立足核心素養優化物理實驗
——關于初中物理實驗教學策略的研究

王夢佳

(南京市寧海中學分校,江蘇 南京 210003)

為不斷提升學生物理學科核心素養和今后的自然科學探究學習提供支持,教師需高度重視物理實驗教學.基于物理學科育人目標,針對實驗教學方式方法進行改革創新,打造全新的物理實驗教學模式,挖掘初中生的物理學習潛能.

1 初中物理學科核心素養構成要素

為不斷提升初中物理實驗教學水平,教師應當立足學科核心素養,持續優化物理實驗教學模式.為達到學科核心素養育人要求,教師必須明確物理學科核心素養的構成要素,如科學知識與物理觀念、科學方法與科學思維、應用知識與實驗探究、科學精神與科學態度.為助力初中生物理綜合學習實力的提升,教師開展物理實驗教學時,應當契合學生的真實學情與教材實驗內容,針對物理實驗教學方案不斷優化完善,提升實驗教學的趣味性與靈活性,引導學生在實驗探究學習中培養核心素養[1].

2 核心素養視域下初中物理實驗教學策略探討

2.1 以“光的直線傳播”為例,實驗教學策略詳解

“光的直線傳播”是蘇科版八年級物理上冊第三章《光現象》的重要教學內容.基于適宜的物理實驗探究教學引導,可有效豐富學生對光現象的認知,為初中生后續學習平面鏡、光的反射、光的折射、透鏡、凸透鏡、望遠鏡、顯微鏡等光學知識提供有力支持.由此可見,“光的直線傳播”實驗教學的重要性.為達到預期教學目標,教師需立足于物理學科核心素養的育人要求,對“光的直線傳播”實驗教學引導方案進行合理優化,具體教學策略如下.

2.1.1物理學習情境的創設,落實物理核心素養

在教學時,為落實物理核心素養的育人要求,教師可為學生創設特定的物理學習情境,使學生結合自己的親身經歷對光現象進行直觀的理解思考,如林間的光柱、旗桿的影子、明亮的圓月、舞臺的彩色燈光、發光的螢火蟲、照明的燈飾等.教師在教學引導過程中,應當使學生將生活經驗進行有效遷移,并對學生進行合理的點撥啟發,降低本節物理內容的學習難度,增加物理知識學習的趣味性,保證學生后續物理實驗探究學習的有效性.

2.1.2學生分組探究總結規律,深化物理核心素養

為有效深化初中生的物理學科核心素養,教師可指導學生以小組合作的方式,進行物理實驗設計,進而得出相應的實驗規律.在學生開展物理實驗前,準備相關的實驗教具,如加少量牛奶的水溶液、小玻璃磚、激光筆、手電筒、小噴霧器、橘黃色的果凍等[2].

在探究實驗開展前,教師引導學生進行大膽猜想:光線在不同介質中傳播的路徑會不會發生變化?學生為了驗證自己的猜想,動手進行物理實驗探究.如圖1所示為光在不同介質中的傳播示意圖.通過實驗學生發現,光在空氣、水、果凍中的傳播路徑都是直線.

為引導學生進行舉一反三的思考,教師可組織學生制備不同濃度的糖水,并利用木棒攪拌糖水,當糖水沒有達到均勻狀態時,學生對光穿過糖水的路徑進行觀察記錄,接著在糖水充分攪拌達到均勻狀態后,繼續對光穿過糖水的路徑進行觀察記錄.通過對先后觀察記錄的內容比較,教師引導學生進行歸納思考,光在同種均勻介質中是沿著直線傳播的,但介質不均勻時,則會影響光的傳播路徑.在物理實驗探究實踐過程中,學生可提出問題,并解決相關問題,促使學生的問題解決能力、合作學習能力、獨立思考能力、實驗探究能力均得到質的提升,實現學科核心素養的育人目標.

2.1.3實驗探究中質疑思考解決問題,升華核心素養

為使抽象的物理概念具象化,輔助學生進行深入的學習思考,教師應當啟發學生在實驗中質疑批評,并思考問題的解決路徑,助力學生物理學科核心素養的升華.為此,教師可鼓勵學生思考“如何畫出光的傳播路徑與方向”,由于光線是看得見摸不著的特殊物質,在引導學生畫出光的傳播路徑時,教師可滲透理想模型法,使學生基于特定的實驗場景,畫出光線的傳播路徑與方向.

為此,教師引導學生利用激光筆照射混有色素的水溶液,使激光筆的光線傳播路徑在水溶液中清晰可見,接著學生可基于水溶液中的直觀現象畫出光的傳播路徑,以及光的傳播方向,使學生可視化、具象化地思考“光的直線傳播”,保證學生對本節物理實驗內容學習的質量[3].

2.2 以“摩擦力”為例,物理實驗教學策略詳解

通過對蘇科版初中物理“摩擦力”教材內容分析可知,該小節內容的實驗研究重點,主要是探究摩擦力大小的影響因素,引導學生猜想思考探究滑動摩擦力大小的各種影響因素.基于核心素養育人要求,在對實驗教學引導方案進行優化完善時,基于猜想、假設、設計、實踐、分析、總結的教學思路,引導初中生掌握“控制變量法”這種探究方法.在物理實驗探究中,基于控制變量進行科學探究、小組合作、數據分析、實例剖析,助力初中學生物理學科核心素養的形成.

