利用課外實驗提高學生的科學素養

福建省同安第一中學 蘇享銧

物理是一門以實驗為基礎的學科，教師可以利用課外實驗培養學生科學探究核心素養。

一、通過課外實驗提高學生物理核心素養的必要性

物理核心素養主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四方面。科學探究是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并做出解釋以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。

物理是一門以實驗為基礎的學科，物理教學同樣離不開實驗教學。實驗教學又包括課堂演示實驗、課堂學生分組實驗和課外實驗三種。課堂演示實驗由教師演示、解說、學生觀察來學習新知識；課堂學生分組實驗和課外實驗，由學生動手實驗，更有利于培養學生科學探究核心素養。教師可以利用課外實驗來提高學生學習物理的興趣，培養學生的科學探究能力。相比于課堂實驗，課外實驗有以下幾個特點。

（一）自主設計性

課堂分組實驗主要是按照教師和教材的要求進行操作；而學生在課外實驗中可以自主設計實驗的方法、步驟和材料，并且可以比較各種方法產生的不同結果，找到最佳實驗方案。

（二）開放性

課堂分組實驗具有封閉性，所取用的材料局限于學校所提供的實驗器材。而課外實驗則不受器材的限制，學生可以在廣闊的大自然和豐富多彩的生活中取材，各種素材取之不盡。

（三）反復操作性

課堂分組實驗，因受制于課堂時間的限制，不可能多次進行操作，甚至有的學生一次操作都無法順利完成。而課外實驗可以反復進行操作，只有反復操作，才能讓誤差減少到最小，也才能從中體現到探究的樂趣，在每一次的操作中，不斷提高實驗能力。

（四）豐富性

課堂分組實驗的安排，每學期僅能根據教學要求，安排有限的幾次。而課外實驗不受課程的限制，教師可以根據需要布置課外實驗，讓學生利用課外時間完成。

（五）趣味性

課堂分組實驗根據實驗目的，選用專門的實驗器材。而課外實驗則可以利用生活中的各種素材，完成各種有趣的實驗，實現寓教于樂。課外實驗真正讓學生感受到物理來源于生活，生活離不開物理，從而提高學生對物理的興趣，培養學生利用物理原理解決實際問題的能力。

由于課外實驗具有以上特點，所以學生通過課外實驗進行分析、綜合、評價，是積極主動的高層次學習，注重獲取知識的過程，把知識與經驗結合解決新問題的學習，是一種行為動力驅使下的主動學習，可以培養學生設計實驗探究方案和獲取證據的能力，提高科學探究核心素養。

二、教師利用課外實驗的兩種方法

（一）布置學生操作迷你創新實驗

教師講授新課時，由于學生對所學原理還比較陌生，此時可以布置一些迷你實驗讓學生進行創新實驗。“創新實驗”促使深度進階，實驗創新是在實驗的設計、操作基礎上的創新，從可見度、操作性、安全性、循環性、定量化等方面著手，通過實驗的創新，促使深度進階。迷你創新實驗由于操作簡單，更適合新課教學。

以下用教學實例進行說明如何利用迷你課外實驗進行新課教學。

迷你課外實驗案例1：“牛頓第一定律”授課時，我提前布置學生做慣性小實驗，提倡學生用不同的材料做，結果學生的興趣很高，完成率很高。

某學生利用書上的器材，水杯、硬紙片、硬幣完成實驗，用手指快速彈出硬紙片，硬幣由于慣性要保持原來的靜止狀態，當硬紙片被彈出時，硬幣沒有了支撐物，在重力的作用下掉入杯中。也有學生在杯子里裝些水，在杯子上面放一把直尺，把雞蛋放在直尺上，再用另一把直尺把雞蛋下面的直尺迅速彈出，雞蛋掉入杯中。還有的學生把象棋疊起來，用直尺快速把下面的一個棋子打出，上面的棋子落下來。通過實驗讓學生明白，原來靜止的物體，由于慣性，要保持原來的靜止狀態。讓學生對牛頓第一定律有了直觀的感知。

這個實驗設計的亮點是開放性，讓學生自己選材料進行實驗，觀察結果，這就是實驗的創新之處，讓學生變被動學習為主動學習，通過創新實驗提高科學探究核心素養。

迷你課外實驗案例2：在“物體的浮與沉”這節課中，密度計的讀數、原理是個易錯點，教師可以讓學生動手做密度計來幫助學生理解。讓學生用吸管和沙子做成密度計，可以漂浮在水、油中，可以看到密度計浸在油中的體積大。這就是為什么密度計越向上刻度值越小。這個實驗的創新之處在于變演示實驗為學生動手實驗，讓學生動手制作密度計，學生在新課之前完成了實驗，為新課領會知識做好了準備，可以激發學生學習興趣。

