一、实验在初中物理新课程中的地位

1、实验是初中物理教学的基础

《九年义务教育物理课程标准》（以下简称“课程标准”）指出：“物理学是由实验和理论两部分组成”。“物理学实验是人类认识世界的一种重要活动，是进行科学研究的基础”。物理学是一门研究自然界物质运动规律的科学，许多物理概念是建立在实验的基础上，如密度和压强等概念的建立、浮力产生的原因、大气有压强、导体对电流的阻碍作用、影响电阻大小的因素、研究欧姆定律等，这些问题离开了实验，学生只能死记硬背、被动接受，而不能体会到物理现象的客观存在性和物理概念建立的必然性。

2、实验是初中物理教学的内容

原《教学大纲》指出：“培养学生初步的观察、实验能力”；“培养学生学习物理的兴趣、实事求是的科学态度和良好的学习习惯”；“学生应该初步具备的实验能力，主要是学会正确使用仪器进行观察、测量和读数，会分析实验数据并得出正确的结论，了解误差的概念，会写简要的实验报告”。因此，实验是中学物理教学的内容之一。

《课程标准》指出：要使学生“具有初步的实验操作技能，会使用简单的实验仪器和测量工具，能测量一些基本的物理量”；“通过参与科学探究活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案”；“乐于参与观察、实验、制作、调查等种学实践活动”。

可见，实验是中学物理教学中的一项内容。因此，在教学过程中不但要重视引导学生观察实验现象，进行猜想、设计、验证等科学探究，更要“让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探究精神、实践能力以及创新意识。”

二、实验在初中物理新课程教学过程中的作用

1、实验能创设情景，激发学习兴趣，提高教学效率

“兴趣是最好的老师”，兴趣是产生动机的重要条件，学生只有对学习对象产生了兴趣，才能提高学习的积极性、主动性和创造性。物理实验具有直观、真实、形象和生动的特点，能激发矛盾，使学生注意力高度集中。

在《苏科版》八年级上“前言”中，课本安排了四个有趣的演示实验和分组实验，认真做好这几个实验，能有效地激发学生学习物理的兴趣，提高教学的效率。例如，在做两只蜡烛燃烧的实验后（图a），此时教师应因势利导，将两只蜡烛的实验深化，问：⑴如果将这两支蜡烛放进上端开口的圆筒里，两支蜡烛会怎样烛燃烧？（图b）⑵如果将这两支蜡烛放进更细一点的250mL的量筒中会怎样？（图c）⑶要让这两支蜡烛燃烧，可以采取什么方法？（图d）在学生充分发表自己的意见后，教师适当地进行点拨，使学生认识到同样是蜡烛在燃烧，但燃烧条件不同结果会不一样，从而告诉学生“为了解开这些物理之谜，在探究物理现象的过程中，我们应该勤于观察，勇于提问，善于探索，联系实际。”

2、实验能帮助学生掌握科学研究的方法

在《课程标准》中提出，科学探究的形式是多种多样的，科学探究的要素有：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作。

 例如“研究气泡在充水玻璃管中运动规律的实验”，教师设计了分次实验的方法：（1）先取一只内径1cm的玻璃管，管中充水并留有一个水泡，翻转玻璃管，让学生看气泡在水中上升。由于玻璃管的内径较大，水中气泡上升很快，达不到观察匀速运动的教学要求。这时教师引导学生提出问题：水泡上升运动的速度很快，它是不是做匀速直线运动？水泡上升运动的速度很快，是不是因为管子的内径太大了？如果换用油来做实验，效果是不是会改变？有学生提出：若用油做实验会造成污染，建议将管子的内径改小后还是用水做实验。（2）教师取出第二只玻璃管，翻转玻璃管让学生观察气泡的运动情况。看起来气泡在管内是匀速向上运动了，但怎样才能确定是匀速运动呢？有同学提出在玻璃管上每隔10cm做一个记号，记录气泡通过每一小段距离所用的时间，加以比较就可以确定了。（3）教师取出第三只玻璃管，上面做上了记号，组织学生记录气泡通过每一段的时间，记在画出的表格中并算出各段的速度。最后经过交流，学生掌握了匀速直线运动的概念、测物体运动速度的方法、速度的计算等知识点。

这个实验的教学过程虽然用时较多，但整个实验过程体现了科学探究的过程，尤其是当一个学生指出用油做实验会浪费并污染环境后，有学生说可以用排油烟机中接下的油做实验，管子的两端密封起来，不污染环境，可以多年使用。这一点已经超出该知识点的范畴了。

