核心素養(yǎng)視域下初中物理課外實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)

周宇峰

【摘要】實(shí)驗(yàn)與探究既是認(rèn)識(shí)物理問題的科學(xué)手段與過程，同時(shí)也是初中階段學(xué)生發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑.本文以發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力為目的，采取案例分析等方法對(duì)核心素養(yǎng)視域下物理課外實(shí)驗(yàn)探究能力培養(yǎng)策略進(jìn)行研究，并給出參考建議，即：創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣；指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維；指導(dǎo)信息整合，啟發(fā)學(xué)生理性思考；搭建展示平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)交流；組織評(píng)價(jià)反思，鞏固學(xué)生探索能力.

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；初中物理；課堂教學(xué)

新修訂的義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)提出了明確的要求，其中科學(xué)探究是學(xué)生應(yīng)具備的關(guān)鍵素養(yǎng)之一，而組織學(xué)生展開課外實(shí)驗(yàn)對(duì)于提升科學(xué)探究素養(yǎng)具有顯著的作用.但是，目前在初中物理教學(xué)研究中，教育工作者多數(shù)側(cè)重于學(xué)生對(duì)于物理知識(shí)、操作技能、思維方法的內(nèi)化吸收，很少結(jié)合課外實(shí)驗(yàn)有序增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力、提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).對(duì)此，初中物理教育工作者有必要在核心素養(yǎng)視域下對(duì)課外實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究，根據(jù)其中的育人價(jià)值對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合培養(yǎng).

1創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣

問題情境是培養(yǎng)物理課外實(shí)驗(yàn)探究能力的有效途徑.在核心素養(yǎng)視域下，初中物理課程教學(xué)目標(biāo)已由“關(guān)注知識(shí)”轉(zhuǎn)向“關(guān)注學(xué)生”，物理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程要讓學(xué)生的情感和興趣始終處于最佳狀態(tài)，這就需要教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一些富有科學(xué)性、趣味性、實(shí)用性、創(chuàng)新性的問題，既可引起學(xué)生課外探索的興趣，又能潛移默化鍛煉學(xué)生科學(xué)探究能力[1].具體來講，教師可以從以下兩個(gè)角度探究問題情境的創(chuàng)設(shè)：

第一，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課內(nèi)問題展開課外實(shí)驗(yàn)探究.

例如在學(xué)習(xí)“聲現(xiàn)象”的相關(guān)知識(shí)后，教師基于課堂上提出的核心問題：聲音是如何產(chǎn)生的？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考，并構(gòu)建生活化情境，促使學(xué)生借助生活中常見的工具、材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn).有學(xué)生對(duì)這一問題進(jìn)行延伸，并認(rèn)為“聲音就是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的聲波”，然后自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，即在一個(gè)玻璃杯上蒙上保鮮膜，在膜面上撒上小珠子，然后用手機(jī)播放節(jié)奏比較強(qiáng)烈的音樂，將手機(jī)靠近水杯，這時(shí)可以清晰地觀察到膜面上的小珠子在不停地跳動(dòng).通過這一實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)課內(nèi)研究的聲音現(xiàn)象進(jìn)行了拓展，更加深刻地認(rèn)識(shí)到了“聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生的”這一原理.

第二，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活問題展開課外實(shí)驗(yàn)探究.

例如有學(xué)生在生活中觀察到：一些金屬容器在碰撞后會(huì)發(fā)生“嗡嗡”聲，如果其中盛滿了水，則會(huì)出現(xiàn)水花四濺的情況.針對(duì)此，學(xué)生提出了疑問.并運(yùn)用不銹鋼盆進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).通過實(shí)驗(yàn)學(xué)生觀察到用手摩擦盆時(shí)，盆會(huì)隨著摩擦的頻率產(chǎn)生振動(dòng)，當(dāng)盆中裝滿水后，水中會(huì)出現(xiàn)波紋，這就是振動(dòng)的頻率.通過觀察實(shí)驗(yàn)、查找資料、自主分析，學(xué)生逐漸理解了其中的原理：當(dāng)摩擦力引起的振動(dòng)頻率和盆的固有頻率相等或接近時(shí)，盆壁產(chǎn)生共振，振動(dòng)幅度急劇增大.但由于盆底的限制，使它所產(chǎn)生的波動(dòng)不能向外傳播，于是在盆壁上入射波與反射波相互疊加而形成駐波.用手摩擦一個(gè)圓盆形的物體，最容易產(chǎn)生一個(gè)數(shù)值較低的共振頻率，盆上振幅最大處會(huì)立即激蕩水面，將附近的水激出而形成水花，就會(huì)出現(xiàn)水花四濺的現(xiàn)象.由此可見，學(xué)生在探究生活問題的過程中遷移了物理知識(shí)，拓寬了探究視野，也激發(fā)了他們運(yùn)用實(shí)驗(yàn)繼續(xù)探究生活中物理現(xiàn)象的興趣.

