基于核心素養培養的物理實驗資源開發和應用

李祺

【摘要】核心素養培養下的物理實驗資源開發和應用，教師需要有整合優化意識，利用更多生活資源替代物理實驗用材，優化實驗運行方案，傳授一些實驗操作技巧，巧妙利用生活中的實驗資源，以提升物理實驗效率，培養學生實驗資源利用自覺性。實驗對資源材料有一定要求，教師不能單純依靠學校實驗室材料執行實驗操作方案，要充分利用替代材料，引導學生學會搜集利用實驗材料，不僅可以減少實驗成本，還能夠培養學生實驗意識，提升其綜合能力。

【關鍵詞】高中物理；實驗資源；開發應用；核心素養

高中物理資源開發和應用研究，為學科教學創造良好環境，為學生學科思維啟動帶來豐沛動力，教師需要有優化整合意識，研究實驗資源儲備情況、規劃實驗資源利用計劃、實施實驗資源應用策略、延伸實驗資源實踐維度，為學生學科核心素養培養帶來更多便利條件。物理是一門實驗性自然學科，學生對物理實驗充滿期待，教師針對教學實際需要，深入研究實驗資源開發和應用，組織學生參與實驗資源籌備活動，讓學生在實驗資源開發利用中建立學科認知基礎。

一、實驗資源開發路線探究

物理實驗需要資源材料的支持，教師對實驗材料來源進行科學評估，發動學生參與實驗材料的搜集整合活動，能夠順利調動學生實驗思維，還能夠培養學生良好學習意識和習慣。替代資源、類比資源、主題資源，教師從不同角度出發展開設計，為學生規劃清晰操作路線。

1.替代資源搜集

教師組織學生深入生活展開觀察和調查活動，尋找一些實驗替代材料，能夠有效解決實驗資源短缺的問題，還可以調動學生學科思維，讓學生在實驗材料搜集整合過程中建立實驗認知。物理實驗需要一些精密儀器的應用，這些資源在生活中難以找到。如力學、光學、聲學等實驗，其替代材料眾多，教師組織學生主動尋找這些材料，能夠有效培養學生實驗認知。

如教學人教版高中物理必修一“實驗：探究小車速度隨時間變化的規律”，教師利用實驗室材料設計實驗裝置，讓學生觀看實驗操作過程，然后設計探索實驗方案，要求學生自行尋找實驗材料，在合作基礎上設置實驗裝置，展開實驗操作。小車替代材料選擇時，學生能夠找到木塊、塑料塊，利用紐扣等制作小車車輪。替代材料隨處可尋，教師鼓勵學生打開思維，對實驗操作程序進行梳理，對實驗材料進行整合，為學生提供實驗材料尋找方向，讓學生自然進入到實驗材料搜集活動之中。學生身邊有不少材料能夠利用，教師要給學生更多操作提示，引導學生自行制作實驗材料，確保實驗順利展開。教師演示實驗的目的是讓學生了解實驗程序，分析實驗結論，還要鼓勵學生自行尋找實驗材料，制作一些替代材料或者實驗器具，在不同實驗中都可以應用。

2.類比資源開發

所謂類比性資源材料，是指特定實驗需要的資源，在生活條件下能夠找到類似的材料，即便不能完全起到替代的作用，也可以培養學生實驗意識和認知。物理實驗所用材料眾多，教師對實驗材料進行綜合分析，找出實驗材料的共性和個性特點，這樣可以矯正生活實驗材料尋找方向，順利找到適合的實驗資源。

實驗材料選擇時，可以進行類比分析，或者進行必要的改進，都可以形成嶄新應用契機，教師需要做合理設計。如“自由落體運動”，教師拿出一張紙和一個鐵片，在同一高度同時放手，鐵片先落地。第二次操作時，將紙片揉成一個紙團，結果情況改變了，紙團和鐵片幾乎同時落地。學生親自觀察了實驗過程，并自行尋找實驗材料進行實際操作，對自由落體運動有了全新理解。這個實驗所需材料可以隨意選擇，目的是讓學生知道不同材料的自由落體運動存在共性規律，教師做示范操作，為學生提供直觀感受的機會。學生利用多種物品進行實驗操作，從中感受實驗體驗，分析實驗原理，自然建立實驗認知。教師有意識投放實驗方案，學生積極響應，利用生活材料展開實驗操作，其學習認知內化順利展開。

3.主題資源整合

普通材料自身帶有某些共性特點，能夠適合不同的實驗，教師圍繞實驗主題進行設計和調度，讓學生先做實驗主題研究，然后進行實驗材料資源的整合處理，這樣能夠為學生規劃實驗資源開發的路線。實驗資源材料浩如煙海，如何提升整合品質，教師需要做好前期研究，給學生提供更多學習參考，讓學生自覺進入材料整合活動之中，在對比、分析、討論、篩選、歸結中建立實驗認知。

