核心素養視角下初中物理實驗探究教學的實施策略

徐磊

(泰州市野徐初級中學，江蘇 泰州 225300)

0 引言

《義務教育物理課程標準》（2022年版）中提出物理學科核心素養包括“物理觀念”、“科學思維”、“科學探究”和“科學態度與責任”。“實驗探究”是“科學探究”素養的有機組成部分，對應著學生借助物理實驗解決問題的能力。實驗探究要求開展嚴密的計劃與操作，從具體現象中發現不變規律，集中體現了物理課程的科學性，是發展學生核心素養的關鍵途徑。本文擬結合教學經驗，探討如何在核心素養視角下開展初中物理實驗探究教學。

1 初中物理實驗探究教學的現狀思考

實驗法是重要的科學探究方式，在初中物理教學中具有舉足輕重的地位。[1]通過參與實驗活動，學生將親歷提出問題、獲取證據、檢驗假設、發現結論等過程，進而發展科學探究素養。但是，目前教師在開展實驗探究教學時，大多僅將其視為驗證知識的途徑，強調通過實驗活動加深學生對結論的印象，但是實驗探究過程的價值則受到忽略。在部分實驗課堂中，雖然學生全程參與了實驗操作，但是學生的學習主動性沒有得到調動，在實踐中只是被動地完成教師的要求。這樣的實驗探究教學以知識為導向，未體現出探究的精髓，不利于學生核心素養的發展。學生在完成實驗后，僅僅掌握了結論和具體實驗的操作方式，但是對實驗的本質原理沒有認識。而且，學生獲得的經驗無法遷移運用在其他實驗中。教師要將實驗探究教學的重心從“知識導向”轉變為“素養導向”，從實驗探究過程中發掘豐富的學習空間，讓學生通過開展實驗發展核心素養。

2 核心素養下開展初中物理實驗探究教學的案例分析

核心素養的發展是學生持續積累和內化經驗的過程，如果教師每次實驗探究活動中滲透核心素養，學生便可不斷提升探究能力。以下結合蘇科版九年級教材中的“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”實驗，說明具體教學策略。

2.1 教材與學情分析

“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”實驗是蘇科版九年級物理第十四章《歐姆定律》中的內容。在學習本節課程之前，學生已了解本實驗中的四個核心概念：導體、電流、電壓、電阻，并且接觸過本實驗中要使用的器材，具備基本的操作經驗。學生通過參與探究串并聯電路電壓特點、參與改變電流大小等活動，初步掌握了有關電路圖的知識。但是，學生對實驗原理的理解能力不強，基于實驗目標進行設計的經驗不足，對實驗信息的收集、處理能力也有待提高。在這樣的學情基礎之下，要完成一個全新的實驗探究活動，仍具備一定難度。教師要針對學情施教，引導學生自主思考探究方法，將既有經驗運用于本次探究中，并通過探究實踐升華經驗，發展核心素養。

2.2 教學目標設計

教師對實驗探究教學目標的把握，對教學效果有直接的影響。結合教材的特征，可設計如下的教學目標：（1）知道導體中電流與電壓、電阻的定量關系，并了解如何通過控制變量法，研究一個量隨兩個量變化的定量關系；（2）能夠用電壓表、電流表、電阻等器材組裝電路，測量一段導體的電壓與電流，獲取和記錄不同的實驗數據；（3）積極參與交流討論、合作探究、評估反思，形成實事求是的科學態度和良好的學習習慣。在以上教學目標體系中，融入了“科學探究”的核心素養，可以幫助教師更好地把握教學重心。

2.3 教學策略

“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”實驗的結論，就是初中物理電學模塊中重要的科學定律——歐姆定律。在核心素養視角下，開展本次結論的重點不在于要驗證歐姆定律，而是要以本實驗提升學生在實驗探究方面的綜合能力。教師要從實驗目標出發，搭建支持學生發展的支架，可開展如下教學活動。

