科學探究素養下物理實驗教學優化策略探研

阮淋峰

摘 要：在接受物理教育的過程中，需要秉持學科育人價值觀念，由此進入到全新的課改教育格局，這是新形勢下中學物理教育工作者必須要關注的問題?？茖W探究素養作為中學物理核心素養培育的重要節點，必須要以“潤無聲”的方式融入到中學物理教育教學的各個教學內容體系中去。對于中學物理實驗教育教學而言，就需要關注于學生科學探究意識和素養的發展，對于教育教學行為進行優化，就成為必要之舉。文章基于中學物理實驗教學研究，先對中學物理《光的折射》實驗進行優化分析，接著論述中學物理實驗教學探究給予的教學啟示，從而真正有效提升學生的物理探究素養。

關鍵詞：中學物理;科學探究素養;實驗教學

中學物理學科的核心素養主要可以歸結為如下幾個層次：科學思維層次、科學態度與責任層次、科學探究層次和物理觀念層次。在中學物理教學中，教師在滲透學科核心素養基于教學需要，有的時候教學內容能滲透多個學科核心素養內容（只不過具體學科核心素養內容之間會有側重，有主次之分），更多時候的教學內容滲透一個學科核心素養內容?？茖W探究素養是核心素養培育的重要組成部分，其關注于問題的提出，關注于學生猜想和假設能力的發展，關注于設計實驗制定計劃素質的發展，關注于實驗實踐和證據的收集，關注于實驗分析和論證，關注于實驗的評估，關注于實驗過程中的交流和合作，由此塑造全新的中學物理實驗教學格局。文章基于教學研究經驗，將從以下物理實驗教學案例優化角度進行探討，從學情分析、教學目標分析、教學過程中逐步探討，從而得出具有針對性的教學啟示。

一、基于科學探究素養培育的中學物理實驗教學優化案例分析

（一）學情分析：《光的折射》是人教版八年級第四章第4節的內容，這是學生們比較熟悉的光學現象，依靠本次的課程學習希望可以使得學生可以主動使用物理知識去進行物理現象的分析，使得他們形成物理學科認知世界的觀念;確保在實驗探究中，物理素養和科學品質能夠得到發展和進步。需要注意的是，對于八年級學生而言，物理知識學習也剛剛開始，其對于科學探究的基本環節可能不是很實習，在物理學習重要也沒有養成嚴謹的認知觀念，但是處于此年齡段的他們思維活躍，好奇心強悍，求知欲望旺盛，對于物理探究保持著極大的熱情，但是他們在認知物理現象的時候，多數還是處于感官認知的狀態，邏輯思維不強，物理概念物理規律物理方法的內化中，沒有物理模型作為支撐。

（二）教學目標分析：能夠了解光的折射現象，對于光的折射概念有著深刻理解，把握好入射光線、折射光線、入射角和折射角的內涵;能夠正確認識光的折射規律;可以將學習到的光的折射知識使用到生活現象分析中去;體驗科學探究的流程，了解自然科學的基本思想和方法，形成嚴謹的物理價值觀;在實驗探究的過程中，可以以類比的方式來掌握光的折射規律;可以對于實驗現象進行觀察，獲取數據進行分析，并且將其闡述出來，實現科學探究素養的培育和發展。

