问题转化为课外实验作业，让学生动手探究，这样效果往往胜过教师讲解。比如在讲解温度计的使用时，有学生提问：要想使温度计的测量准确度更高，它的玻璃泡是要大一些还是要小一些？液柱是要粗一些还是细一些？针对这两个问题，教师可引导学生根据温度计的原理进行猜想，并自行组装简易温度计，进行对比实验验证。这要求教师平时多收集学生的问题，探索将其转化为课外实验作业的途径，并且积累学生的实验成果。

（二）开发效果不佳的课堂演示实验

有些课堂演示实验因各种原因导致教学效果欠佳。以气体膨胀对外做功实验为例，即使实验前教师已强调观察重点为瓶塞弹开瞬间的现象，但在实验中学生往往更关注打气过程中玻璃瓶是否会胀裂。加之实验条件限制，瓶口产生的白雾可能淡且出现时间短，致使学生难以看清。为了提高实验效果，教师可结合该实验与学生常玩的游戏，设计物理课外实验作业。具体实验操作为：先将塑料矿泉水瓶的盖子调整至不漏气且松紧适度的状态，再用力旋拧瓶身，当瓶内空间压缩至一定程度时，瓶盖会突然弹开，并伴有白雾产生。此简易实验易于操作，每个学生都能完成并看清相应实验现象，且在保证安全的前提下，还能引导学生探究增加白雾量的方法，从而进一步激发学生的学习兴趣。

（三）开发难懂的练习题

学生有时会碰到一些看似简单，但实际难解的练习题，即便教师解释，学生也因缺乏生活体验或知识体系不完整而难以理解。比如“凸透镜成像实验中，当物体成实像时，用纸片遮住凸透镜的一半，其所成的实像会有什么变化？”，对于这一习题，很多学生误认为实像也会减半。鉴于学生是初学者，其知识储备并不足以支撑他们理解这个问题，教师不应反复讲解，而应让学生亲身体验。将此类习题开发设计为物理课外实验作业，不但能让学生迅速找到答案，而且能让他们探究镜头尺寸、光圈大小与图像亮度之间的关系。

（四）筛选书籍、网络资源

除了教材和习题，教师还可以从物理实验类书籍及网络资源中筛选物理课外实验作业的素材。例如，书籍《趣味物理实验》《玩转科学系列：超有趣的物理小实验》，前者由俄罗斯著名科普作家别莱利曼所著，含近100个趣味物理实验；后者由国内教师籍钦光所著，精选了47个有趣的小实验。此外，专业教育网站如初中学习物理网（https：//www.xwuli.cn/）、中学生科技网（http：//www.zxskj.com/wulixiaoshiyan）等以及短视频App（如快手、抖音）中的实验栏目，均提供了丰富的实验资源。教师可利用这些实验资源开发设计物理课外实验作业，帮助学生更好地开展物理课外实验。

课外实验作业相较于课堂实验作业拥有更灵活的时间和空间。在完成课外实验作业的过程中，学生能更深入地参与实验设计、操作、评估及改进，拓展物理学习的深度与广度。因此，教师应多渠道搜集实验素材，设计多样化的物理课外实验作业，为学生的物理核心素养提升搭建更广阔的平台。

［   参   考   文   献   ］

[1]  徐继迎.初中物理课外实践活动设计：以静电实验为例[J].中学教学参考，2023（17）：45-48.

[2]  岳剑锋.“双减”背景下初中物理家庭实验作业开发与实施路径[J].中学物理教学参考，2023（15）：7-10.

[3]  李芳.课外小组合作实验：培养物理学科素养的有效途径[J].中学教学参考，2021（5）：49-51.

（责任编辑    黄春香）