核心素養背景下初中物理實驗教學研究

王錫龍

摘 要：隨著物理新課程改革的不斷深入，在實驗課堂教學中教師應重視培養學生的核心素養，對學生的實驗能力提出更高的要求，積極組織學生開展物理實驗。文章主要圍繞創新物理實驗教學方法、開展實驗背景知識探究、培養學生物理實驗思維以及提高學生物理綜合素養這幾方面展開討論，進而分析核心素養下開展實驗教學的策略。

關鍵詞：物理;核心素養;教學策略

物理是一門實驗性的科學，在物理學的發展過程當中，理論和實踐相輔相成，互相依賴，因此進行物理實驗，對于理解和掌握物理知識起著關鍵的作用。實驗主要是運用儀器和設備再現某一種物理現象，通過在實驗室人為再現的方式，有目的性地研究某一種物理實驗現象。在物理學的發展歷史過程中，實驗扮演著重要的角色，正因為有科學的物理實驗，物理學家們可以總結經驗，發現規律，最終得出正確的實驗結論。

一、 創新物理實驗教學方法

現如今，實驗教學中普遍存在以練習代替實驗的現象，這反映出許多教師對于實驗不夠重視，教師認為學生可以通過習題訓練的方式掌握物理實驗。然而“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，教師通過考試實驗習題的方式，大幅度地壓縮了物理實驗的課時，長此以往，會導致學校的實驗室形同虛設，學生埋頭于題海之中，逐漸減弱學生對于物理實驗的興趣。這會導致學校不采購相應的實驗器材，使得物理實驗室無法滿足實驗條件，導致教師無法開展實驗課程，只能通過口述講解的方式代替操作實驗。新課程標準明確提出要培養學生解決問題的能力，《物理課程標準》越來越注重培養學生學科之間的串聯能力。筆者采用將物理實驗課堂與數學課堂相結合的方式，根據物理實驗數據畫出數學函數圖像（如圖所示）讓學生在實驗的過程當中，親自記錄物理實驗數據，并探究實驗數據之間的數學關系，運用物理與數學兩門學科相互交叉的方式，提高學生的學習熱情。

為開展物理創新課堂，筆者為學生設計了新型物理實驗，例如，在學習“探究凸透鏡成像規律”時，利用一根蠟燭，一個凸透鏡，還有一塊光屏作為實驗器具。首先進行實驗演示，依次將這三種實驗器具擺放在標尺上，將點燃的蠟燭放置在標尺的原點處，通過改變凸透鏡和成像光屏的位置，學生可以發現，蠟燭在光屏上的成像也是不同的。當蠟燭距離凸透鏡之間的距離為16厘米的時候，光屏上呈現出了一個清晰的等大的蠟燭像，根據物理公式可以得出U=2F（物體距離等于二倍的焦距時，光屏成像與物體等大），通過標尺可以知道U=16厘米，因此不難算出F=8厘米。接著，教師可以讓學生在觀察實驗的過程中記錄實驗數據，主要包括蠟燭到凸透鏡的距離（U）以及成像到凸透鏡的距離（V），然后匯總出學生記錄下來的數據，作出以下函數圖像，如下圖所示。

教師向學生講解相關的物理實驗原理，并告訴學生當物體到凸透鏡的距離，與成像到凸透鏡的距離相同的時候，會在光屏上看到一個倒立著的和實際物體大小相同的成像，并且此時根據算式可以列出物理算式，U=V，而此時可以明確物體距離U等于二倍的凸透鏡焦距，從而就能夠測算出來凸透鏡的焦距。此外在該物理實驗當中，筆者準備了不同類型的凸透鏡，有一些凸透鏡的焦距比較大，有一些凸透鏡的焦距較小。通過多次實驗，學生可以自己測量出凸透鏡的焦距，從而畫出不同的函數圖像。當學生遇到類似的數學函數與物理實驗相結合的題目時，就能夠迎刃而解了。

二、 開展實驗背景知識探究

物理需要學生學習到的知識通常都和學生的生活息息相關，對于初中階段的學生而言，他們正處于對這個世界充滿好奇心的階段。作為一名初中教師，應當培養學生善于思考，善于發問的習慣。一些有趣的物理小實驗背后往往也有十分有趣的背景知識，教師可以借助生活當中的事件或者現象，引導學生開展探究活動，讓學生體會到物理實驗在生活中的作用。物理課本當中寫了這樣一個小故事：2000多年前，古希臘學者阿基米德需鑒定國王的王冠是否是用純金制造的，所以要測量出王冠的體積，而王冠是一個不規則的物體，因此他冥思苦想了很久，都沒有想出測量王冠體積的方法。而某一天當他跨進浴缸時，觀察到浴缸中水向外溢出，這一現象給了他靈感，當物體浸在液體當中時，會排開一定的液體體積，那么排出的體積會是物體的體積嗎？隨即他進行了深入的科學研究，從而發現了浸到液體中物體的體積等于物體排開液體的體積，從而順利測量出了王冠的體積。

當學生學習了“浮力”相關知識后會了解：阿基米德原理是計算浮力大小的重要方法，因此，有很多學生以為阿基米德原理實驗是獲得浮力大小的實驗，而這樣的理解并不是完全正確的，阿基米德原理包括的內容很多，學生把這一原理的適用范圍變窄了。在學習實驗之后，有必要向學生更深一步講解實驗的相關背景知識。隨著物理學科的發展，人們也逐漸認識到了浸在液體中的物體都會受到液體向上的浮力。后人將阿基米德原理公式總結為：F浮=G排。即浮力等于排出液體的重力。因此，學生所理解的阿基米德原理實驗并不是為了計算物體所受浮力的大小，而是探究物體所受浮力大小與物體排開的液體重力之間的關系。這樣的表述方式才更加嚴謹準確，更加符合物理實驗學科的嚴謹精神。

為了讓學生更加清晰地看到實驗的過程，在開展“探究浮力的大小與哪些因素有關”的實驗中，筆者在實驗室準備了相關的實驗器材，包括：彈簧測力計、金屬塊、量筒和一定量的水。首先，筆者向學生介紹彈簧測力計這一實驗器材的用法，彈簧測力計是一種能測量物體重力的儀器，首先把金屬塊掛在彈簧測力計的下方掛鉤處，此時彈簧被拉長，在紙表盤上也會顯示出一個數值，此時這個數值就表示金屬塊的重力大小，記為F1。第二步，在量筒當中倒入適量的水，記錄下水的體積，記為V1，接下來手提彈簧測力計，將金屬塊浸沒到水中，要使得金屬塊完全沒入水中，此時再記錄一下量杯里水的最高刻度記為V2，此時觀察手中彈簧測力計的數值，不難發現，此時掛著金屬塊的彈簧測力計上顯示的數值已經與第一次顯示的數值不一樣了。根據測力計上兩次顯示數值的差值計算出金屬塊在水中的浮力，即為物體所受的浮力（F浮=F1-F2）。再計算出兩杯當中水體積的差異，從而得到物體排開液體的體積為（V2-V1），再通過液體重力計算公式，計算出水的重力：G水=ρ（V2-V1）g，最后比較所得數據的關系，學生不難發現浸在液體中的物體受到的浮力大小，與物體排開液體的重力相同，即F浮=G水。通過比較發現：物體受到的浮力恰好等于排開液體的重力。而且無論是什么物體和什么液體，也無論物體在液體中是完全浸沒還是浸入一部分，也無論物體在液體中是漂浮還是下沉，通過實驗我們都會發現：物體受到的浮力都等于排開液體的重力。由此總結出了阿基米德原理的內容：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力。