優化物理實驗教學 提升學生核心素養

周緒桂

(上海市新楊中學 上海 200331)

核心素養是素質教育的深化和細化，是三維目標的提煉與整合．學科核心素養是學科教育的靈魂，只有抓住學科核心素養，才能正確地引領學科教育的深化改革，全面地發揮學科的育人功能[1]．物理學科核心素養是指學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，主要由物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任4個方面的要素構成[2]．實驗具有激發學生興趣、簡化教學、使知識由抽象變為具體、增強學生的記憶等作用，是初中物理教學的重要基礎、重要內容和重要手段，是落實物理學科核心素養的重要方式和途徑．

1 初中物理實驗教學對培育學生學科核心素養至關重要

從方向上看，自主、探究、合作是學習方式轉變的方向，而自主、合作、探究又是通過實驗過程實現的．《上海市中學物理課程標準(2004)》指出，物理課程必須倡導物理學習的自主性、探究性、合作性，讓學生主動參與學習，體驗和感悟科學探究的過程和方法，激發他們持久的學習興趣和求知欲望，并在探究過程中培養自主學習的能力，逐步實現學習方式的轉變，使學生逐步養成敢于質疑、善于交流、樂于合作、勇于實踐的科學態度．

從內容上看，實驗教學是物理教學的重要組成部分．以滬教版八年級物理第一學期為例，《教學參考資料》建議本學期教學課時為33課時，學習活動卡上安排了5個學生實驗，而觀察和描述、活動、進一步探究等有100個左右．實驗教學已成為物理教學必不可少的重要組成部分，是培育學生物理核心素養的重要內容，只有不斷開展實驗教學，學生的科學思維、科學探究能力以及科學態度與責任才能得到可持續發展．

從方法上看，實驗教學是培育物理學科核心素養的重要途徑．物理學科核心素養4個方面的要素是相互聯系、共同發展的．學生在習得物理觀念的過程中，經歷或應用相關的科學思維和科學探究，同時萌發和體會相應的情感態度和價值觀，樹立、形成相應科學態度與責任．《上海市初中物理學科教學基本要求(試驗本)》指出，科學探究是學生的學習目標，也是學生重要的學習方式，也是形成其他物理核心素養的主要途徑，而且對學生的提問能力、批判性思維能力、交流合作能力的形成具有重要價值．

2 初中物理實驗教學的誤區

近年來，隨著核心素養的提出和中考改革的推行，初中物理實驗教學越來越受到重視，實驗室里的設備越來越先進，但還是存在著諸多的問題．

從實驗教學的目標上來看，存在著重知識、輕思維的問題．初中物理實驗教學的目標是掌握基本操作、基本方法和基本技能，促進對物理概念和規律的認識，培養科學態度和創新意識等．部分教師認為學生的配合度不是很高，學生動手能力不是很好，學生把實驗當做游戲，實驗效果不佳，做實驗浪費時間等[3]，所以索性變學生實驗為演示實驗，變“做實驗”為“講實驗”．

從實驗教學的內容上來看，存在著重驗證、輕探究的問題．《全日制義務教育物理課程標準(2011版)》提出，科學探究包含提出問題、猜想與假設、設計實驗與制定計劃、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、表達與交流等要素．由于初中生的實驗設計能力尚淺，部分教師在引導學生設計實驗，整理數據環節有所欠缺，有些探究類實驗也變成了“老師說，學生做”的驗證性實驗[3]，不利于科學思維和創新能力的培養．

從實驗教學的評價上來看，存在著重結果、輕過程的問題．有些教師看重學生實驗結果的正確與否，對學生在實驗過程中的情感態度與價值觀、體驗和感受、對科學方法的了解和掌握情況、實驗的能力關注度較低．

3 初中物理實驗教學的改進策略

3.1 實驗設計問題化

無論是人類社會進步，還是科學發展技術革新，無不是在不斷發現問題解決問題，又發現新的問題解決新的問題．上海市教育學會會長尹后慶提出，今天需要在教學中強調“問題化學習”．以真實的問題形成問題鏈、問題矩陣，試圖讓孩子在學習和對問題的追尋中，慢慢形成一個知識結構——從低結構到高結構，從本學科的結構到跨學科的結構，從知識到真實的世界[4]．

實驗設計問題化是指在實驗教學過程中，通過一個個問題將學生引入到教學內容的學習中，積極有效引導和學生自主探究，進而在解決問題過程中發現規律、獲取知識、體驗過程．這種方式能極大地提高學生學習的自主性、積極性，激發他們的求知欲，從而變“游戲”為主動探究，讓設計實驗變得簡單易行，促進學生科學思維的培養．

例如在八年級下學期“探究動能與什么因素有關”的實驗設計環節教學中.

