核心素养助力初中物理实验教学

科学研究方法既是科学家研究问题的方法，也是学生在学习物理中常用的方法。掌握一种科学研究方法胜过解答十个问题。新课标要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。“转换法”是最重要的科学研究方法之一。

所谓“转换法”，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象，将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题，将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的科学研究方法。

在实际教学中，我们可以利用一些低成本的物品作为实验器材的补充。这些低成本物品包括低成本的易得材料和废旧的材料，如乒乓球、橡皮筋、矿泉水瓶、色拉油桶、小木板、铁钉、音乐卡片、铅笔芯、水杯、塑料袋、硬币、易拉罐、饮料瓶、牙膏皮等。这些物品不是实验室里配备好的专门仪器，需要师生用发现的眼光去搜集，用灵巧的双手去加工，为自己做实验所用。下面我就在教学中应用的低成本物品和转换法思路谈谈自己在初中物理实验教学中的一些体会。

（一）转换法思维在低成本的物理实验教学中实施的可行性

1.学生在日常生活中经常接触低成本物品，学生已有转换法方面的经验

如生活中人呼出的气体中有水蒸气，你怎么知道的？人呼出的热气遇到冷的平面镜，镜面上有雾气出现。用手一摸，是水珠。这是水蒸气遇冷形成的。如何判定我们周围的空间有空气？看树叶摆动、红旗飘动，是流动的空气使它们运动。这些都是学生在生活中无意间应用了转换法的例子。教学中引入转换法，学生易于接受和理解，有助于对物理现象和规律的探究。

2.教材中大量使用低成本物品和转换法思路

现行初中物理教材中用到了转换法思路，并且主要使用的是转换研究对象法。例如：小泡沫塑料球在鼓面上跳动——物体振动产生声音；灯泡的亮暗程度不同——电阻大小不同；运动的小车推动木块移动的距离——小车的动能；小磁针放在磁体周围转动——磁场的存在；苹果落地——力的存在和方向；学生使劲鼓掌时感觉手痛——力的作用是相互的；等等。用形象替代抽象，用有形替代无形，符合初中生的思维特点，能使学生更有效地学习和掌握物理知识。

（二）转换法思维在低成本的物理实验中的妙用

为了加深学生对转换法的理解，激发学生的学习积极性，老师给学生讲了一个故事。一天，爱迪生在实验室里工作，他递给助手一个正方体玻璃砖说：“你量量正方体玻璃砖对角线长度。”说完他又低头工作了。过了好半天，爱迪生问：“长度是多少？”他没听见回答，转头看见助手拿着直尺在测量正方体玻璃砖长、宽、高，并拿了测得的数字伏在桌上计算。他说：“时间，时间，怎么费那么多的时间呢？”爱迪生走过来，拿起那个正方体玻璃砖放在桌面上，沿着正方体玻璃砖在桌面上画一个正方形，再向右移动正方体玻璃砖至与正方形对齐（如图4-2-18），最后用直尺测出正方体玻璃砖对角线长度，助手立刻读出了数字。爱迪生说：“这是多么容易的测量方法啊，它又准确，又节省时间，你怎么想不到呢？还去算，那岂不是白白地浪费时间吗？”助手的脸红了。

图4-2-18

在讲故事的时候我会强调爱迪生是一个只读了三个月书的人，而助手是一个大学生。为什么同一个任务，完成的情况会这么不同呢？这是因为爱迪生掌握了一种科学方法，它就是转换法：把难测的正方体玻璃砖对角线的测量转化为测正方体玻璃砖上一点到另一移动记号点间的距离，从而轻松地解决了问题。这就是科学方法的魅力。还可引导学生想到转换法的中国版：曹冲称象。聪明的曹冲把称大象的质量转换为测石头的质量，击败了所有学富五车的大臣们。

（三）转换法思维在低成本的实验探究中的妙用(www.xing528.com)

转换法在初中实验探究中是除了控制变量法外的一种最常用的方法，往往也是实验探究的难点所在。因此，在探究中老师要引导学生积极思考如何转换。例如，探究浮力产生的原因时，浮力产生原因及方向需要间接显示出来。我们将矿泉水瓶的底部切掉，瓶口朝下，把乒乓球放入其中并落在瓶颈处，从上面倒水，直到水满后，乒乓球也不会浮起来，如图4-2-19所示。而只要用手从下面堵住瓶口，乒乓球马上会浮起来。这时可引导学生分析乒乓球开始没有浮起来而后来浮起来了的原因，探究出浮力产生的原因和方向。在探究影响动能大小的因素时，动能的大小需要间接呈现出来。我们可以将动能的大小转换成物体被球撞击后运动距离的长短来判断。再如，在探究导体产生的热量与哪些因素有关的实验中，电流通过导体时产生的热量无法直接观测和比较，我们可以为串联电阻丝上火柴头被点燃所用时的不同来说明电热与电阻的关系。

（四）转换法思维在低成本的物理实验教学中实施的步骤

1.寻找物理量或物理现象的特点

（1）物理量虽存在却看不见摸不着，如电场、磁场、电流、红外线、分子、电磁波等等。

（2）物理量所产生的物理现象不易观察到，如物体的振动、力产生的微小形变、液体热胀冷缩的微小变化等等。

2.找出物理量产生的效果

如磁场能产生力的作用，使放入其中的小磁针转动；红外线使物体发热温度升高；紫外线能使荧光物质发光；分子运动使我们闻到气味；等等。

图4-2-19

3.确定能显示效果的方法、低成本物品、实验方案

我们可以通过观察海绵的凹陷程度来研究压力的作用效果；根据灯泡的亮暗或电流表指针偏转幅度比较导体电阻的大小；用温度计来验证红外线的存在及热效应……通过观察，我们可以选用低成本物品发生的明显现象去推理出研究对象的相关规律。实践证明，在教学中适时向学生介绍、点拨，让学生在学习活动中去体验、体会转换法，对于培养学生科学素养，提高学生探究能力，使学生有效地应用物理知识和提高实践能力具有十分重要的作用。

物理学中科学探究方法很多，如何提高探究能力，对学生以什么样的教学方式、遵循什么样的步骤进行适当的科学方法的教育，是值得每一位物理教师认真思考的问题。