众多的演示实验和分组实验，给学生提供了科学探究的舞台，在这个舞台上，学生进行科学研究，探索自然的奧秘。

3、实验能培养学生的各种能力

教师的演示实验和学生的分组实验，能培养学生的各种能力。例如，如图所示，教师设计

清水

盐水

了一种用弹簧测力计测物体受到浮力的分组实验，用以区分两种密度相接近的清水和淡盐水。学生在实验后发现，用该方法并不能区分出清水和盐水。于是教师引导学生思考实验的原理、观察实验器具的刻度、分析引起实验误差的原因。经过交流，学生认为该实验的原理是正确的，只是由于重物的体积较小，在清水和盐水中受到浮力差距不大，弹簧测力计分度值太大，读不出差值，所以实验不能成功。教师又引导学生从改用分度值较小的弹簧测力计或改用体积较大的物体入手，选择新的实验器具重新实验，达到了区分两种液体的目的。

教师也可以设计让学生用普通量筒区别质量相同而密度相近的两种液体（或两个固体）的实验，学生通过实验后用取得的数据，分析、判断出用该方法也不能区分两种物质。学生通过分析，改用分度值小的量筒或改为先测体积后比质量的方法也区分出两种液体。

通过这些实验，不但培养了学生观察能力、动手能力、想象能力、逻辑推理能力、归纳总结能力和交流合作的能力等，还让学生懂得：设计的实验既要符合科学性原则，更要注意可操作性。

4、实验能培养学生的创新意识

初中物理实验器具，有很多是教仪厂生产的，但还有一些教学仪器，应该是教师根据教学内容的需要，用学生身边文具、家中或生活中随手可找到的废弃材料拼凑制作而成。这样，一则可以展开随堂小实验使学生参与物理教学过程，做到师生互动、生生互动；二则弥补了实验器具不足，让学生多观察、多思考；第三点也是最重要的一点，就是让学生懂得：物理实验并不神秘，用身边的“坛坛罐罐”就可以研究深奧的物理知识。

例如，教师让学生做“自制乐器” ：学生们用竹子、塑料管做了哨子、竖笛；有学生用几根橡皮筋做成了高低音不同的“筝”；有的用纸做成鼓，竹筷绑上布条做成锤，当堂敲击大小不同的鼓，发出不同频率的声音。

又如，在课堂上教师可以让学生用铅笔研究：⑴压力、压强；⑵滑动摩擦和滚动摩擦；⑶铅笔痕迹是由不连续的颗粒组成的；⑷研究电阻的大小与长度的关系；⑸做成密度计，研究浮力等。

再如，学生用纸研究：⑴比较纸片下落的快慢；⑵测量纸片下落的速度；⑶惯性；⑷流速和压强的关系等。

教师在用自制的器材演示时，应该告诉学生自制器材的制作过程，一则让学生体验到教师为教学做出的努力，二则让学生知道研究物理规律并不—定要精密的仪器，只要用这些仪器做出的实验，能说明物理道理、研究出物理规律即可。

教师在教学的过程中，随着教学内容，会布置一些课外小实验，由于耳濡目染，学生会找出各种各样的物品做出形态各异的作品来。有的作品构思巧妙，工艺水准较高，从这些作品中，教师就能观察到学生的创新意识。

初中阶段可以布置学生做的小制作有：“自制乐器”、“潜望镜”、“小孔成像”、“照相机”、“量筒”、“天平”、“密度计”、“小鸟入笼”、“土电话”、“水果电池”等。当然，不必也不可能全部安排学生制作，每年做2~3个就可以了。

5、实验能培养学生的严谨的科学态度和科学作风

物理学科本身就要求对客观事物具有实事求是的精神，要求必须尊重客现事实，避免主观臆断。教师要引导学生对实验中的细微末节现象，必须具有敏锐的观察力，及时抓住要点，追根寻源才能获得科学上的重大突破。

例如，在测凸透镜焦距的实验中，一些同学发现，当烛焰和观察者位于凸透镜同侧时，能从凸透镜上看到一个倒立缩小的像和一个正立缩小的像。同学向教师提出这一问题时，教师应首先肯定他们善于观察现象，其次要引导学生认识：在两种介质的介面上光的反射和折射是同时发生的，因而烛焰发出的光经凸透镜第一球面反射时在凸透镜的后方出现正立缩小的像，而在第二球面反射时在凸透镜的前方出现倒立缩小的实像，从而对现象作出了圆满的回答，培养了学生严谨的科学态度和科学作风以及善于发现问题的科学的洞察力。