物理實驗需要材料隨處可以找到，甚至利用人體攜帶的材料都可以參與到實驗之中。如教學“摩擦力”，教師要求學生用手掌平放在桌面上，施加一點力，推動手掌，可以感受到摩擦力的存在。摩擦力大小與哪些因素有關聯呢？利用哪些材料可以繼續實驗操作呢？學生開始實踐探索，找到一些粗糙的面板，或者用鞋底摩擦地面，光滑的和粗糙的地面，其摩擦力大小可以感覺出來。這些實驗沒有運用很精妙的物理器材，卻可以隨時打開實驗操作程序，教師適時推出實驗方案，為學生規劃清晰操作路線，確保實驗順利展開。

二、實驗資源運用策略設計

實驗資源豐富多樣，教師面對更多資源材料，需要對實驗方案做優化處理，科學應用這些實驗資源材料，深度發掘實驗材料應用潛力，不僅能夠節省一些實驗資源，還可以給學生提供深入研學的機會，讓學生在廣泛互動中成長實驗操作能力。

1.改編實驗方案

實驗方案設計時，教師有意識考慮實驗材料的科學應用，不妨對方案做出一些針對性調整或者修改，讓一些材料可以有使用的機會。特別是生活條件下的探索實驗、驗證實驗，需要學生全程參與其中，如果能夠合理運用生活材料，勢必創造更多學習機會。

教師組織學生展開實驗操作時，要充分考慮實驗材料的整合和運用，這樣才能提升實驗效率。如教學“力的合成和分解”這部分內容，教師展示吊燈受到的拉力圖片，學生只能觀看，不能實際操作和體驗，為此，教師做出改變，讓學生找到細繩，系在一個小球上，或者其他替代品上，然后比較單根細線和雙根細線的拉力情況，兩根細線要形成一定夾角，感受到的拉力變化會更顯著。這個實驗也可以借助水桶來完成，用單根細繩和雙根細繩提拉，其拉力大小有顯著變化。教師有意識改變設計方案，讓實驗如期進行，借助生活中的材料，確保實驗順利展開，為學生帶來親身體驗的機會，其學習認知順利構建。

2.優化實驗主題

實驗有主題設計，確定實驗主題，對圈定實驗材料有指導作用，教師對實驗主題進行優化設計，可以創造更多實驗材料應用機會，為更多學生提供實驗參與機會。如果教師有意識組織學生展開實驗材料搜集整合行動，對這些實驗材料進行科學分類，也能夠建立科學的實驗材料資源庫，隨時調用相關材料參與物理實驗活動。即便不能將這些材料集中存放在一個固定的地方，也可以建立實驗材料搜集方案，為后面的實驗操作提供借鑒。

教師推出實驗方案時，要明確設計意圖，理清實驗目標，要求學生自然進入到實驗環節。如《共點力的平衡》，教師先展示一張圖片：這是一個人，傾斜身姿站立，借助一根拐杖保持身體平衡，不妨自行操作，這根拐杖對身體的作用力方向是垂直向上的嗎？學生找到可以替代品做成拐杖，開始實際體驗，分析拐杖支持方向。經過反復體驗，學生給出正確答案：這根拐杖對身體的作用力方向不是豎直向上的。教師隨時推出實驗內容，要求學生做親身嘗試，體會分析實驗原理，促使學生自然建立實驗認知。

3.規劃實驗路線

物理實驗程序啟動后，教師需要做跟進觀察和指導，根據實驗材料應用情況做出程序調整，優化實驗材料應用方案，都能夠創造更多實驗材料的應用機會。教師組織學生參與實驗程序規劃和歸結行動，也能夠給學生帶來一些學習啟示，特別是材料應用方案的互動交流，學生有了發言權，能夠對實驗材料應用進行整體規劃，以提升實驗材料應用適合性，促進學生實驗材料應用意識的培養。

在“實驗：探究加速度與力、質量的關系”這個實驗中，需要用到小車、砝碼、細繩、定滑輪、光滑的木板等材料，教師課前設計實驗材料準備任務，要求學生借助生活材料進行適當改進，自行制作小車，根據實驗要求裝設材料。這個實驗操作很簡單，關鍵是實驗裝設要符合要求，砝碼可以用替代材料，小車可以改裝，其他環節所用材料都比較好解決，學生進入實驗操作環節后，教師跟進指導，確保實驗順利進行。教師設計實驗方案，組織學生展開實驗操作，分析實驗結論，得出實驗成果。實驗材料隨處可見，教師要做好規劃設計，讓學生自然進入到實驗環節，在主動探索中建立實驗認知基礎。