2.2.1生活現象剖析,靈動引入新課內容

為調動學生的物理實驗探究積極性,教師應當契合學生的真實生活,靈活創設相應的學習思考情境,引導學生對生活現象進行剖析,從而有效引出新課內容.如教師請每一位學生將自己的手掌用力按壓在桌子上,適當地傾斜手臂,并做出向前推的動作,感受這個動作帶給自己的感覺,以此作為“摩擦力”新課內容引出的切入口.

為豐富初中生的物理思維想象力,教師需展示準備好的課件,將生活中更多關于摩擦力的實例進行收集,如在移動重物時,可利用滑板車省下很多力氣;汽車輪胎表面的花紋凹槽設計,能夠幫助汽車獲得更好的抓地力,避免汽車出現側滑現象.在課件展示后,教師為學生預留一定的思考時間,使學生對摩擦力產生自己的理解認知,辯證地分析摩擦力的好處與壞處.

2.2.2拋出物理問題,引發學生討論思考

為輔助學生進行摩擦力的實驗探究,教師應當組織學生開展針對性的活動,并拋出相關的物理問題,引發學生進行討論思考.為此,教師可組織學生利用廢舊的牙刷,開展摩擦力實踐活動.通過將牙刷的刷毛與桌面緊密接觸,用力推動或拉動牙刷,觀察在拉動與推動牙刷時,刷毛彎曲方向的變化.基于簡單的物理實驗操作,引發學生進行思考:牙刷運動的方向與刷毛彎曲的方向具有怎樣的關系?牙刷與桌面產生了怎樣的摩擦力?通過隨堂物理實驗的探究,使學生能夠將生活實例與物理知識進行融合,培養學生的物理學科核心素養,并為學生后續學習滑動摩擦力相關知識做鋪墊.

在探究思考滑動摩擦力的作用點、方向、大小時,教師引導學生進行物理實驗探究,如圖2所示為滑動摩擦力的實驗示意圖.在實驗操作過程中,首先,學生需要確保木板始終處于水平狀態;其次,在拉動彈簧測力計時,需要保證測力計與木板處于平行狀態;最后,在拉動過程中,應當保證木材做勻速直線運動.基于該物理實驗探究的引導,促使學生形成合作學習、實驗探究的科學素養,達到深化物理學科核心素養的預期教學目標[4].

圖2 滑動摩擦力實驗示意圖

2.2.3梳理物理猜想,合作設計物理實驗

在學生進行滑動摩擦力實驗探究時,可發現不同小組成員測量的數據存在差異,教師可引導學生進行大膽猜想,并合作設計全新的物理實驗探究方案.通過對學生的猜想進行總結可知,主要集中于以下方面:其一,滑動摩擦力的大小與物體接觸面積是否有關;其二,滑動摩擦力大小是否與物體運動速度相關;其三,物體接觸面產生的壓力是否對滑動摩擦力大小有影響;其四,物體接觸面的粗糙程度對滑動摩擦力大小的影響.學生進行小組討論過程中,教師需要進行合理的點撥啟發,使學生能夠打破思維約束,從全新的視角切入,保證物理實驗的創新性與科學性.

2.2.4動手實驗操作,收集實驗詳細數據

基于控制變量法的實驗思想指導,引導學生進行小組合作實驗探究.為保證后續滑動摩擦力物理實驗分析的科學性,教師需指導學生收集詳細數據信息.在合理的小組分工下,明確實驗細節,保證實驗操作的嚴謹性、數據記錄的準確性,進而有效鍛煉學生的物理實驗合作能力、探究能力和觀察能力,使學生形成正確的科學態度與科學探究意識.

2.2.5分析實驗數據,歸納推理物理規律

滑動摩擦力實驗數據完成整理歸納后,教師需要引導學生分析實驗數據,并得出相關的物理規律.通過學生的交流討論,歸納推理出滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度、壓力大小有著一定關系,當接觸面越粗糙時,接觸面產生的滑動摩擦力則越大.而接觸面間的壓力越大時,產生的滑動摩擦力越大.基于物理實驗的數據分析與推理思考,有效提升學生的歸納總結能力與分析能力,為學生后續的物理課程內容學習提供有力支持.

2.2.6反思實驗過程,評價總結物理實驗

為有效挖掘學生的物理實驗學習潛能,教師需引導學生針對實驗過程進行反思,評價總結物理實驗,發現物理實驗可優化的環節以及出現的錯誤,為學生今后開展物理實驗積累經驗,助力初中生物理實驗綜合學習能力的不斷提升.

綜上,筆者以初中物理教學為例,重點闡述了物理實驗教學的改革創新路徑,旨在說明物理實驗教學創新的迫切性與必要性.為滿足新時代初中生的物理學習要求,教師應當秉持創新理念,靈活整合實驗教育資源,創新實驗引導方式,啟發學生實驗創新,促使學生在實驗探究中創造新知,不斷提升學生物理學科綜合學習水平.