例如，在研究欧姆定律时，实验中采用5Ω、10Ω、15Ω三个电阻，电压采用1V、2V、3V，在学生通过实验取得了相应的数据后，引导学生对数据进行分析。由于电阻的阻值并不准确、电流表和电压表也不一定精确而且指针不一定在刻度线上，造成数据不一定符合正比或反比的关系。此时教师应多获取几组学生的实验数据进行分析，同时指出学生不正确数据产生的原因，要求学生重新实验，取得新的数据。在分析数据时应指出：（1）当实验的条件在成比例地变化时，注意对应的实验数据是否成比例地变化；（2）一个结论、一个定律的获得，是经过多次的实验数据所证实的，所以我们至少要做三次，最后还要用全班各组的实验数据进行统计，才能得出结论。

类似的实验还有研究重力和质量的关系、研究影响滑动摩擦力大小的因素、研究液体内部压强的关系、研究阿基米德原理等等。通过演示实验和学生分组实验，教师应对发现的一些现象应因势利导，告知学生如何处理，培养学生的科学态度和科学作风。

三、新课程物理实验设计的几个原则

物理教学过程离不开演示实验和分组实验，但在设计新的实验和操作实验时应注意以下几个原则：

1、科学性原则

不论何种实验的设计和改进，首先要考虑的是实验原理和实验现象的科学性，特别是一些实验从表面现象看没有问题，而在伪象掩盖下可能存在科学性错误。

A

C

B

例如，八年级上第五章第三节有关视力矫正的实验，因为使用新编的教材，各校都没有合适的凸透镜、凹透镜，有的教师采用如下图A、B、C三图顺序做实验，A图表示视力正常；B图表示某人近视，蜡烛的像成在视网膜的前方，因此教师将光屏向前移，让蜡烛在光屏上有一个模糊的光影；C图表示凸透镜前加凹透镜，蜡烛的像清楚了，说明佩戴凹透镜可以矫正近视眼。

这里发生的错误是当某人成为近视眼的时候，其晶状体已经变凸，焦距变小，所以物距不变时，像距变小，清晰的像应成在视网膜的前方。而B图是在凸透镜焦距不变的情况下，将光屏当成视网膜，并且将它向前移动，真正的眼睛能这样移动吗？而且在加戴了近视眼镜后，视网膜（光屏）仍在原处，虽然光屏上面的像变清晰了，但是违背了科学性原则。

在讲述大气压时，有教师喜欢做这样的实验说明大气压的存在：  

取两只粗细相差很小的试管，在大试管里装满水，把小试管开口朝上压入大试管里，待小试管静止后，将两试管在竖直平面内旋转180⁰，如图所示，就会看到大试管里的水慢慢从管口a流出，同时小试管自动上升直到大试管的底部。

设试管倒过来的瞬间，小试管底部离管口的平均深度为h，此时以小试管为研究对象，小试管受力的情况是：

重力G，大气压力F₁  = p₀S(p₀为大气压强，S为小试管外径截面积)和水对小试管底部的向下的平均压力F₂ = p _bS (p _b为小试管底部外侧所受平均压强)，设向上方向为正，小试管所受合力为：

F_合 = F₁－F₂－G

设倒置的瞬间水尚未流动，则F₂的大小为：

 F₂ =(p₀－ρ_水gh)S = F₁－ρ_水ghS

∴F_合=ρ_水ghS －G

若ρ_水ghS >G，则F_合>O，小试管就要向上运动；若ρ_水ghS <G，则F_合<O，小试管就要向下运动。在第一种情况下，小试管向上运动后，大试管中的水就被排挤而从管口流出，小试管受力情况基本不变，合力F_合仍然向上，小试管继续向上运动直至大试管的底部。

由以上分析可知，hS就是开始时小试管排开大试管中水的体积，所以，这一实验要成功，就必须在开口向上时先让小试管漂浮在大试管口，然后把小试管压入水中，使小试管排开水的体积增大，再将试管倒置。由此可见，小试管的上升，并非仅由大气压力作用的结果，而是三个力的合力作用的结果。因此，在讲授大气压存在时不宜选用这一实验，而在复习课或提高学生综合运用物理知识能力的讨论中选用这一实验较为科学。

