生活化初中物理微实验学生自主设计的方法与途径研究

《义务教育物理课程标准（2022 年版）》强调“从生活走向物理，从物理走向社会”，倡导通过科学探究发展学生核心素养。传统实验教学多以教师演示或学生验证为主，学生主动设计能力薄弱，传统实验受制于器材复杂、时空限制等因素难以常态化开展。“生活化微实验”以其器材简易、操作便捷、贴近生活等优势，成为培养学生自主探究能力的理想载体。本研究聚焦学生自主设计环节，旨在提炼可推广的系统方法与实施路径。

一、生活化微实验的教育价值

生活化微实验是指利用日常生活物品（如筷子、塑料瓶、吸管等），设计耗时短、变量少、现象直观的简易实验。可以将抽象概念具象化，如用“火柴导电性转变”实验（干火柴绝缘→湿火柴导电）突破导体与绝缘体界限的认知难点；通过设计“浮沉子”（塑料瓶 + 吸管制作）、“蜡烛跷跷板”（缝衣针 + 蜡烛）等实验，学生动手能力与创新思维显著提升；大多数学生因“纸锅烧水”“水瓶琴”等实验对物理产生持续兴趣，其科学态度与社会责任感同步增强。学生通过抽真空“马德堡半球”拉动两队同学，直观感受大气压威力，抽象公式转化为“可触摸的奇迹”。

二、学生自主设计生活化微实验的核心方法

（一）情境驱动，聚焦生活现象

教师创设与学生日常生活紧密联系的真实情境（如“为什么吸管能吸饮料？”“自行车刹车时为何会发出声音？”），或引导学生主动观察、记录生活中的物理现象（如厨房、交通、运动场景）。激发探究兴趣，明确实验设计的起点和目标源于真实世界。

（二）问题转化，明确探究目标

引导学生将观察到的生活现象或情境中的疑惑，提炼、转化为可探究的物理问题（如“吸饮料与大气压有何关系？”“摩擦生热与刹车声响有何关联？”），并进一步明确实验需探究的具体变量（自变量、因变量、控制变量）。训练科学思维的核心能力——提出问题与变量控制。

（三）器材生活化，创意解决方案

鼓励学生寻找实验室器材的生活替代品（如用矿泉水瓶代替烧杯、用吸管和橡皮泥制作简易连通器、用激光笔和玻璃砖观察折射）。利用身边常见物品组合创新（如用纸杯、棉线制作土电话研究声音传播；用气球、纸屑验证摩擦起电）。聚焦核心物理原理，设计结构极简的实验装置（如用硬币、水杯、纸片演示大气压存在）。突破器材限制，培养资源利用能力和创新思维。

（四）方案设计迭代与可行性评估

学生独立或小组讨论，形成初步实验方案（包括实验目的、猜想、所需生活器材、简要步骤）。

在班级或小组内交流方案，重点评估：生活器材是否易得安全？操作步骤是否清晰可行？变量控制是否合理？能否有效验证猜想？根据反馈，对实验器材、步骤、控制条件进行修改和完善。这样更利用培养严谨的实验设计思维、批判性思维和协作能力。

（五）实践验证与反思改进

学生动手实施自己设计的微实验，记录过程、现象和数据（定性或定量）。引导学生分析结果是否支持猜想，反思设计中存在的问题（如变量控制不严、现象不明显、操作困难），并提出改进设想。体验科学探究的完整过程，培养动手能力、观察记录能力和反思能力。

三、学生自主设计生活化初中物理微实验的实施途径

（一）课堂嵌入式设计

在新课导入或核心概念讲解后，设置“生活小挑战”，引导学生利用刚学知识，设计微型实验解释生活现象或验证规律。如学习“压强”后，设计实验比较宽书包带与窄书包带对手的不同压力效果（用硬纸板模拟带子，沙袋模拟书包）。

（二）课外项目式探究

布置开放性、周期稍长的生活化微实验设计任务作为课外项目。如“设计并制作一个利用浮沉原理的简易密度计（可选材料：吸管、橡皮泥、笔芯、小药瓶等）”。

（三）物理社团活动

在社团中提供更自由的平台，围绕特定主题（如“奇妙的声学”、“身边的力学”）开展系列生活化微实验的设计、制作、展示与竞赛活动。

（四）“发现生活物理”主题作业

定期布置观察作业，要求学生记录生活中观察到的物理现象，并尝试设计一个简单可行的微实验方案进行初步探究，在课堂分享。

（五）微实验设计竞赛与展示平台

举办校级或班级“生活物理微实验设计大赛”。

四、实践案例与效果

案例 1（声音传播）：学生受“土电话”启发，设计比较不同材料（棉线、尼龙线、铁丝）传声效果的实验，探究介质对声音传播的影响。

案例2（光的色散）：学生利用平面镜、水盆和水，阳光照射到平面镜上观察光的色散，彩虹的形成。

案例3（摩擦力）：学生设计用弹簧测力计（或橡皮筋刻度）拉动装有不同物品（书本、毛刷、小车）的鞋盒在木板、毛巾、玻璃上滑动，探究影响滑动摩擦力大小的因素。

通过对本校实验班与对照班的对比研究发现：实验班学生在实验设计能力（包含问题提出、变量控制、器材创新、方案可行性等维度）上的能力显著高于对照班。实验班学生对物理学习的兴趣和“物理有用”的认同感明显提升。学生提交的生活化微实验设计方案数量和质量显著提高，创新性突出。

五、实践反思

（一）教师角色转变：教师需从“演示者”、“传授者”转变为“引导者”、“协作者”和“资源提供者”，鼓励并信任学生的创造力。

（二）提供设计模板：对于初始设计能力较弱的学生，可提供设计模板（包含核心要素：问题、猜想、变量、器材、步骤）或半开放性的引导问题。

（三）注重过程评价：评价应侧重设计思路的合理性、创新性、探究过程的投入度及反思深度，而非仅关注实验结果是否“完美”。

（四）营造安全氛围：强调实验安全规范（尤其是使用替代生活器材时），鼓励大胆尝试，允许失败，将“失败”视为宝贵的反思和改进契机。

本研究系统提炼的“情境驱动问题转化器材生活化方案迭代实践反思”五步法，为初中生自主设计生活化物理微实验提供了清晰、可操作的方法论指导。通过课堂嵌入、课外项目、社团活动、主题作业、竞赛展示等多途径实施，有效激发了学生的探究热情，显著提升了其观察生活、提出问题、创新设计、动手实践和反思批判的能力，深刻体现了“从生活走向物理”的课程理念。

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] 廖伯琴. 中学物理课程改革的价值追求与实践探索[J]. 课程·教材·教法 ， 2018， 38（10）： 6167.

[3] 张宪魁. 物理科学方法教育[M]. 青岛： 中国海洋大学出版社， 2000.

[4] 王较过， 孟蓓. 生活化物理实验教学的理论与实践探索[J]. 物理教师，2020， 41（03）： 25.