器材引入要多一些“建模”少一些“解释”

摘   要：器材引入作为实验教学中的一个环节，长期以来没有受到教师们的足够重视。教师们习惯于在实验教学中将器材直接呈现给学生，让学生“解释”器材的结构或作用，这种器材引入方式的弊端是学生被教师牵着鼻子走，思维受到了限制，基本不需要动脑。为了培养学生的科学思维，实现学科的育人目标，提出器材引入要多一些“建模”少一些“解释”。从这个观点出发，从测量器材、演示器材、分组器材中各选一例，先介绍器材引入的常规教法，在分析点评的基础上，给出这几例器材引入的优化教法，通过对比和反思，总结出了器材引入的几点建议。

关键词：器材引入；建模；解释

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2025）2-0057-4

１    引  言

实验教学在初中物理课堂教学中占据着非常重要的地位，器材引入作为实验教学中的一个环节，长期以来没有受到教师们的足够重视。教师们习惯于实验前将器材放置在讲台上，实验中随手拿来让学生解释器材的结构或作用，由于学生对装置并不熟悉，解释起来也差强人意，教学效果不佳。怎样才能在器材引入环节上充分调动学生学习的主动性，提升学生的思维能力呢？笔者认为，器材引入要多一些“建模”少一些“解释”，即器材引入之前要做好铺垫，要引导学生对该器材进行建模，而不能直接将器材呈现给学生，让他们去解释其结构或作用。

“建模”就是“建立模型”，是科学思维的要素之一，是指通过实验操作或日常生活体验获得感性认识和经验，通过分析、推理、类比、综合等方法，把抽象的事物特征用直观的画图、文字、符号、图像或图表等形式描述出来的一种活动。“解释”是指在观察的基础上进行思考，合理地说明事物变化的原因，事物之间的联系，或者事物发展的规律。

器材引入之前先进行“建模”，能引导学生积极思考，主动探究，通过师生对话，生生互动，调动学生的探究热情，在头脑中主动建构出该器材的一些外观和本质特征；而先呈现器材，让学生 “解释”器材的结构或作用，他们的思维会受到限制，缺乏探究热情，对提供的器材较为陌生，解释起来也就困难重重。然而，在教学实践中，教师们习惯于先直接呈现器材。为了改变这种现状，培养学生的科学思维，实现学科的育人目标，笔者结合平时听课的情况，从测量器材、演示器材、分组器材中各选一例，先介绍器材引入的常规教法，在分析点评的基础上，给出这几例器材引入的优化教法，通过对比和反思，总结出器材引入的几点建议。

２    器材引入的常规教法介绍

【案例１】 测量器材引入——弹簧测力计（常规教法）

师：生活中力是怎么测量出来的呢？

生：用测力计。

教师直接呈现出弹簧测力计（图1）。

问题１：通过阅读课本，说说弹簧测力计是由哪些部分组成的？

生：秤钩、刻度盘、指针、大写字母“Ｎ”。

问题２：弹簧测力计的测量原理是什么？

生：利用“弹簧受到的拉力越大，伸得就越长”的原理。

点评：这是测量工具引入的一个经典案例。教师在提出问题后，直接呈现出弹簧测力计，告诉学生这个是测量力的工具，然后让他们通过阅读课本，解释弹簧测力计的外在结构和测量原理。这种教法的弊端是学生被教师牵着鼻子走，思维受到限制，所需回答的问题基本不需要动脑，质疑和创新的天性得不到释放，“以师为本”的痕迹很重。

【案例２】 演示器材引入——空气压缩引火仪（常规教法）

师：外界对气体做功，气体内能会怎么改变呢？

教师直接呈现出如图２所示的实验装置，并将一干燥棉花放入筒内底部。

问题１：怎样操作才能对筒内空气做功？

生：将活塞向下压。

问题２：通过什么现象可以说明筒内空气内能增加？

学生不知如何回答。

问题３：老师为什么要在筒内放棉花？

问题４：如果棉花燃烧说明什么？

学生依然不知如何回答。

问题５：是不是说明对气体做功，气体内能增加，空气温度达到了棉花的燃点？（教师着急了）

生：是。

点评：这是演示器材引入的一个经典案例。教师直接呈现器材，让学生解释里面的一些实验细节。由于学生第一次接触到这样的演示实验装置，很多地方并不清楚，让学生解释出现了冷场，最后教师问了一个让学生回答“是”或“不是”的无效问题。将演示器材硬塞给学生，学生不清楚器材的结构和原理，主动思考和探究的空间很少，“以生为本”的理念无法得到落实。