2、安全性原则

不论何种实验，教学活动的参与者总有学生，根据《未成年人保护法》，保护学生的身心健康是教师必须考虑到的。

例如⑴在演示沸点与气压的关系时，最好不要做“气压增大、沸点升高” 的实验，因为容易发生烧瓶承受不往气压而爆裂的现象；⑵在演示气体对外做功、内能减小的实验时，要注意橡皮塞不能对着学生，不能让沸腾的水溅在学生身上；⑶在演示压缩空气做功，内能增大、温度升高、棉花燃烧的实验时，要防止玻璃器皿的突然破裂、硝化棉的爆燃，可采用普通火柴头做燃烧物，不要用乙醚或硝化棉；⑷在演示“内能转化为机械能” 实验时，教师用电子打火器上面套上一只胶卷盒，酒精被点燃后，胶卷盒飞出去。演示时要防止胶卷盒飞到学生身上造成伤害；⑸在演示“碘的升华” 时，不要将碘放在烧杯中加热使碘升华和凝华，因为实验时总有少量的碘蒸气从烧杯口逸出对学生造成伤害，改用“碘锤”；⑹在“观察雪树” 的实验中，应将椎形烧瓶的瓶口用橡皮塞塞紧，不使萘的气味外逸。在一些学校的公开课上，有学校将它作为学生的分组实验，这是不合适的。

3、针对性原则

在正常的教学活动中，离不开实验，教师除了完成规定的实验外，有时还要设计和创新实验。设计和创新实验，一般有三个目的：⑴为完善实验体系，填补空白的实验。如设计了“浮力产生原因”的演示实验、“研究熔化和凝固”的分组实验、“影响电阻大小因素”的分组实验等；⑵为改善课本中规定实验的演示效果。如设计了“焦耳定律演示”的演示实验、“声音在真空中不能传播”的演示实验、“声音能在液体中传播”的演示实验等；⑶与新的教育理论、教育体系相适应的实验。如设计了“探究光的反射定律” 、“弹簧的伸长与外力的关系”的分组实验等。

教师设计的这些实验，简便、直观、原理单一，符合初中学生生理、心理和知识水平，有的实验可激发学生的求知欲望，引入讲授的课题；有的实验用于建立概念和规律的知识准备；有的用于知识深化和训练。

4、简便性原则

演示实验在设计中应排除次要的干扰因素，突出研究对象这—主要矛盾，特别是建立、巩固物理概念或引入课题的定性演示，没有必要为追求过分精密而使仪器结构复杂或操作过程、方法复杂化。

例如在讲述紫外线可以使荧光物质发光辨别纸币时，有的教师从银行中借来验钞机，再通过投影仪放映给学生看，操作过程很复杂。其实市场上就有—种紫光发射器卖，其大小比红色激光笔小，价格也只有几元一只，演示时用它对着纸币的相应部分照射，只要在学生座位绕行—周就可以了。

例如在讲述红外线具有能量时，课本上介绍用温度计放在红外区域中，几分钟后看到温度计示数上升，说明红外线具有能量。实验时操作方法非常复杂，可见度也比较差。我们知道，有一些家用电器是用遥控制器控制工作的，遥控器发射的就是红外线。实验时用遥控器的探头对准寒暑表的液泡，2min内温度计示数明显上升2℃左右。该实验改进后的优点为：（1）不需要大功率的光源色散后形成的红外区域；（2）不需要太阳光色散；（3）学生可以在家中自行做实验。

又如在演示光的直线传播时，课本上用—只大水槽演示，效果固然很好，可有几个学校有这样的大水槽呢？教学活动改成这样安排：用红色激光向一只透明软饮料瓶中间照射，问学生看到什么？学生反映什么也未看到，此时教师问学生：要想看到清晰的光路应采取什么措施？在交流后教师点燃蚊香，使烟雾进入瓶中后，学生反映可以看见光路了。此时教师接着问：夜晚为什么能看到高楼顶上射灯射出的光束？学生回答：说明此时空气中含有大量的小水珠或灰尘。

接着，在饮料瓶中放入清水，激光照射下也看不清光路，教师又问学生该怎么办？学生说：在水中加入一些杂质就行了。果真，在教师向瓶中滴入几滴牛奶后就看见光路了，本实验所能达到的效果已经远远超过教材内容。

又如在研究光的反射定律时，教师在激光笔前加了一小段圆柱玻璃，使一束激光变成了条形光，发动学生制作了“光的反射仪”，课堂内学生用自制的仪器参与教学活动，做到师生互动、生生互动，活跃了课堂教学，完成了探究的过程。