（三）教學過程分析

1.概念形成階段

教師提出問題：光是如何傳播的？學生依靠自己已經掌握的知識來進行反饋，接著教師提煉出“光在同種均勻介質中沿直線傳播”中“同種均勻介質”的關鍵詞，要求學生思考：如果處于不同介質環境下，光會如何去傳播呢？鼓勵學生使用桌前的各種實驗器材和工具來進行嘗試和探索，接著可以在小組內進行探討，講述自己的猜想和實驗過程。比如有學生使用激光筆對準果凍，打開開光，紅光通過空氣射入到果凍凝膠中去，接著將紅光照射在滴有墨汁的水，有一定厚度量角器，玻璃磚中，對于不同的實驗行為和現象進行記錄，鼓勵學生在小組內探討對應的實驗現象，學生會發現光從空氣射入到果凍的時候，并沒有沿著直線來傳播，明顯出現了對應的偏折，教師講述對應現象的時候，可能會出現對應的偏差，此時教師可以留意這些偏差，嘗試進行校正。最終某學生的歸結結果為：光從空氣射入到三種物質中去，在兩種介質中出現了沿著直線傳播的情況，還有兩種介質的交界面出現了偏折。此時教師進行設問：如果要你為上述的現象命名，你會如何命名？學生反饋光的折射。此時可以引導學生使用自己的語言來對于光的折射進行內涵界定。

2.合作探究階段

接下來的階段，是引導學生去探究光從空氣射入水中折射規律的階段。學生介紹相關概念，鼓勵學生回憶之前光的反射定律，鼓勵學生以類比的方式來進行思考，然后以小組為單位進行探究實驗方案的制定，分工合作，對于光的反射定律來探究光的折射定律。鼓勵學生觀察實驗的現象，使用自己的語言對于折射，入射光線，法線間的位置關系進行詮釋，在此過程中學生發現，折射光線與入射光線分居法線兩側。學生在實驗中還發現，折射光線所在一側的光屏向內彎折一定角度，此時是與入射光線所在光屏處于異面的狀態。在看到這樣的現象之后，需要學生能夠正確看待此現象，并且歸結造成這種格局的原因。學生小組進行實驗探討，進行量化測量，得出了入射角與折射角之間的數量關系。此時設定猜想情境：如果折射角大于入射角，能不能驗證這樣的結論是否是正確的？或者如果是折射角小于入射角，能不能驗證這樣的結論？學生組織進行實驗，發現光線從水中射入到空氣中，此時折射光線會向遠離法線的方向偏折，折射角是大于入射角的，當然也需要看到的是，并不是在所有情況下，折射角都是大于入射角的，光從不同的介質中射入，會形成不同的現象，繼而造成不同的結果。此時教師使用多媒體來呈現光的折射過程，鼓勵學生去貫徹對應入射角的變化規律，學生會發現折射角會隨著入射角的增大，而出現慢慢增大的情況。

3.實踐應用階段

實驗應用階段，主要包括如下的步驟：首先要求學生在小組范圍內進行上述實驗結果的分析和歸結，得出對應的答案。學生歸結之后，教師會點名對應學生代表來進行講述，并且以做魚叉游戲的方式來進行交互：在沒有加水的時候，學生會依靠瞄準器來瞄準魚，再把魚叉叉下去，就可以叉到魚，將水倒入到魚缸中去，在此瞄準魚的時候，就難以叉到魚。在操作時候，引導學生去思考其中的道理，學生想到剛剛歸結的光的放射原理。沒有加水的時候，瞄準的是魚，魚反射周圍的光線，在空氣中研制直線傳播，可以更加好的看到目標;在加入水后，看起來瞄準的是魚，實際上折射光線已經悄悄發揮其效能，在直覺上可能看到的是魚，實際上魚的位置已經不再那里。在此實驗游戲之后，鼓勵學生可以選取生活中光的折射的現象，然后使用手上的器材來闡述對應的原理，比如有的學生選擇的是插入水中的鉛筆出現了折斷的現象，在岸邊觀察游泳池感覺游泳池比較淺，但是一下去卻知道是很深的。

4.作業拓展階段

鼓勵學生在課后去尋找更加多生活中光的現象，尤其是光的折射的現象，嘗試使用自己掌握到的知識來進行歸結;鼓勵學生使用思維導圖對于本次實驗課程的知識點進行梳理，確保將分析的過程和結論呈現中去，由此確保對于光的折射知識理解進入到更加全面的狀態，并且與之前學習的光的相關知識關聯起來。

