基于核心素養的初中物理低成本實驗的開發與應用研究

福建省莆田擢英中學 鄭喜春

實驗能夠讓初中生直觀地觀察物理知識，可以使認知理解變成科學認識，利于自主性的學習思考，也能提高教學效率，保證知識教學效果。但是，在以往的教學中，物理實驗開展多為硬性的要求，實驗開展的成本較高，教師一再強調保護實驗器材，要求學生按照流程和標準操作，這在形式上制約了創新，過程上也讓個人理解變成了概念的記憶，降低了實驗興趣，不利于自主學習開展，也會影響教學質量。因此，為保證實驗教學的效果，需要教師開發低成本實驗，讓學生能夠在實驗教學中變得自由，能夠去探索物理概念，進行創新思考，保證學習探究的行為，促進物理核心素養的養成與發展。

一、初中物理低成本實驗的現實意義

1.利于基礎理論知識的理解。

物理知識帶有抽象性的特點，而在初中階段，基礎理論知識較多，很多學生在學習理解中呈現出認識膚淺、知識記憶錯誤的情況，行為不夠主動，缺少科學性的思考。低成本實驗能夠讓基礎理論變成個人學習感受的實踐，能夠在課堂和生活中進行，基礎概念的理解也就變成實驗的思考與分析，可以增強學生學習的主動性，讓知識理解變成直觀的觀察，能夠對物理概念進行深入的認識。同時，低成本實驗可以增加思考的頻率，對知識的認知有更多的想法，有助于知識的內化和科學觀念的形成。

2.利于物理核心素養的養成。

核心素養是當前初中物理教學的核心目標，低成本實驗可以讓物理核心素養的物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度在知識學習理解中形成，也能鍛煉科學研究能力。學生在低成本實驗中能夠自主性地學習思考，在物理知識的探索中會有物理觀念的形成，而在親手操作的實驗中，學生能夠從實驗過程和結果中形成思維認識，科學思維得到發展。低成本實驗增加了學生的動手操作，并且在實驗中會有各種創新與變化，利于實驗探究素養的發展。而在實驗操作中，初中生能夠形成科學的態度，健全自身的世界觀。

二、基于核心素養的初中物理低成本實驗的開發與應用原則

1.科學性。

低成本實驗不是簡單的降低實驗的成本，而是讓實驗可以更好地開展，保證學生的參與，從而讓實驗的實踐性與知識的理論性結合。物理是一門自然科學學科，在開發與應用中要遵循科學性原則，保證實驗符合教學理論，體現物理的自然科學規律，讓學生高效完成知識理解，提高物理課程的教學效果。

2.簡易性。

低成本實驗要落實簡易性原則，使物理實驗能夠得到普及，學生可以在實驗中積極參與，以此保證實驗探究的落實。簡易性原則不是簡單，需要教師把控實驗中的物理探究，設計實驗觀察、解釋、總結的過程，建立以生為本的教學過程，以此實現高效教學，確保物理實驗教學的普及。

3.直觀性。

低成本實驗的應用中要保證直觀性，原則上推動抽象概念的理解，降低物理概念學習理解的難度，使每個學生都能在實驗中完成概念認識，建立科學思維的學習方式。直觀性原則要呈現概念內容，針對實驗材料與過程做優化，增加實驗的可信度，保證物理知識的有效理解，強化理解記憶。

4.安全性。

安全性是低成本實驗開發的基礎，其中要保證實驗的安全性，也要滲透安全教育，以此保證學生的實驗操作安全，培養安全意識。初中物理知識主要內容是生活中的聲音、光、水、電等，低成本實驗的開發中要控制實驗的危險內容，杜絕危險的實驗器具使用，使物理實驗能夠高質量地開展。

三、基于核心素養的初中物理低成本實驗的開發策略

1.開發生活實驗，培養物理觀念。

低成本實驗的開發要控制實驗成本，需要簡約化實驗內容與形式，特別在實驗資源上開發生活物品，讓物理實驗能夠得到普及，學生有實踐性的行為，以生活化實驗為基礎培養物理觀念。首先，教師需要明確物理知識與生活的聯系，并以此確定低成本實驗的器具，轉化傳統的實驗方式。其次，低成本生活實驗的開展要健全實驗過程，讓學生有實驗操作，能夠在實驗中進行操作和思考，從而培養物理觀念，增強物理學習的興趣，使理論概念的知識可以從日常生活認識中思考獲得。