2.3.1 提出問題，展開科學猜想

疑問是探究的動力，有了疑問才會產生以實驗求知的必要性。教師可以將新課與舊知關聯起來，基于學生的“最近發展區”提問，調動學生的認知沖突。在本次實驗課中，教師提問：“在調光燈電路中，如果電源電壓大于燈泡允許的電壓，就需要串聯一個定值電阻，那么應如何選擇這個電阻？”對于本問題，僅僅憑借學生已有的知識無法解答。學生在思考過程中，會發現必須了解電流與電壓、電阻之間的關系，才能解開疑難。當學生的思維走上新的路徑時，教師便可以提出實驗任務，鼓勵學生通過設計和實施實驗，發現以上物理量之間的關系。

在提出問題之后，則要開展猜想活動。教師針對實驗任務鼓勵學生猜想，并要求學生說明自己基于何種經驗或推理作出猜想。在開展本次實驗課時，許多學生提出在串聯電路中可以發現當電壓越大時燈泡也越亮，因此可推測電壓和電流同步增大、同步減小，因此猜想電壓與電流成正比或電壓與電流的平方成正比。教師則將學生提出的猜想記錄在教學板中，以備后期對比檢驗。科學猜想是有價值的思維訓練活動，能夠讓學生在開展實驗探究時更為積極地思考。

2.3.2 思考方法，明確實驗原理

實驗是講求方法的活動，其中融入了不變的科學探究原理。只有基于科學探究原理設計實驗，才能夠保障實驗結論的有效性。在開展“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”實驗時，教師提出問題：“在開展這個實驗時，要測量哪些物理量？”引導學生厘清實驗中具體的物理量及相互關系。其次，教師再次提問：“怎樣才能確定哪些因素沒有影響，哪些因素有影響以及怎樣影響？”對于探究三變量之間關系的實驗，學生此前已有一定經驗，因此提出可開展兩步實驗，每次實驗時只變動一個因素，其他因素保持不變，然后記錄其他兩個量和變動量之間的關系。當學生回答后，教師提出“控制變量法”的概念，讓學生系統性地了解這種實驗探究方法。通過這種方式，學生明確了實驗原理，觸及了實驗的本質，能夠在自身思維的牽引之下開展實驗探究。[2]

2.3.3 制訂方案，畫出實驗電路

在經過科學猜想和對方法的思考后，實質上已經有了實驗方案的雛形。教師通過師生共同交流的方式，完成對實驗方案的制訂。教師引導學生用口頭表達的方式說明實驗目標、猜想、材料和步驟，然后將完整的實驗方案用多媒體展示出來。在實驗方案中包含實驗電路，電路的精確性對實驗過程和結果至關重要，畫實驗電路也是培養學生核心素養的關鍵途徑。因此，教師將畫實驗電路的任務，交給學生自己去完成 教師針對易錯點進行講解，和學生一起討論本實驗的電路圖中應當包含哪些要素。然后讓學生在草稿紙上畫，再讓一名學生在教學板上展示實驗電路，并共同分析。本實驗中用到的電路圖具體如圖1 所示。

圖1 電路表

2.4 開展探究，親歷實驗過程

實驗探究是實際展開操作的環節，其目標在于獲取和處理信息，分析各變量之間的關系，進而形成結論。實驗探究環節強調親歷性，即要讓學生成為實驗的主體，真正動手操作和動腦思考，體驗探究的全過程。

2.4.1 合作實驗，獲取信息

實驗探究對學生的綜合能力有很高的要求，學生既要具備動手能力，又要具備清晰的思維。因此，可以小組合作的方式開展實驗，讓學生在四至五人的小組內完成實驗、獲取信息。小組合作可以起到同伴互助的作用，學生之間可以在方法上相互提示，并讓操作中的錯誤得到及時發現。在學生動手開展實驗之前，教師運用多媒體展示本實驗的流程圖，以此引導學生有條不紊地開展實驗。不過，電學實驗中要注意的細節繁多。因此，當學生在自主進行實驗時，教師在不同的小組間巡視，幫助學生解決個別化問題，提示學生注意一些操作事項，如留意電路中的正負極、使用正確的電壓表接入按鈕等等。學生在實驗的過程中進行觀察，然后獲取信息，將觀察到的數據填入表格。