【案例３】 分组器材引入——光的反射实验装置（常规教法）

师：刚才我们猜想了光反射时可能遵循的规律，我们该如何通过实验来验证呢？

教师直接呈现如图３所示的实验装置。

问题１：为什么要采用白色纸板？

生：为了显示出光路。

问题２：如何验证反射光线、入射光线和法线在同一平面内？

生：看到白纸板上呈现出反射光线、入射光线和法线就可以了（方案不全面）。

问题３：纸板上为什么要标有角度？

生：为了验证反射角与入射角的大小关系。

点评：这是分组器材引入的一个经典案例。教师直接给学生呈现了光的反射实验装置，问了３个问题。表面上看，通过回答这些问题，可以了解该装置的基本结构和作用，但问题要么比较简单（如问题１和问题３），要么学生回答的实验方案不全面（如问题２）。教师很难通过这３个问题培养学生的科学思维。另外，把装置硬塞给学生，学生不知道为什么需要这个器材？如何正确使用这个器材？感觉很茫然。

３    器材引入的优化教法探讨

以上介绍的测量器材、演示器材、分组器材三个器材引入的案例，具有一定的代表性。这些器材引入的共同点是：先将器材呈现给学生，然后让学生通过看书或观察，去“解释”器材的结构或作用，这样的“解释”没有思维含量，是教师强加给学生的一种行为，不符合“以生为本”的教学理念。如果我们在器材引入前能通过师生对话、生生互动，先让学生对要引入的器材进行“建模”，最后再将真实器材呈现给学生，将会有效提升学生的思维能力。

以下是三个案例的优化教法：

【案例１】 测量器材引入——弹簧测力计（优化教法）

教师准备的材料有：带磁吸的长条白纸板，指针，挂钩，弹簧。

师：生活中力是怎么测量出来的呢？

生：用测力计。

问题１：根据力越大，形变越大，若要设计一个方便测量力的工具，你觉得哪个材料必不可少？为什么？

生：弹簧或橡皮筋。因为弹簧受到的拉力越大，伸得就越长。

问题２：这个测力计的组成中，除了弹簧（或橡皮筋），还应该有哪些东西？

生：还应该有刻度盘、挂钩、指针。

问题３：指针放在什么位置比较好？为什么？

生：指针应该放在刻度盘上方比较好，这样挂钩挂上物体后，指针上下移动的距离较大。

通过师生互动，学生在黑板上逐步添加磁吸零部件，最后建构出一个弹簧测力计的磁吸模型，并将它与实际器材对比，完善磁吸模型。

点评：教师依托学生头脑里对测量工具的元认知，通过有效地提问，建构出一个测力计的磁吸模型，这个过程充分调动了学生的思维力，激发出他们的创造力。最后，教师将弹簧测力计分发给学生，让学生进行观察对比。这样学生对测力计的构造和作用就非常清楚，对比中也产生了成就感，整个过程体现出了“以生为本”的理念。

【案例２】 演示器材引入——空气压缩引火仪（优化教法）

师：外界对气体做功，气体内能会怎么改变呢？（问而不答，卖个关子）

问题１：如果要对气体做功，需要设计一个怎样的装置？

生：一个容器，配一个活塞，压缩活塞就可以对里面的空气做功。

教师拿出空气压缩引火仪，让学生观察，然后教师向下压活塞，对里面的空气做功。

问题２：筒内空气内能增加了吗？怎么证明？

生1：用温度计测量。

生2：温度计放不进去，就是放进去也会被压碎。

生3：能不能放入一个易燃物体，如果燃烧，说明空气内能增加温度上升了。

问题３：你们同意生3的建议吗？采用什么易燃物体呢？

生：同意，棉花。

教师将一小团干燥棉花放入筒底，然后实验。

通过师生对话，生生互动，逐步引入空气压缩引火仪。将建构演示器材模型的过程和呈现实际器材的过程相结合。

点评：教师引入空气压缩引火仪分两步进行：①引入压缩筒；②引入小团干燥棉花。通过师生对话，生生互动，学生了解压缩筒和干燥棉花的作用，另一方面通过空压筒内空气，培养了学生的证据意识。整个过程，将建模和实际操作结合起来，充分调动了学生的主观能动性，演示器材的作用也会深深刻画在学生的脑海中。

