優化初中物理實驗教學，提升學生核心素養路徑探索

程登富

（貴州省遵義市第五十七中學，貴州 遵義 563000）

《義務教育物理課程標準（2022 年版）》（以下簡稱“新課標”）提出，聚焦中學生發展核心素養，培養學生正確價值觀、必備品格與關鍵能力。在此視域下，集中提升學生物理學科核心素養是初中物理教學的重中之重。教師可基于學生物理核心素養發展訴求探索教學優化路徑，通過優化初中物理實驗的教學方式、教學內容豐富教學內涵，達到促進學生進階提升的教學目的。

一、物理學科核心素養概述

物理學科核心素養是物理教學價值的集中體現，包括初中生在物理學習過程中應當樹立的價值觀，應當形成的必備品格以及關鍵能力，主要可分為物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任四部分［1］。其中，物理觀念指的是基于物理學的相關理論與方法認識現實世界物質形態、物質的運動狀態以及物質之間的相互作用，能夠基于相關概念、性質、規律解釋自然現象并解決問題的一種素養。科學思維指的是能夠從物理學的視角出發，對物質的本質屬性、內在規律進行科學探索的一種思維方式，諸如利用物理模型概括物質內在結構、利用歸納演繹等推理方法論證物質理論的思維能力等。科學探究指的是基于現實情況提出問題，基于問題解決需求制定方案，基于方案采取實驗操作、科學探究等方法得出結論并對問題作出解釋的一種物理能力，如提出問題的能力、物理解釋能力等。科學態度與責任是指在長期物理學習后生成的探索物質本質屬性的嚴謹認真的學習態度，如實事求是的態度、辯證思考的態度、社會責任觀等。

二、初中物理實驗教學提升學生核心素養的原則

（一）趣味性原則

趣味性原則要求教師采取富有趣味的教學手段開展教學工作，由此吸引初中生的實驗學習注意力，使學生主動參與到各類教學活動當中［2］。引發初中生物理探索興趣的方式有很多，如利用生活情景設置導入實驗、利用精彩魔術引發物理原理探究等。具體教學中，教師應當根據課程教學需要靈活變換教學方法，將更多體現物質運動、物質屬性、物質之間相互作用的生活事例引入課堂當中，通過組織初中生探索具體現象背后隱藏的物理原理驅動學生參與實驗，提高學生實驗學習效能感，促進學生能力的自主提升。

（二）實踐性原則

實踐性原則要求教師采取生本化的教學手段組織初中生參與到實驗工具準備、方案設計、動手操作等實踐工作當中，使學生在此過程中感悟實驗原理，總結經驗技巧。教師應當盡量設計操作性強的實驗任務，要求初中生圍繞實驗任務查閱教科書，瀏覽國家中小學智慧教育平臺收集相關資料并制定計劃，履行計劃，使學生在獨立或與他人合作完成任務的過程中感悟物理原理并掌握控制變量法、圖像法、轉換法、類比歸納法等多種實驗方法的應用策略，逐步發展學生科學思維與探究能力。

（三）批判性原則

批判性原則要求教師采取邏輯方法組織初中生對實驗問題及其解決方式進行選擇、識別或假設，使學生認識到解決實驗問題的方法并不唯一，形成創造性思維。核心素養視域下的初中物理教學旨在培養初中生科學本質觀與思維、實踐能力。教師應當減少注入、灌輸教學傾向，改變初中生被動接受知識的學習狀態，鼓勵學生在師生對話、生生交流的過程中大膽表達實驗觀點，作出相應判斷，逐漸養成基于實驗內容質疑問難，深度思考的科學價值觀。

三、初中物理實驗教學提升學生核心素養的路徑

（一）借助演示實驗樹立物理觀念

演示教學是一種直觀的教學手段［3］。通過現場演示，可以加深初中生對實驗準備、操作、現象分析、歸納結論等教學活動的體驗，使學生認識物質的形態、屬性及結構，感悟物質相互作用的原理，初步形成物質觀念。但是，常規的演示教學法存在不足之處，如實驗演示、講解的主體是教師，學生容易淪為觀看實驗并接受相關原理的客體。針對此類情況，教師可以優化演示教學法，轉變師生主體地位，使初中生在學習過程中產生主動觀察、主動思考的興趣，繼而自主探究實驗因變量與自變量的邏輯關聯，思考實驗活動中蘊藏的物理原理，形成物質觀念、運動觀念等物理觀念。