2.4.2 分析論證，處理信息

實驗操作是獲取信息的過程，但是信息本身并代表實驗結論，要對信息進行進一步分析和處理，從中提煉變量之間的關系，才能獲得實驗結論。在“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”實驗中，教師讓學生報告實驗結果。如一個小組實驗第一步驟中使用R=5Ω定值電阻，分別獲取了三組數據：U=1V，I=0.2A；U=1.5V，I=0.3A；U=2V，I=0.4A。在第二步驟中將電壓定為1.5V，分別獲取了三組數據：R=5Ω，I=0.3A；R=10Ω，I=0.15A；R=15Ω，A=0.1。教師用投影儀展示三份學生實驗報告，然后和學生一起分析數據，獲得結論：導體中的電流與導體兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比。在用文字表述實驗結論后，教師使用Excel 表格處理當R=5Ω條件下的實驗數據，用一個函數圖像來表示U、I、R 之間的關系，進而以圖像形式表征實驗結論。用圖像展示結論后，便完成了猜想、實驗設計、實驗操作、分析論證的全部探究環節。此時，教師再用一個PPT 頁面，介紹本次實驗中發現的變量關系便是歐姆定律。學生親歷實驗探究環節，了解了相互關聯的各流程，不僅掌握了學科知識本身，而且提升了探究能力。

2.5 交流評估，培養反思能力

在實驗結束后開展交流評估，可以為學生提供回望實驗過程的機會，培養學生的反思能力。雖然成功地完成了實驗，但是學生在進行實驗時大多遇到過一些問題。在交流評估環節中，教師鼓勵學生討論實驗中遇到的問題并分析原因，以此共享探究經驗。如有的學生沒有調節滑動變阻器保證電壓表示數不變，記錄了發生變化的電壓值，導致對變量關系的判斷失誤；有的實驗小組發現在開頭閉合前，電流表的指針發生反偏。經過分析，發現原因在于電流表未調零。學生的集體交流，讓實驗操作中的錯誤更容易被發現。師生共同分析差異的來源，認為可能是源于材料的出廠規格差異或測量儀的讀數誤差。通過充分討論實驗中的問題，有助于學生留意電路實驗中的誤區，并形成更加縝密的科學思維。學生可從交流評估環節中討論的內容中提煉要點，加入實驗報告中。

3 教學實踐經驗反思

教學實踐經歷對教師而言是寶貴的教研資源，可從中提煉教學注意事項。回顧和反思“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”實驗教學過程，可以從中總結以實驗探究教學培養學生核心素養的幾點經驗。

3.1 促進學生主動開展探究

核心素養視角下的實驗探究課中，應當讓學生成為課堂的主人，促進學生主動開展探究。[3]教師要調動“學”的能動性，讓學生自主進行計劃、實驗、記錄、分析與反思。因此，教師一方面要注重“激發興趣”，讓學生在求知欲的牽引下主動參與探究。

3.2 培養實驗器材操作能力

使用實驗器材完成實驗操作，是一項重要的核心素養，在很大程度上能夠說明學生探究能力的高低。合理使用實驗器材不僅僅是細節上的問題，而且還與學生對物理知識的掌握程度有關。在開展實驗探究教學時，教師要充分利用實驗操作中的各個環節，讓學生正確掌握實驗器材的操作方法。[4]

3.3 以實驗培養學生科學思維

物理實驗是以科學思維為基礎的，思維的有效性保障了實驗本身的有效性。因此，教師在開展實驗探究教學時，不僅停留于讓學生學會操作具體的實驗，更要以此培養學生的科學思維。學生在做實驗的過程中應當領會如何分析問題和解決問題，在實驗猜想、數據分析等方面形成個性化的感悟。只有當學生理解物理實驗中包含的思想和方法時，核心素養才會得到提升。