綜上，問題是學(xué)生展開課外實(shí)驗(yàn)探究的第一步.教師從不同角度提出問題，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，激發(fā)了學(xué)生展開課外實(shí)驗(yàn)探究的動(dòng)機(jī)，發(fā)展了科學(xué)探究素養(yǎng).

2指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案是學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要體現(xiàn).在初中物理教學(xué)中，許多課內(nèi)實(shí)驗(yàn)都是現(xiàn)成的，學(xué)生缺乏參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案制定的機(jī)會(huì)，所以實(shí)驗(yàn)探究能力的發(fā)展也受到了一定的限制.在核心素養(yǎng)視域下，教師可以利用物理課外實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的問題、所形成的猜想自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制定方案，以發(fā)展科學(xué)思維能力.具體來講，教師可以抓住以下兩點(diǎn)對(duì)學(xué)生的課外實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行指導(dǎo)：

第一，幫助學(xué)生理清思路，明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的要點(diǎn).根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一般包括問題的提出、器材的選取、實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析、結(jié)論的概括、表達(dá)式的推導(dǎo)以及對(duì)整體過程的評(píng)估等.在課外實(shí)驗(yàn)探究中，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生抓住上述要點(diǎn)一一進(jìn)行突破，讓整個(gè)設(shè)計(jì)指向最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

例如有學(xué)生通過生活觀察發(fā)現(xiàn)壺中的水比壺中的食用油干得快，涂在手上的酒精比涂在手上的水干得快等現(xiàn)象，于是學(xué)生在教師的啟發(fā)和指導(dǎo)下進(jìn)行了猜想：液體蒸發(fā)得快慢可能與液體的種類有關(guān).然后圍繞“實(shí)驗(yàn)器材的選擇”“實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)”“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析”“實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出”等重點(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，并形成了較為清晰的實(shí)驗(yàn)探究思路.

第二，指導(dǎo)學(xué)生批判思考，完善設(shè)計(jì)，形成實(shí)驗(yàn)方案.課外實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出了挑戰(zhàn)，因此，在他們?cè)趯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)難免會(huì)出現(xiàn)問題，如現(xiàn)象表述不精練、實(shí)驗(yàn)器材不齊全、操作順序混亂等.對(duì)此，教師應(yīng)提醒學(xué)生反復(fù)斟酌、批判分析，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，最終形成科學(xué)、可行的實(shí)驗(yàn)方案.

例如在上述驗(yàn)證“液體蒸發(fā)得快慢可能與液體的種類有關(guān)”這一猜想的過程中，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程不斷進(jìn)行反思，最終形成了相對(duì)完整的實(shí)驗(yàn)方案.其中實(shí)驗(yàn)器材包括：質(zhì)量相同的水和酒精、兩個(gè)完全相同的小燒杯、調(diào)平的托盤天平.實(shí)驗(yàn)步驟：先將兩個(gè)完全相同的小燒杯分別裝上質(zhì)量相同的水和酒精，然后將盛水的小燒杯放在調(diào)好的天平左盤上，盛酒精的小燒杯放在天平的右盤上，在相同的環(huán)境放置一段時(shí)間，最后觀察天平指針向哪個(gè)方向偏轉(zhuǎn).實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論：一段時(shí)間后，若指針向左偏轉(zhuǎn)，則說明酒精比水蒸發(fā)快；若指針向右偏轉(zhuǎn)，則說明水比酒精蒸發(fā)快，這兩種情況都說明液體蒸發(fā)快慢與液體種類有關(guān).若指針不偏轉(zhuǎn)，則說明液體蒸發(fā)快慢與液體種類無關(guān).由此可見，這一實(shí)驗(yàn)方案科學(xué)、可行，是學(xué)生科學(xué)思維的重要體現(xiàn).

綜上，在課外實(shí)驗(yàn)探究中指導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制定實(shí)驗(yàn)方案，不僅有利于學(xué)生將對(duì)物理現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為理性思考，還有利于學(xué)生遷移課內(nèi)實(shí)驗(yàn)探索的經(jīng)驗(yàn)，也有利于學(xué)生科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究能力的發(fā)展.

3指導(dǎo)信息整合，啟發(fā)學(xué)生理性思考

在課外實(shí)驗(yàn)探究中學(xué)生通常會(huì)面臨信息獲取與處理的難題.針對(duì)此，教師應(yīng)啟發(fā)學(xué)生思路，引導(dǎo)他們主動(dòng)獲取信息，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對(duì)信息進(jìn)行科學(xué)處理，以此探究科學(xué)原理.

第一，指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范實(shí)驗(yàn)步驟，獲取實(shí)驗(yàn)信息.學(xué)生通過科學(xué)的方法，展開實(shí)驗(yàn)，能夠獲得準(zhǔn)確、全面的信息，為后續(xù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論奠定基礎(chǔ).

第二，指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)處理信息，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.處理信息就是經(jīng)過理性思考，提煉信息價(jià)值，進(jìn)而解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過程.在課外實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中，教師應(yīng)要求學(xué)生客觀分析所獲取的信息，科學(xué)處理，并得出物理規(guī)律.