到处可见的饮料瓶、激光笔，可以完成实验，这就是简便性原则。

5、启发性原则

教师的演示实验，应对知识的传授起到提供信息、激化矛盾、引导指点的作用，因此教师在做演示实验时，应有意识地将一个实验分段完成，或将几个实验组合完成。

例如，在讲述、演示“浮力产生的原因” 时，实验的步骤是：

⑴先将石蜡块放入水中，石蜡块漂浮（已有知识）；

⑵将石蜡块浸没水中后松手，石蜡块上浮至漂浮，说明石蜡块受到一个向上的浮力（新授知识）；

⑶将石蜡块不平滑一面浸没水底，在玻璃板上压紧后松手，石蜡块上浮至漂浮，说明石蜡块受到一个向上的浮力（新授知识的应用）；

⑷将石蜡块磨平的一面浸没水底，在玻璃板上压紧后松手，石蜡块不上浮，说明石蜡块没有受到向上的浮力（激化矛盾，分析问题）；

⑸演示“浮力产生原因” 教具，对比教具上下两块橡皮膜向内凹陷的程度，说明浮力是由向上和向下的压力差形成的。（得出结论）

根据研究浮力产生原因实验过程可以看出，由于实验过程层层递进，符合学生的认知过程，每一个实验传递一个知识，且对下一个知识有“承上启下”的作用，达到了由观察实验现象      交流分析     上升到理论高度的教学要求。

6、趣味性原则

虽然有些教学的内容，学生已通过其他渠道获取了，但对教师演示书本上或补充的实验，学生还是会认真观看的。为了更好地吸引学生的注意，教师在实验操作上应加以注意，使一些即便为一般的实验，也要让学生看成是有趣味的实验。因此教师在备课时应反复演练，课堂内不但要一次成功，而且要辅以语言或形体的动作，使学生感到有趣，加深记忆。

例如，引言中的“长、短蜡烛” 、“烧瓶烧鱼”的实验、光直线传播中“手影” 的实验、浮力中“乒乓球不上浮” 的实验、浮力中“潜水艇” 实验等，都是学生喜欢观看的实验。

生动有趣的演示的实验可通过眼、耳等感觉器官对学生产生强烈的感官刺激，让学生留下难忘的记忆，从而提高实验的观察效果。

7、直观性原则

演示实验是几十名学生共同观察同—实验现象的实验，由初中生的年龄特征可知，他们形象思维能力强于逻辑思维的能力，因此，演示实验特别强调直观性原则。

（1）实验引入的直观性：如能用实验表达的物理现象，不要用课件，除非不能做或不允许做的实验。

（2）实验器材的直观性：能用简易仪器做的实验就不用精密仪器；能用日常生活用品做的实验就不用专门仪器，要让学生看到实验仪器后教师一说就能理解。

（3）实验过程的直观性：由于演示实验的对象是几十个学生，因此所用的实验器件要足够大，要保证最后一排的学生也能观看到。对于细小的实验元件或微弱的实验现象，最好用幻灯机或实物投影仪放大到屏幕上。如在讲电流表、电压表的使用和读数时，宜采用投影电表或用实物展示仪放大表头。由于讲台的高度一定，所以要抬高实验器材，最好制作一个专用提盒，演示实验时只要将它反过来放在讲台上，使实验仪器的位置提高，保证全班同学都能观察到。

（4）实验现象的直观性：有些实验的现象看不到或不明显，要设法让学生看到。例如，如何知道音叉在振动呢？可以在音叉旁边放一只乒乓球，乒乓球被撞击而跳动了，说明音叉在振动。又如在讲述电能转化热能时，可用细铜丝缠绕在火柴头上，两个线圈串联后通电，可观察到圈数多的火柴头先燃烧，说明电流相同时，电流的发热与电阻的大小有关。

为了突出实验的主体，要注意实验器材主体与背景的颜色。例如观察液体内部压强的实验中的橡皮膜宜采用红色，因为它比较鲜明；观察浮力产生原因的蜡烛块也宜用红蜡烛制作；U型管压强计中的水也宜染成红色；如果器材的颜色不好改变，教师要变化自己衣服的颜色，注意引起色差而突出主体。

8、超前性原则

使用新的教材，一定要提前较长的時间备课，而且要能备一章的课。因为新书在很多地方都较原来的课本内容做了改进，应增加一些演示实验和分组实验，而新实验器具的制作和准备要花去大量的时间。