比如在《聲音的產生與傳播》教學中，音叉能夠展示聲音是在振動中產生，其傳播需要介質。但是，音叉教具有局限性，更多的是觀察，學生沒有具體的操作，影響概念的認識。對于此，教師可以開發用格尺代替音叉的低成本實驗，在課堂中組織學生將格尺一端放在桌子邊沿，然后用手壓住，用另一只手撥弄格尺。這樣格尺會產生振動，產生聲音，學生動手操作中完成了理解。物理是自然學科，生活實驗是低成本實驗開發的主要方向，便于教學活動開展，也能讓學生在實驗中感受和解釋生活中的物理現象，在實驗操作和概念理解中養成物理觀念，利于學科知識探究理解的主動思考。

2.組織器具自制，引領實驗探究。

在核心素養下的低成本實驗開發要保證學生的自主學習行為，改變學生簡單化的概念記憶狀態。在開發策略中可以組織器具自制，發揮學生的主體性，以自制的行為增強實驗教學效果，讓實驗教學融入到探究分析中。而在教學組織中要讓學生準備一些物品，并以此為基礎設計器具自制活動，用自制器具證明物理概念，使物理概念的理解認識更為清晰，建立實驗探究的過程。器具自制的組織要分析物理概念展現的需求，設計制作分步流程，使每個學生都能進行實驗操作。

比如在《物體的浮沉條件及應用》這一課，教師就組織學生制作不同的實驗物品，建立探究浮沉條件與物體性質的關系。首先，選擇生活中常見的物體，可以將土豆作為實驗物體。其次，讓學生將土豆分成均等的四個小方塊，用作浮沉實驗中的對比。最后，進行四個土豆塊的處理，第一塊不作處理，第二塊在一面挖空，第三塊在一面挖空填充泡沫，第四塊一面挖空填充小石子，以此進行實驗演示，觀察四個土豆塊在水中的浮沉情況，從而進行實驗探究，總結浮沉的條件。器具自制能夠讓低成本實驗帶動學生的科學探究，利于自主性的思考與分析，也能讓概念理解認識更為準確，提升實驗操作的興趣。

3.設計實驗互動，激發科學思維。

低成本實驗的開發中要控制實驗器材和材料的成本，還要設計實驗互動，構建生本實驗教學模式，激發科學思維，保證學生在實驗中能夠進行深度學習理解，完善認知分析。低成本實驗中，初中生會進行實踐性的實驗探究，所以物理知識的理解過程會產生個性化的思考，建立物理知識的科學認識。但是學生的實驗理解認識會有差異，在實驗中容易出現錯誤，教師應在開發的過程中創設互動過程，引領學生在實驗中進行科學思考，在直觀的實驗中教授知識，保證學生的有效理解。

比如在《熔化和凝固》這一課，低成本實驗需要設計實驗現象中固態、液態兩種物質形態的相互轉變，并針對實驗的內容做問題設計，激發科學思維，建立概念認識、實驗驗證、認知理解的過程，保證學生在實驗中的深度思考，保證科學思維的發展。教師可以讓學生在家進行實驗，準備一個廢舊水瓶，裝三分之一的水，然后放到冰箱的冷凍層中，經過2個小時進行凝固觀察，之后在常溫下觀察熔化現象。而在課堂中則組織學生進行實驗分享，討論生活中有哪些熔化和凝固的現象，推動實驗思維的發展。

4.開展成果展示，提升科學態度。

在低成本實驗的開發中需要讓學生能夠有深度學習，所以在教學中不能只關注實驗的形式和方法，還要設置成果展示，將學生的成果做展示，讓物理知識可以多樣化地呈現出來，增強學習認識的效果。在成果展示中要做好物理概念的延伸，保證學生能夠建立物理知識的科學應用，從而形成科學態度。

比如在《家庭電路》這一課的實驗設計中，教師要將學生的電路設計做虛擬化的呈現，將實驗中的設計做展示，糾正其中的錯誤，表揚設計實驗中的電路優化，提升學生電路設計實驗的感受，使學生能夠從科學角度去認識電路，以此實現高效教學。