例如在“測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的平均速度”的課外實(shí)驗(yàn)中，教師根據(jù)兩組實(shí)驗(yàn)中d和t的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出瓶蓋滑動(dòng)的平均速度，并將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以此得出結(jié)論，形成對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的平均速度的科學(xué)認(rèn)識(shí).

綜上，獲取并處理信息是實(shí)驗(yàn)探究的重要步驟，也是發(fā)展學(xué)生理性思維的關(guān)鍵環(huán)節(jié).在課外實(shí)驗(yàn)探究中學(xué)生提高對(duì)信息的認(rèn)識(shí)，并通過獲取、處理等操作提煉其中有價(jià)值的內(nèi)容，以此達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模插憻捔俗陨淼膶?shí)驗(yàn)探究能力.

4搭建展示平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)交流

每一個(gè)學(xué)生的內(nèi)心都有一種被承認(rèn)、被肯定、認(rèn)可的需要，希望自己能夠成為一個(gè)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者.在物理課外實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生渴望將自己的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示出來，渴望與他人進(jìn)行交流、分享.基于此，在教學(xué)指導(dǎo)中，教師應(yīng)理解學(xué)生的這種心理，并搭建平臺(tái)，為學(xué)生提供展示和交流的空間[2].

第一，搭建展示平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出解釋.例如在綜合性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，教師鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并搭建線上交流平臺(tái)，鼓勵(lì)他們將實(shí)驗(yàn)探究過程以及結(jié)果通過視頻的方式展現(xiàn)出來.

第二，組織互動(dòng)交流，促使學(xué)生分享實(shí)驗(yàn)探究的心得體會(huì).在上述綜合性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，有多名學(xué)生根據(jù)“小孔成像”的原理設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn).教師將不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整合，并通過線上渠道引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者互動(dòng)分享，深入對(duì)光學(xué)原理的認(rèn)識(shí)、交流彼此的想法以及在實(shí)驗(yàn)中遇到的困難，最終將實(shí)驗(yàn)心得整理、分享到班級(jí)群，為其他學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)提供借鑒.

綜上，在核心素養(yǎng)視域下教師針對(duì)學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)探究的情況搭建展示平臺(tái)，把展示、思考、討論、創(chuàng)新的權(quán)利交給學(xué)生，使學(xué)生在自主、寬松的環(huán)境中呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)探究的過程和結(jié)果，進(jìn)而鞏固知識(shí)、分享體會(huì)、交流經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)探究素養(yǎng)的進(jìn)一步發(fā)展[3].

5組織評(píng)價(jià)反思，鞏固學(xué)生探索能力

根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，形成對(duì)科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和反思的能力是學(xué)生科學(xué)探究這一核心素養(yǎng)發(fā)展的重要內(nèi)容，在課外實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中，教師應(yīng)為學(xué)生提供評(píng)價(jià)與反思的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生真正內(nèi)化在實(shí)驗(yàn)過程中所獲得的知識(shí)和能力，并實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新探索.

第一，開展實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生反思.

針對(duì)學(xué)生的課外實(shí)驗(yàn)，教師組織了評(píng)價(jià)，其中包括自評(píng)，即學(xué)生根據(jù)教師提供的表格對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)器材選擇、實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡述等環(huán)節(jié)進(jìn)行打分，對(duì)實(shí)驗(yàn)態(tài)度進(jìn)行反思，形成自我認(rèn)識(shí)；他評(píng)，即教師和其他學(xué)生根據(jù)量表對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行打分.這樣的評(píng)價(jià)結(jié)果讓學(xué)生更加全面地認(rèn)識(shí)到了自己的實(shí)驗(yàn)成果，并根據(jù)其中的不足做出反思，為改進(jìn)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)[4].

第二，鼓勵(lì)創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn).在上述實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)驗(yàn)電器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)步驟，形成了新的方案，再次展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)也在對(duì)比中鞏固了實(shí)驗(yàn)探究能力，展現(xiàn)出客觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

綜上，在課外實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生不再是實(shí)驗(yàn)的看客，而真正成為了實(shí)驗(yàn)者.他們親歷整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，并對(duì)此做出評(píng)價(jià)、反思與改進(jìn)，而這一過程就是他們實(shí)驗(yàn)探究能力不斷提升的過程.

6結(jié)語

總之，開放的、新穎的物理課外實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生對(duì)物理理論有更加深入的理解，這對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)具有很強(qiáng)的支撐作用.本文從多角度分析了核心素養(yǎng)視域下物理課外實(shí)驗(yàn)探究能力培養(yǎng)策略，對(duì)相關(guān)研究提供參考，當(dāng)然，其中也存在諸多不足.因此，初中物理教育工作者應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)研究，優(yōu)化課外實(shí)驗(yàn)的實(shí)施策略，促使學(xué)生完成從低階思維到高階思維的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)，為終身發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ).

【本文系泰州市“十四五”教育科學(xué)規(guī)劃課題《物理學(xué)科核心素養(yǎng)視域下以課外實(shí)驗(yàn)提升初中生實(shí)驗(yàn)探究能力的策略研究》的階段成果之一，編號(hào)：tjkzd2021-014】

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