【案例３】 分组器材引入——光的反射实验装置（优化教法）

教师准备的材料有：平面镜，白纸板，激光笔，粗的签字笔。

师：刚才我们猜想了光反射时可能遵循的规律，我们该如何通过实验来验证呢？（问而不答，卖个关子）

问题１：你觉得需要用到哪些材料？

生：平面镜、激光笔，还有……（想不起来了）

问题２：如何在实验中方便地显示出光的传播路径？

生1：喷水。

生2：喷水不行，喷水显示的光路一会儿就没有了，可以让激光贴着白纸板传播。

问题３：如何放置这些器材？

生：将平面镜放置在水平桌面上，将白纸板竖直放置在平面镜上，用激光贴着纸照射，观察反射光线。

问题４：为了验证反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内，应对白纸板做怎样的处理？

生：是否可以将白纸板从中间折叠，将激光贴着左边纸板照射，观察左右白纸板在同一平面和不同平面上时，右边纸板上是否有反射光线。

问题５：还需要验证什么？纸板上还需要添加什么？

生：验证反射角与入射角的大小关系，纸板上要添加角度。

通过师生对话，生生互动，在讲台上先放置平面镜，然后垂直放置一个白纸板，将激光贴着纸板照射，然后将白纸板从中间折叠，最后呈现出光的反射装置的模型，并将它与实际装置对比。

点评：为了让光的反射实验装置出现得不突兀，教师引导学生先思考需要的器材，并逐步完善，然后从实验要求的角度出发，将器材在讲台上正确摆放，并对白纸板进行了折叠处理，添加了角度，最后呈现出光的反射实验装置的模型。接着，教师让学生取出实验盒中的装置，将模型与实验装置对比，实验装置的引入自然巧妙。整个过程学生参与度高，思维活跃，达成了学科的育人目标。

４    器材引入的几点建议

４．１    要善于隐藏好实验的器材

器材引入是实验教学的起点，教师要避免直接将器材呈现给学生。例如，前述的三个案例中，常规教法都是将器材直接呈现给学生，学生被动思考，解释自己也不清楚的实验器材或装置，思维受到束缚。正确的做法是，在器材呈现之前要让学生充分讨论，甚至要“卖点关子”，要把握好器材呈现的时机，不到关键时刻千万不要轻易暴露。因此，教师在实验前要隐藏好实验器材，将演示实验器材藏在讲台下，学生分组实验的器材统一放在实验盒中，然后把它们放在地上或抽屉里。隐藏器材是为后面的建模做好准备，学生头脑里越是一张白纸，后面的建模过程就会越精彩。

４．２    要认真预设好互动的问题

在器材引入之前，教师要认真预设好师生互动的问题串，问题串要有一定的开放度，具备一定的思维含量，要能发挥学生的主观能动性，引导学生积极思考，主动探究。例如，前述的三个案例中，优化教法中的问题串，每一个问题都是针对要引入的器材设置的，循序渐进，环环相扣，通过师生互动讨论，逐步在学生脑海里勾勒出要引入器材的基本结构和本质特征。设置这些问题的目的，不仅仅是让学生掌握知识，更多的是让学生通过思维碰撞，主动思考，积极探究，培养质疑和创新意识，提升学科素养。

４．３    要精心设计好建模的方法

器材引入前，要先进行“建模”。初中生形象思维占主导地位，抽象思维普遍不足，建模就是教师通过形象化的手段，调动学生已有的知识，对将要引入的新的实验器材或装置进行逐步建构，这符合初中生的认知特点。教师该如何在课堂中帮助学生建模呢？从前面讨论的优化教法案例１中不难发现，教师可以将器材各部分做成磁吸零部件，在师生互动问答过程中，由学生或教师同步在黑板上“组装”成器材的模型。也可以将实际器材拆解成各个部分，如案例２、案例３，在师生互动问答过程中，由学生或教师同步在讲台上“组装”成器材的雏形。

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部．义务教育物理课程标准（２０２２年版）［S］．北京：北京师范大学出版社，２０２２．

［２］蒋新．突破教学难点需要卖点“关子”——以两个公开课为例［Ｊ］．中学物理教学参考，２０１６，45（１２）：４２－４４.

（栏目编辑    刘   荣）