二、基于科學探究素養培育的中學物理實驗教學案例給予的啟示

在上述案例中，概念的認知環節，教師融入了生活化元素，融入了學生常見的現象，鼓勵學生去發現問題，在對比歸結中，深化概念的認知，在實驗探究的過程中，還將比較思維，判斷思維，抽象概括思維，分析綜合思維融入進去，希望依靠這樣的方式，更好的展現物理規律，呈現探究歷程，實現所學知識與生活實踐之間的關聯。也就是在這樣的過程中，學生的科學探究素養得到了很好的培育。從上述的教學案例中，可以得出如下的啟示：

（一）強化物理實驗教學，形成探究意識

中學生物理核心素養的發展，其以學生自主性為前提和基礎的，作為物理學科，教師必須要讓學生去動手操作，在實驗操作中發現知識，在實驗格局中去思考，在實驗環境中去歸結，這樣才能夠確保物理實驗教育教學朝著更加有效的方向發展。因此在中學物理實驗教育教學體系構建的過程中，要關注學生去動手，學生結合對應問題去設計實驗，去執行實驗，去記錄實驗數據，去分析實驗結果，由此物理規律，物理概念都是學生發現和歸結而來，這比教師灌輸教學法而言，往往更加深刻，更加能夠激發學生的潛能。在這樣良好的物理探究格局中，學生的探究意識也會朝著更加理想的方向進展。在此方面中學物理教師需要做好如下幾個方面的工作：依照新課標中對于中學物理實驗的要求，秉持核心素養培育的原則，建立完善的中學物理實驗體系，將其作為開展中學物理教育教學工作的重要版塊;還可以將考試試題中，微課教學資源中的一些物理實驗融入到課堂中去，營造更加理想的物理知識探究環境，這對于學生物理實驗素質的發展，探究能力的可持續發展而言，也是至關重要的。

（二）開展課外實驗活動，構建探究氛圍

當然僅僅依靠課內的物理實驗探究活動，是難以實現完善探究環境構建的，還需要鼓勵學生積極開展課外實驗活動，比如學生遇到生活中的物理現象，對于對應問題產生興趣，在搜集整理諸多資料之后，制定對應的實驗方案，然后到實驗空間去進行操作，由此就可以建立物理與生活之間的關聯。對于這樣的行為，中學物理教師應該積極鼓勵，讓學生在生活中去學習，這樣可以樹立更加正確的物理價值觀，還可以使得其探究科學知識的素養得到發展。為此，還需要積極主動做好如下幾個方面的布局：建立相對自由的物理實驗室使用環境，確保在合理登記的背景下，可以在對應管理員的監督下去進行各種物理實驗探索，學校可以提供更加多的實驗器材和空間，以滿足學生在此方面的探究訴求，營造良好的物理實驗探究環境;建立物理實驗興趣小組，以小組合作的方式來進行，可以增強彼此之間的交互，確保良好的探究氛圍得以營造，由此實現科學思維和探究素質的發展和進步;當然教師還可以鼓勵學生積極利用一切可以利用的資源來創設對應的物理實驗環境，比如可以在家開展各種物理實驗，在這樣的物理實驗探究中，學生的知識獲得感，技能獲得感都是比較強悍的，這對于提升實際中學物理實驗教育教學質量而言，是很有價值的。

綜上所述，中學物理教師在實驗教育教學設計的時候，必然需要關注科學探究素養的發展，這是新形勢下核心素養發展的必然要求。秉持以學生為本的基本原則，鼓勵學生去猜想，鼓勵學生去建構，鼓勵學生去實驗，鼓勵學生去歸結，鼓勵學生去實踐，由此使得學生科學探究素養的發展進入到更加理想的狀態。對于學生而言，在這樣的實驗探究中，慢慢形成物理學科價值觀，正確理解物理與生活之間的關系，在探究中也清楚了科學探究的流程和方法，也就可以使得科學探究的素養步入到可持續發展的狀態。

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