四、基于核心素養的初中物理低成本實驗的應用策略

1.應用低成本實驗導入新課。

低成本實驗在初中物理課程中的應用要以核心素養的培養為核心，需要加強知識教學的效果，保證學生在物理課堂中的學習主動性。策略上要能以應用實驗導入新課，創設直觀情境，激發學習興趣，營造探究學習理解的環境。實驗的趣味性可以使理論性的知識理解變成主動地學習思考，引發學習的需求。比如在《光的反射》教學中，教師在課堂伊始組織學生用能夠反光的物品將教室外的太陽光反射到教室的黑板上，用低成本、簡單的實驗促進物理概念的體會，為光的反射理解提供認知基礎，也讓學生能夠專注到課堂的學習活動當中，可以營造探究學習的環境，保證課堂教學效果。課堂中新課導入應用實驗可以為知識學習明確方向，引領自主性的探究分析，形成共同思考探究的教學環境。

2.應用低成本實驗解釋概念。

對于初中生來說，物理是一門新的學科，部分學生在物理概念的理解過程中缺乏主動性，對理論性的內容無法做正確的認知。對于此教師可以應用低成本實驗來解釋概念，增強物理學習的趣味性，讓學生能夠深度理解概念內容，完成有效的知識理解。比如在《質量》這一課的教學中，多數學生在生活中會接觸到質量好與壞的概念，但是對于質量缺乏科學的認識，通過不同物體質量的實驗能夠將物理的質量概念做準確解釋，可以保證概念的有效理解。而在此過程中，學生能夠在實驗中感受物理的科學觀，增強了科學的生活化認識，有助于物理核心素養的養成。在用低成本實驗解釋物理概念中，教師要注意學生實驗中理解的差異性，做好實驗總結和理論概念討論，保障學生的認知理解效果。

3.應用低成本實驗組織探究。

低成本實驗的應用需要組織探究活動，保證核心素養培養的效果。只有學生在實驗中進行探究，才能建立科學思維和實驗探究能力，所以應用策略中要將實驗納入到探究教學當中。可以說實驗是核心素養培養極為重要的一環，需要教師做好設計。在應用策略中，需要將實驗與探究學習過程做整合，結合實際學習情況開展低成本實驗，使知識理解能夠通過實驗進行論證。比如在《眼睛和眼鏡》教學中，教師就在眼睛和眼鏡的原理教學之后，設計小圓孔觀察實驗，以此讓學生科學證明概念。首先在一張紙上挖出一個小孔，其次讓學生從這個小孔來觀察周圍的物體，通過移動紙張與臉的距離觀察眼鏡的原理，促進概念的科學探究理解。

4.應用低成本實驗演繹習題。

初中物理教學面臨中考的壓力，在應用低成本實驗培養核心素養的策略中，需要把握實驗演繹習題的優勢，讓學生能夠建立解題思路，可以形成科學的物理知識體系。在以往的習題教學中，物理教師多為解題方法的教學。學生在其中缺少自主性的思考，對于題目內容和理論知識沒有做深層次的分析，也就造成部分學生只了解解題方法和答案，并沒有解題思路的發展，無法支持應用中養成核心素養。鑒于此，教師應利用好低成本實驗的靈活性，在習題教學中用實驗來演繹習題內容，使學生能夠進行題目分析和答案思考，提高習題教學的效果，使學生能夠掌握解題方法，提高物理成績。比如在《二力平衡》的習題教學中，可以讓學生準備幾條細繩，將所有細繩的一端系到一起，以此為物理實驗，之后針對受力的方向和大小做實驗演示，促進物體受力平衡地分析，解決相關習題的問題，促進應用思考，培養物理分析能力。

總而言之，初中物理培養學生核心素養的實踐策略中需要重視低成本實驗的開發與應用，使物理知識的理解能夠得到完善，把實驗的操作與觀察變成自主性的行為，實驗的成果和現象變成物理概念，提高物理實驗學習理解的深度，保證物理核心素養的培養效果。但是，低成本實驗的開發要從學生自主探究學習做設計，應用中要保證概念教學的效果，做好資源開發和實驗過程指導，以此確保低成本實驗開發和應用的效益，促進初中生在物理知識學習中的全面發展。