三、實驗資源應用技巧研究

實驗資源應用過程中，教師鼓勵學生主動獻計獻策，對實驗進行優化應用，創造學習研究機會。如果能夠推出一些生活化實驗任務，讓學生借助身邊生活材料進行一些物理實驗操作，無疑可以激發學生實驗操作熱情，教師需要做好科學規劃。

1.延伸實驗訓練

實驗訓練設計時，教師要注意滲透實驗材料應用內容，引導學生借助生活環境展開實驗材料整合行動，對這些實驗材料進行科學配置，以發揮實驗材料的應用作用。學生對生活條件下的實驗操作比較有興趣，教師不妨與學生協商，推出一些生活化實驗任務，鼓勵學生自行設計、自行操作、自行歸結，寫出實驗操作報告。延伸實驗訓練設計有多重選擇，教師要對實驗方案進行創新設計。

教師布設實驗方案時，要融入一些實驗操作內容，這樣可以創造更多實驗材料運用機會。如教學“牛頓第二定律”這部分內容，教師設計了彈簧、小球實驗操作任務：將彈簧固定在桌面上，小球從高處下落，落在彈簧上，彈簧開始壓縮到一定程度，這樣可以測量小球的加速度大小，從小球接觸到彈簧，到彈簧停止形變，小球接觸彈簧達到最低點，其速度先增大后減小。這是一個操作實驗，學生找到這些實驗材料并不難，在反復操作中探索物理現象，驗證牛頓第二定律，可以開啟學生實驗思維，在主動探索學習中建立實驗認知。

2.激發實驗思維

啟動學生實驗思維，這是延伸實驗設計的重要目標追求。教師適時推出觀察實驗、探索實驗、驗證實驗，或者是利用軟件設計模擬實驗，都能夠為學生提供實驗操作和思考的機會，特別是模擬實驗的設計，可以開闊學生學習視野，如果能夠吸納學生參與意見，借助信息資源展開相關行動，其調動作用更為豐富。學生對物理實驗有不同期待，教師掌握學情展開實驗訓練設計，其適合性會更高。

物理訓練需要一些實踐操作，教師鼓勵學生自制實驗裝置，利用身邊的物品進行實驗材料操作，可以調動學生實驗思維。如“牛頓運動定律的應用”，教師設計物理實驗操作題目，要求學生尋找適合的木板、彈簧、小球，設計一個光滑的斜面，將彈簧固定在斜面上端，小球系在彈簧上，在斜面上裝設擋板，當放開小球時，小球滑向擋板，彈簧沒有形變……這個實驗可以計算出小球從擋板開始運動到小球的速度達到最大，其經歷的最短路程，同時可以分析多種物理量。這是一個比較簡單的物理實驗，所需要的材料可以通過多種渠道獲取，也能夠將這些材料進行簡單加工，確保實驗順利操作。

3.豐富實驗活動

實驗活動形式豐富多樣，教師精選活動形式，能夠創造更多實驗材料應用機會，也能夠啟動學生實驗思維，形成嶄新訓練起點。實地觀察、生活操作、材料梳理、互動交流、方案改進、軟件應用、學習反思、小課題研究等，都與實驗學習相對接，教師為學生提供更多實驗探索機會，布設更多實驗操作任務，成功調動學生學科思維，培養學科核心素養。

如教學“超重和失重”這部分內容時，教師先介紹超重和失重的概念，并利用一些小實驗進行直觀演示，對超重失重現象做詳細分析。在課堂訓練設計環節，教師推出一組小實驗，讓學生自己操作和探究，分析實驗現象和實驗結果。如：第一個實驗，將一些物體疊加放在一起，讓其自由下落，這些疊加的物體會分離嗎？分析其實驗現象。第二個實驗，將兩本書隔頁重合，然后向兩側拉書，會發現什么情況呢？第三個實驗，找到一個礦泉水瓶子，在側面打出小孔，將瓶子灌滿水，瓶子上的小孔會噴水，如果瓶口敞開，將瓶子自由下落，這些噴水現象會發生什么樣的改變？解讀實驗現象。這些小實驗都是比較簡單的，而且實驗材料在生活中都可以找到，教師根據學習需要做對應設計，成功激發學生實驗興趣，借助生活材料展開實驗操作。

物理實驗離不開材料資源的支持，教師科學利用現有實驗材料，發動學生參與替代材料的搜集工作，推出一些生活化實驗任務，傳授一些實驗材料應用技巧，都能夠為學生帶來全新實驗體驗。物理學科實驗對材料要求不是太高，在生活條件下可以找到一些替代材料，教師組織學生進行替代實驗材料搜集活動，不僅是可行的，也是必要的，對全面提升學生學科核心素養有積極促進作用。

【參考文獻】

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