如何有效利用小微實驗培養(yǎng)初中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)

鄺金全

【摘要】? 根據(jù)初中學(xué)生的思維特點制定相應(yīng)的策略是培養(yǎng)初中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。利用學(xué)生現(xiàn)階段的心智特點，讓學(xué)生從直觀上感受物理的現(xiàn)象，更多地體驗科學(xué)實驗的探究過程，體會科學(xué)實驗的魅力和成功感，潛移默化地使學(xué)生形成正確的物理觀念、養(yǎng)成基于事實的科學(xué)推理思維。探究實驗于初中學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)科是如此的重要，我們在教學(xué)過程中除了常規(guī)實驗，我們更應(yīng)注重在課堂中發(fā)掘一些切入口小、效果震撼的微小實驗。微小實驗的好處是使用的器材生活常見、操作簡便。

【關(guān)鍵詞】? 有效 小微實驗 核心素養(yǎng)

【中圖分類號】? G633.91? ?? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】? A ? ? 【文章編號】? 1992-7711（2020）13-086-03

在2014年3月印發(fā)的《教育部關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》（以下簡稱《意見》）中首次提出了“核心素養(yǎng)體系”概念，并將這一概念擺在深化基礎(chǔ)教育課程改革、落實立德樹人目標(biāo)的基礎(chǔ)地位，成為我國新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的靈魂。結(jié)合物理學(xué)科的情況，物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括：1、物理觀念：是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動、能量和相互作用的基本認(rèn)識;是物理概念和規(guī)律在頭腦中的提煉和升華;是運用物理知識和方法解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的能力。主要包括物質(zhì)觀、運動觀、能量觀、相互作用觀及應(yīng)用等。2、科學(xué)思維：是從物理學(xué)視角對客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式;是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化;是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)。3、科學(xué)探究：是指具有科學(xué)探究的意識，能在真實情景中提出物理問題，形成猜測和假設(shè)，利用科學(xué)方法獲取信息和處理信息，形成結(jié)論，以及對探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力，主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等。4、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：是指在認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，理解科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）的關(guān)系基礎(chǔ)上形成的對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任心。主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)倫理、STSE等。主要表現(xiàn)在能正確認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)，知道物理研究是一項富有創(chuàng)造性的工作，其成果具有相對持久性、普適性，同時也具有局限性;知道科學(xué)技術(shù)是人類共同的事業(yè)，應(yīng)遵循普遍的倫理道德規(guī)范;具有學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲，能主動與他人合作，實事求是，不迷信權(quán)威，能基于證據(jù)和推理發(fā)表自己的見解;理解科學(xué)、技術(shù)、社會和環(huán)境的關(guān)系。熱愛自然，珍惜生命，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感。【1】

物理學(xué)科核心素養(yǎng)的意義在于基礎(chǔ)教育階段的物理課程采用物理核心素養(yǎng)一詞集中概括了物理學(xué)科的教育價值，并將其作為教育目標(biāo)來引領(lǐng)課程、教材和教學(xué)的改革方向。

初中階段是學(xué)生初步形成物理觀念，養(yǎng)成學(xué)科學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方法的起步階段，這對于學(xué)生以后學(xué)習(xí)物理學(xué)科有著深刻的影響。但初中學(xué)生所處階段的智力水平及思維能力仍處于發(fā)展階段，思維仍以形象思維為主，抽象思維仍在形成中。因此根據(jù)初中學(xué)生的思維特點制定相應(yīng)的策略是培養(yǎng)初中學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。相對于抽象難懂的物理知識，作者認(rèn)為科學(xué)實驗是一種比較直觀易于理解的手段和策略：利用學(xué)生現(xiàn)階段的心智特點，讓學(xué)生從直觀上感受物理的現(xiàn)象，更多地體驗科學(xué)實驗的探究過程，體會科學(xué)實驗的魅力和成功感，潛移默化地使學(xué)生形成正確的物理觀念、養(yǎng)成基于事實的科學(xué)推理思維。

探究實驗于初中學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)科是如此的重要，我們在教學(xué)過程中除了常規(guī)實驗，我們更應(yīng)注重在課堂中發(fā)掘一些切入口小、效果震撼的小微實驗。微小實驗的好處是使用的器材生活常見、操作簡便。下面我們來談?wù)勅绾斡眯∥嶒炗行囵B(yǎng)初中學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)：