師：老師給你們提供了一個斜面、一輛小車、一個木塊、幾個鉤碼．請同學們根據老師所給的實驗儀器，參考以下幾個問題小組討論實驗方案．

(1)如何改變質量？

(2)如何獲得速度？

(3)如何獲得大小不同的速度？

(4)怎么觀察小車動能的大小呢？

以上教學片斷中，學生邊動手嘗試邊解答4個問題，輕而易舉地弄清楚該實驗的實驗方案、實驗步驟，教師不用過多講解，使學生產生了學習的內驅力，變被動學習為主動探究．實驗教學中，具備目的性的問題情境能提高課堂效率的同時也能有效地培養學生勇于探究的核心素養．

3.2 實驗素材生活化

陶行知先生說教育要通過生活才能發出力量而成為真正的教育．真實的生活情境在以核心素養為本的教學中具有重要價值[4]．初中物理與實際生活聯系非常緊密，實驗教學中，應利用這一優勢，注重與現實生活的緊密聯系，挖掘生活中與物理有關聯的東西，將這些東西轉化為在物理實驗中可以用到的素材或資源，讓學生主動或被動地多接觸生活，多去思考所見到的自然現象的原理，將物理概念生活化，并通過立體的課堂教學潛移默化，使得初中物理實驗可以更加豐富靈活，達成物理課標“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念．

例如，九年級第一學期“探究液體內部的壓強與哪些因素有關”的實驗就可以采用生活中隨處可見的保鮮袋、牙簽、水、盆．把保鮮袋套在手上放入水中，會感受到水對手的壓力，說明液體內部存在壓強；向保鮮袋內裝水，保鮮袋底部向下凸起是因為液體受到重力作用從而對底部有壓強，側面向外凸起是因為液體具有流動性從而對側壁有壓強，明確液體內部壓強產生的原因；把裝水的保鮮袋各個方向戳幾個大小相同的洞，水都會往外流，說明液體內部向各個方向都有壓強；在同一方向，不同高度處戳大小一樣的洞，水都會往外流，但是不同高度處流出的水的射程的不同，說明液體內部的壓強與深度有關．

麥克斯韋曾說，一項實驗使用的材料越簡單，學生越熟悉，就越能透徹地獲得所驗證的結果．簡單的生活化的實驗實施便利、貼近生活，可以讓學生覺得物理知識不是原來想象中那么深奧難懂，能提高學生學習的主觀能動性，更有利于學生自然觀、物質觀、時空觀等物理觀念的形成．

3.3 實驗手段信息化

能自覺、有效地獲取、評估、鑒別、使用信息，具有數字化生存能力是中國學生發展的核心素養的基本點之一．信息技術與實驗教學的整合，有利于實驗數據等信息的收集和應用，信息技術在數據的處理方面也具有獨特的優勢．

例如，在探究滑動摩擦力與什么因素有關的實驗中，讓智能機器人拉著滑塊做勻速直線運動，使得實驗更具準確性和趣味性；在探究動能與什么因素有關的實驗中，讓小車從斜面不同高度滑下是為了使小車到達平面時的初速度不同，但是怎么說服學生？可以用DIS實驗儀測量小車到達平面時的速度，直觀形象地告訴學生小車從斜面不同高度滑下到達平面時的速度不同；利用“物理實驗課”“NB-Electrical Lab”“Tinybop的萬能機器”等手機APP模擬真實的物理情境，可以把實驗室裝在口袋里，讓學生隨時隨地做實驗；學生做分組實驗時，每個小組可以有一位組員使用平板拍攝下實驗的過程并上傳到云平臺，老師隨機調取某小組的視頻，師生可以一起對該小組的實驗操作、小組的分工協作、組員之間的配合程度進行過程性評價，促進過程與方法、情感態度與價值觀教學目標的達成，從而培養學生的科學態度與責任．

信息技術與實驗信息資源的整合與利用，促使實驗過程的“教”與“學”形成緊密配合，“教”的涉及范圍達到最大化，“學”的接收程度不斷提高，為此提升初中物理實驗教學水平，提高學生的創新能力，提升學生的學科核心素養[5]．

初中物理教師擔負著培養學生物理核心素養的使命，要以學生為主體，以學生發展為主旨，以培養學生核心素養為目的，把初中物理實驗教學打造成發展學生核心競爭力的平臺，結合物理學科特點設計物理學科實驗，引導學生樹立物理觀念，培養科學探索精神，提升科學思維能力，增強社會責任感．