“学习即研究”观点下的物理实验课堂实践
摘要：以“气体等温变化”为例，围绕“体验与感知”“设计与实践”“反思与发展”三个环节展示了“学习即研究”观点下物理实验课堂的教学思路。以“设计与实践”为核心，学生自主设计、自由讨论，完成了ＤＩＳ实验和自创的Ｕ形管水柱实验，利用Ｕ形管水柱实验实现了仅用１ｍ长管子和水测量大气压的创新。整个过程，教师利用开放引导性的问题驱动学生创造性思维的培养，真正实现了从“知识本位”过渡到“素养本位”。
关键词：学习即研究；等温变化；物理实验课堂
中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148（2024）12-0052-4
１“学习即研究”观点下的物理实验教学
科研之路总是曲折、艰辛的，要经历“提出问题—设计实验—自制仪器—采集数据—反思分析”等多个阶段才仅能初步得到实验结论。反观我们的学生，便缺乏了这样亲历实验的过程，而更多是由教师直接告知要研究的问题，直接介绍要采用的方法，甚至直接演示要做的实验。这严重剥夺了学生提出自我主张、亲历实验过程的权利和机会，导致了学生的被动学习、浅层理解，导致他们缺乏探究意识。据此，施瓦布提出了“科学即探究，科学不只是学习知识，还要学习科学研究的过程和方法”［１］。刘霁华老师提出了“学习即研究”的观点，他指出“学习的本质是研究，学习者就是研究者，学习过程就是研究过程”［２］。这对于我们的物理实验教学有很大的启发。
真实的学习可以认为是“浓缩式”的研究过程［３］。物理实验课堂应以学生的主体实践为主线，学生将亲历“体验与感知”“设计与实践”“反思与发展”三个环节，具体流程如图１所示。“体验与感知”强调真情境、真体会，可以采用生活实例，也可以采用特殊装置达到设疑激趣的效果。而“设计与实践”则为核心，按照逻辑顺序，先定性分析，再定量探究。在此环节中，教师应充分给予学生发挥的空间，教师仅仅作为材料的提供者和问题的驱动者，如何使用该材料来达到探究目的，以及如何测量待测量都应交由学生自由讨论来得出。教师要转变教学观念，从“知识本位”转化为“素养本位”，尽量达到抛出一个具有开放性、引导性、发展性的问题，便能激起学生思维上产生一连串“水花”的教学效果，切忌一手包办、过度掌控。在这样自由的环境中，学生才能做到自由讨论、自主设计，甚至自创实验。也许这个过程会有曲折，但也会有观点的碰撞和思维的创造。最后的“反思与发展”则是一种升华，可以包含对实验本身的误差分析、方法改进，也可以包含知识迁移、拓展应用等。总之，这种具有浓烈研究氛围的“发现生成式”学习才能将浅层知识重构成深度知识。
２“学习即研究”观点下“气体等温变化”教学案例
２．１体验与感知——魔术激趣
教师先展示“浮沉子”装置：一个装了水的矿泉水瓶，瓶中还有一个倒置的开口敞开向下的棕色小瓶子，小瓶中只装了一部分水。然后，邀请指定的学生上台配合魔术表演。学生双手握住大瓶，教师不与瓶子有任何接触。随着教师的口令“小瓶小瓶听我指令，向下，再向上”，学生便配合“悄悄地”捏紧和松开大瓶，从而实现小瓶的沉浮，引得下面学生一片惊呼。
教师趁机鼓励学生猜想原因，有人认为有磁力作用，有人认为小瓶上拴了透明的线……接着，教师请刚才上台配合的学生揭秘，并展示捏紧大瓶前后的模型图，如图2所示。请学生观察、对比捏紧瓶子前后气体状态参量的变化情况。最终经过讨论，得出探究的问题是“当温度一定的情况下，一定质量气体的体积与压强之间的关系”。
图2浮沉子模型图
２．２设计与实践
２．２．１定性探究——针筒海绵实验
教师仅仅提供器材，一个密封的针筒，内部有一块压变海绵，并且不告诉学生接下来如何操作，而是提问学生“可以如何利用材料来探究p与Ｖ的定性关系”。然后，学生开始自由讨M5PeBY1ypncQjoIpXBjwioUbl3v6Yyxeow4jQJZzXBU=论，最终由学生回答出推动活塞改变气体体积，通过观察海绵的形变来判断气体压强的变化，并进行实际操作（图3），得到p与Ｖ之间呈现负相关的定性结论。
图3针筒海绵实验示意图
２．２．２定量探究
（１）实验猜想
基于刚才的定性分析，教师顺势提问“你觉得p与Ｖ之间可能存在哪种定量关系”，学生猜测可能反比、平方反比、立方反比……经过讨论，决定先从最简单的成反比关系开始猜想，如若不成立，再换成其他猜想。
（２）实验设计
教师仅仅抛出问题“你认为可以如何测量p与Ｖ”“如何控制实验条件”，并鼓励学生自由讨论，然后请不同小组进行汇报和补充。最终，经过不同小组的讨论后，得到测量p的方法有压强传感器、液柱压强……；测量Ｖ的方法有量筒、针筒、排水法、圆柱底面积乘高……；控制实验条件：用密封实现“一定质量”，在室温下操作实现“温度一定”。这里需要注意的是，教师应及时板书学生的想法，并鼓励学生大胆