一、利用小微實驗使學(xué)生明晰物理觀念

正如上文所說的，物理觀念是我們在物理學(xué)習(xí)過程中對物理概念與規(guī)律的提煉和升華。在初中階段主要完成具體現(xiàn)象到抽象概念的飛躍。但概念是抽象的、青澀難懂的，我們根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，可以創(chuàng)設(shè)一個學(xué)生能完成的微小實驗，讓學(xué)生“看到”概念的模型，化抽象為形象，這樣更有利于初中學(xué)生對物理觀念的接受。

例如在學(xué)習(xí)摩檫力時，盡管學(xué)生知道摩檫力大量存在于我們的生活，但具體到摩檫力的概念及三要素時還是懵懵懂懂的。我們可以嘗試用以下的微小實驗進(jìn)行破解：1、手平放在桌面上，保持手不動，不用力推或拉，感覺有沒有阻礙手的力？（圖1-1）2、手平放在桌面上，用力向前推，但保持手相對桌面不動，感覺有沒有阻礙手運動的力？3、手平放在桌面上，用力推，使手相對于桌面向前運動，感覺有沒有阻礙手運動的力？（圖1-2、1-2）4、取一掃把，用力按壓并向前運動，觀察刷毛形變的方向（圖1-4）。

通過這幾個小實驗思考摩擦力的產(chǎn)生條件、摩擦力的作用點、摩擦力的方向。這樣，學(xué)生對于摩檫力的概念就明晰了。

又如初中學(xué)生在學(xué)習(xí)運動的描述時，比較難接受運動的相對性這一物理觀念。我們可以讓學(xué)生將課本平放在課桌上，將礦泉水、橡皮放在課本上拉動（最好每個物體都作一個標(biāo)志點，這也為高中學(xué)習(xí)質(zhì)點作鋪墊），思考以下問題：1、相對桌子，課本、礦泉水、橡皮與它的相對位置有沒有改變？2、相對課本，礦泉水、橡皮與它的相對位置有沒有改變？桌子呢？3、相對礦泉水，課本、橡皮與它的相對位置有沒有改變？桌子呢？通過觀察這一微小實驗和思考，學(xué)生基本就能建立起運動的相對性觀念。（圖2）

二、利用小微實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的能力

初中階段，是學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)探究習(xí)慣和方法的重要階段，通過小實驗我們使學(xué)生初步具有科學(xué)探究意識，能在不同情境中發(fā)現(xiàn)并提出可探究的物理問題，會合理猜測和假設(shè);具有設(shè)計實驗探究方案和獲取證據(jù)的能力，能正確實施實驗探究方案，使用各種科技手段和方法收集信息;具有分析論證的能力，會使用不同方法和手段分析、處理信息，描述、解釋探究結(jié)果和變化趨勢;具有合作與交流的意愿與能力，能準(zhǔn)確表達(dá)和評估探究過程與結(jié)果。【2】

例如我們在學(xué)完質(zhì)量與密度這一課題后，提出如何用一個小實驗驗證空氣有質(zhì)量。學(xué)生通過討論，制定了用氣球和天平進(jìn)行驗證：

1.實驗材料：天平、氣球、棉線

2.實驗方法：

（1）把托盤天平放在水平桌面上，并調(diào)節(jié)平衡螺母，使天平平衡。（圖3-1）

（2）把沒有氣體的氣球放在天平的左盤，移動游碼使天平平衡。（圖3-2）

（3）取下氣球，使氣球充一定氣體后用棉線將氣球口扎緊，重新放在天平的左盤（見圖3-3），這時天平不平衡，天平的指針指向分度盤的左盤，這個實驗充分說明了空氣是有質(zhì)量的。（圖3-4）

當(dāng)我們學(xué)完杠桿后，還是提出：如何用一個小實驗驗證空氣有質(zhì)量。基于知識的增長，我們限制使用天平，學(xué)生再次討論方案：上次用天平是利用天平不平衡證明空氣質(zhì)量的存在，這次也可以利用杠桿不平衡證明這個事實。

1.實驗器材：兩個氣球、一個吸管、棉線

2.實驗方法：

（1）兩個氣球充氣后用棉線綁在習(xí)慣兩端，吸管中間也綁一根棉線，使杠桿平衡。（圖4-1）

（2）扎穿其中一個氣球使里面的氣體排走，（圖4-2）這時杠桿向沒漏氣的氣球一側(cè)轉(zhuǎn)動，證明空氣質(zhì)量的存在。（圖4-3）

又例如學(xué)完物態(tài)變化后，我們拋出一個問題：既然水蒸氣看不見，摸不著，那你如何證明空氣中有水蒸氣，請用身邊的一些物品實驗驗證，等等這些微小實驗的創(chuàng)設(shè)既培養(yǎng)了學(xué)生實驗探究的相應(yīng)能力，同時這些微小實驗可操作性強，易于成功，也會極大地激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的探究欲望。