這些迷你實驗簡單易做、充滿趣味，因此在教學中取得了明顯的效果，受到了學生的熱烈歡迎。學生在課外完成實驗，達到實驗目的，可以將所學的理論知識聯系實際，科學探究的能力得到了鍛煉和培養。

（二）布置學生設計綜合型課外實驗

在學生對一單元的物理知識已經完整掌握的情況下，教師可以布置綜合型課外實驗，綜合型的課外實驗可以鍛煉學生的實驗設計能力、實驗操作能力、實驗計算能力和誤差分析能力。以下以課堂教學實例闡述如何利用課外實驗培養學生的科學探究能力。

課外實驗案例1：“密度的測量”復習課，在“密度的測量”復習課授課時，我布置了實驗作業，讓學生在家里測量大米的密度。學生利用生活資源，采用不同方法完成了實驗，教師在課堂上進行展示，取得較好效果。

某學生采用常規工具——電子秤和量杯測大米密度：測出來大米的密度為0.69g/cm3。而大米是沉入水中的。那么大米的密度應該大于水的密度。水的密度是1g/cm3，而測出來大米的密度為0.69g/cm3小于水的密度，可見這種方法誤差太大，不合適。原因是大米之間縫隙大，測出的大米體積偏大，密度偏小。

另一學生測出大米的密度為1.45g/cm3。以下是她的實驗方案。實驗器材：兩個完全相同的水杯、電子秤、水、米。實驗步驟：（1）在兩個相同的水杯中加入等量的水，測出杯和水的總質量為m0=135g;（2）在其中一個杯中加入一些米，測出米的質量為m米=151-135=16（g）;（3）在另一個杯上做與上一個加了米的水杯的水位高度一致的標記，在這個水杯加入水至所標記的高度，測出加了水的質量為m水=146-135=11（g），根據公式V水=m水/ρ水，算出所加水的體積V水=11cm3，根據等體積法可知所加大米的體積也為V米=V水=11cm3；（4）大米的密度ρ米=m米/V米=16/11=1.45g/cm3。她利用排水法測出米的體積等于排開的水的體積，用等體積法測大米的體積，減少了測量誤差。

也有學生用排面粉法測大米的密度，測出大米的密度為1.5g/cm3,實驗結果也是比較接近真實值的。最后教師總結，測量易溶于水的物質密度，都可以用排面粉法。比如，測量冰糖的密度，就可以用排面粉法。

學生通過課外實驗，發現原來還有這么多的方法、材料可以達到實驗的目的，不同的方案各有利弊，這樣，既開拓了學生的眼界，打開了學生的思維，培養了學生的創新能力，也讓學生明白物理源于生活，生活中處處有物理，增強了對物理學科的認知和興趣。通過課堂上教師的點評和引導，學生既增加了對知識的理解，又達到了復習知識的效果。

課外實驗案例2：“杠桿”復習課，可以布置學生利用家里的材料，如用一次性紙盤、一次性筷子、棉線、小金屬塊做簡易的桿秤，帶到學校來展示，學生通過制作桿秤，對杠桿的平衡條件有了一定深刻的認識。

教師可以把課外實驗作為動手實踐作業布置給學生，優選素材、精編情境、巧設問題，讓學生動手動腦主動參與學習，體現了以學生為主體，讓學生獨立工作、帶著問題進行探究實驗的方法，注重新舊知識的整合，提高了學生解決實際問題的能力，變被動學習為主動學習，培養了學生設計與操作、論據與論證的實驗核心素養。在點評作業時匯總展示學生優秀的作品，讓學生收獲多種實驗方法，通過課外拓展、課內歸納總結，拓展了學生的思維，提高了核心素養。

由于學校實驗課時間有限，教師可以引導學生多進行課外實驗操作，讓學生更主動地參與實驗，參與學習。學生課外動手實驗可以長期進行下去，把實驗室搬到家里，隨時隨地做實驗，讓學生通過課外實驗深度學習，提高學生利用實驗解決物理實際問題的能力，促進學生的終身發展，讓學生對知識的掌握融會貫通，提高科學探究核心素養。