1.具體演示實驗流程，形成整體認識。物理實驗流程包括操作前準備、實踐操作以及操作后整理三個階段。其中，操作前準備指的是明確實驗探究主題并提出猜想、設計方案、準備操作器材等；實踐操作指的是按照預先設計的方案應用相關器材組成實驗模型、調節某一變量觀察其改變后其他變量的變化情況、記錄變化情況、總結規律等；操作后整理指的是將實驗探究所用到的工具、器材，所得到的數據、結論分類整理。在課堂上演示整體流程，可以使初中生明確實驗操作的基本步驟，同時使學生從物理學視角出發感悟物質變化所引起的相應改變。實際教學中，教師可以在課上演示整個實驗操作流程，并在演示過程中組織師生對話活動，如“你說我做”“我做你猜”等，使學生作為演示教學的主體參與到演示活動當中，加深學生體驗。例如，在滬科版八年級物理全一冊“科學探究：凸透鏡成像”一課教學中，教師可在演示教學中組織“你說我做”活動，與學生展開對話：“蠟燭、凸透鏡、光屏等器材都已經備好，我現在該怎么做？”在此活動中，引導學生主動講出“將蠟燭、凸透鏡、光屏依次安裝在光具座上”“點燃蠟燭，調整燭焰、凸透鏡、光屏高度，使三者中心在同一高度上”等指示。這樣，按照學生指示內容進行操作，不僅能夠為學生直觀呈現實驗過程及現象，還能使學生在觀察的過程中聯想、分析、歸納，從而明確物理學理論對相關實驗的指導意義，明確實驗中自變量、因變量的內在邏輯，形成物質相互作用的觀念。

2.演示實驗工具制作，培養物理眼光。實驗工具在初中物理實驗教學中發揮著重要作用。目前，多數教師使用批量購買的工具組織操作活動，常常按照教科書所示內容搭建實驗模型，完成相關操作。這種教學方式固然能夠使初中生了解相關實驗的主題以及操作方法，但在一定程度上限制了學生自由想象、自由發揮，難以培養學生的創新觀念。對于此類情況，教師可在教學中為初中生演示實驗工具的制作過程，使學生認識到物理實驗的形式、方法并不是唯一的，從物理學的角度出發重新審視現實生活中的各種物質，如紙板、燈泡、塑料瓶等。演示過程中，教師還可以圍繞工具制作方法、制作原材料提出問題，驅動初中生聯想生活場景，提出工具制作創意，進一步增強學生思維的靈活性。比如，在“探究：杠桿的平衡條件”這一實驗中，教師可提出問題：“猜一猜，我要使用什么代替杠桿？”“猜一猜，我要使用什么代替鉤碼？”通過提問驅動初中生在演示活動中運用物理學眼光分析實驗器材，感悟現實生活事物與物理研究內容的深刻關系，逐漸樹立物質觀念。

（二）借助實驗活動培養科學思維

從“教”的角度出發展開講解、操作演示，固然能夠加深學生對物理實驗內容的認識，但無法引發學生對相關內容的深度思考，不能實現培養學生科學思維的教學目的［4］。提升初中生物理學科核心素養，需要組織更多調動初中生思維的教學活動，使學生在參與活動的過程中基于已掌握的物理知識、學習經驗探析客觀事物的本質屬性，基于物理實驗現象總結物理事物的內在規律。

1.組織猜想活動培養分析綜合思維。亞里士多德說過：“思維從疑問和驚奇開始。”只有讓初中生在學習過程中進行猜測、推理、抽象，才能實現對學生思維的有效訓練。猜想活動以確切實驗內容為基礎，鼓勵初中生基于已形成的物理學經驗猜測實驗過程、現象、結論，鍛煉學生物理分析能力。在實際教學中，教師應當根據初中物理課程的實驗教學情況適時提出相應問題，使學生在分析、思考相應問題的過程中提出猜想，做出假設。例如，在滬科版八年級物理全一冊“科學探究：牛頓第一定律”一課的實驗教學中，教師準備三個帶斜面的平臺與三輛完全相同的小車，分別在三個平面上鋪上毛巾、棉布以及木板，然后與學生對話：“你來猜一猜，哪輛小車從斜面上滑下來跑得更遠？”針對實驗提出的猜測并不是憑空產生的，需要學生綜合考慮實驗變量，分析不同表面給小車造成的阻力。學生紛紛提出猜想，如毛巾表面的小車滑動的距離更近、木板表面的小車滑動的距離更遠等。基于學生提出的猜想，還可與學生展開討論：“你為什么這樣猜想？有什么理論依據？”由此驅動學生聯系課上已學習的牛頓第一定律等知識解釋猜想內容，訓練學生從物理學視角出發闡述物質本質屬性的分析思維，達成培養學生科學思維的教學目的。