三、利用小微實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度、責(zé)任

科學(xué)實驗探究與科學(xué)思維其實是雙向的。一種是基于科學(xué)實驗的科學(xué)思維，包括對實驗現(xiàn)象的概括、對規(guī)律的歸納及推理論證、用已知的知識分析實驗現(xiàn)象。例如在老師完成用塑料管控制飄帶在空中飛舞的微小實驗中，讓學(xué)生認(rèn)真觀察、思考：1、飄帶一開始被摩擦過的塑料管吸引，為什么？（圖5-1、5-2）2、后來飄帶是被塑料管吸引還是排斥？為什么受塑料管控制？（圖5-3、圖5-4） 【3】

學(xué)生通過思考，反推實驗現(xiàn)象的成因：一開始由于摩擦過的塑料管帶有靜電，能吸引輕小的飄帶;后來飄帶在接觸塑料管后帶上了與塑料管同種的電荷，同種電荷相互排斥，因此塑料管能控制飄帶的飛舞。經(jīng)歷了這樣的一個推理過程，學(xué)生就會從實驗的表象回歸到知識的本質(zhì)。

另一種是基于科學(xué)思維的科學(xué)實驗，這個思維比上一種是更高一個層次，涉及到創(chuàng)新，也是我們科學(xué)思維最重要的核心素養(yǎng)。就如上文中提到的如何利用身邊的物品驗證空氣中含有水蒸氣。學(xué)生就會想既然水蒸氣看不見也摸不到，那我們怎樣讓水蒸氣“現(xiàn)形”呢？氣態(tài)的水看不見，那液態(tài)呢？固態(tài)呢？水蒸氣→水，怎樣做到？學(xué)生提出用在冰箱里冰凍過的飲料，瓶外出現(xiàn)小水珠，進(jìn)一步對實驗質(zhì)疑：你確定水不是瓶里的飲料漏出？怎樣改進(jìn)實驗？（冰凍金屬塊）。這樣從提出問題到設(shè)計實驗方案再到質(zhì)疑完善方案，一步步地，學(xué)生的思維經(jīng)歷了模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等過程。

小微實驗作為常規(guī)實驗的有效補充，盡管所用器材“簡陋”（生活常見物品），但也是也擔(dān)負(fù)起育人的重要功能。一方面，利用學(xué)生能做到的小微實驗，訓(xùn)練規(guī)范的操作、細(xì)致的觀察，有利于學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度養(yǎng)成。例如我們在做不扎口的氣球不漏氣這個微小實驗時，學(xué)生如果不認(rèn)真觀察，發(fā)現(xiàn)吹氣時和停止吹氣后，手指的位置變化（圖6-1、6-2、6-3），就錯過了“破案”的線索了。

另一方面，盡管是小微實驗，但很多時候還是需要同學(xué)之間合作完成的，如思維的碰撞、實驗過程中的合作能力及責(zé)任分擔(dān)等，這都是學(xué)生人生中的核心素養(yǎng)。

綜上所述，隨社會的進(jìn)步，培養(yǎng)人、培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)是大勢所趨，我們作為初中階段的教育工作者必須認(rèn)清發(fā)展的方向，想方設(shè)法開發(fā)一些小微科學(xué)實驗，以達(dá)到培養(yǎng)初中生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)、為學(xué)生的一生的發(fā)展打下基礎(chǔ)。

注明：文中【1】、【2】引用自2014年印發(fā)的《教育部關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》，【3】引用了某位老師實驗的圖片，俏像作了馬賽克處理。

【注：本文系廣東教育學(xué)會教育科研規(guī)劃小課題“有效利用小微實驗培養(yǎng)初中學(xué)生物理核心素養(yǎng)的研究”成果（課題編號：GDXKT18952）】

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]陳敏.《完善物理實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)》[J]科技資訊，2017，15（4）：170-170.

[2]江山《實驗探究：培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑》[J]中學(xué)物理教學(xué)參考，2015（12）：2-5.

[3]何加暉，張亮亮，羅施弗拉，符東生.《2017年廣州市義務(wù)教育階段畢業(yè)生學(xué)業(yè)水平考試質(zhì)量分析報告》.