2.組織歸納活動培養科學論證思維。論證思維是科學思維的重要組成部分，是一種將現實情況與真實數據作為證據進行推理、歸納的一種思維［5］。教師可以在實驗教學過程中組織歸納活動，驅動初中生基于實驗現象、實驗數據探索物理規律，訓練學生基于物理事實得出觀點、推理結論的論證思維。例如，在“探究影響動能大小的因素”實驗教學中，教師可以出示小球從斜面滾落推動平面上方塊前進的實驗過程，通過調控小球質量（如將小球改成塑料球、鋼球等）、調節斜面坡度觀察不同情況下方塊前進的距離，并將其如實記錄下來。在演繹實驗內容、呈現觀測數據后，組織學生基于實驗事實進行推理論證：在保持斜面坡度不變、改變小球質量的情況下，小球質量越大，其落下推動方塊前進的距離越大；在保持小球質量不變，斜面坡度改變的情況下，斜面坡度越大，小球速度越快，下落后推動方塊前進的距離越大。由此類演繹推理可知：物體動能大小取決于物體的質量與速度，其速度越大、質量越大，動能也就越大。這樣，讓學生經歷觀察、分析、推理、論證的全過程，并基于實驗情況、數據演繹出物理原理，實現對學生論證思維的有效培養。

（三）借助實驗任務促進科學探究

科學探究素養由提出問題、形成猜想、實施方案等關鍵能力構成。在初中物理實驗教學中落實科學探究素養的培養教學，有利于初中生的綜合發展。傳統實驗教學背景下，學生缺乏獨立操作、合作探究學習機會，對操作實驗器材、調控實驗變量等方法理解不透徹。任務教學法是一種圍繞具體任務驅動學生實踐的教學方法。教師可以將此教學方法應用到物理實驗教學當中，通過布置實驗任務驅動初中生實踐學習，確保學生在實踐中獲取經驗，形成良好的科學探究能力。首先，教師可以布置實驗設計任務。基于課程主題組織初中生以小組為單位合作討論，敲定實驗探究主題，并基于現實生活提出物理問題，發出質疑與猜想。通過布置此任務，使初中生形成發現物理問題、提出猜想、制定處理方案的探究能力，為學生參與實驗探究奠定基礎。然后，可以布置操作任務，要求學生基于已設計的方案應用小車、彈簧測力計等工具組裝實驗器材，調控實驗變量，記錄數據，從而鍛煉學生按步驟操作的實操能力。最后，可以布置總結任務，要求學生基于實驗過程、現象與數據做出結論，鍛煉學生物理抽象的評估能力。

（四）借助實驗作業培養科學態度

許多物理實驗教學內容取材于現實生活。培養學生應用科學知識、科學方法解釋以及解決現實生活問題的科學態度，既滿足“新課標”對初中生物理核心素養培養教學要求，又符合初中物理實驗教學現狀。打破專業課程教學與現實生活的隔閡，教師可以從布置家庭作業入手。實際上，許多物理實驗可以應用生活工具完成，如土電話實驗、卡斯卡裂桶實驗等。教師可以圍繞實驗教學主題布置家庭實驗作業，要求學生應用生活中常見的工具探究雞蛋的沉浮、沸點與氣壓的關系、水果電池的制作，使學生在應用常見物品完成物理實驗的過程中形成探索自然、嚴謹求真的科學態度，提高學生核心素養水平。

綜上所述，培養初中生物理學科核心素養是“新課標”提出的關鍵要求，目的是促進初中生身心健康成長與核心素養提升。作為物理教學課堂的組織者與管理者，教師有必要肩負起育人責任，將核心素養培育要素有機融入物理實驗設計、組織、操作等教學活動當中，在潛移默化中落實物理觀念、科學思維等素養培育工作，實現對學生物質觀、論證思維、實踐操作等綜合能力的有效培養。