核心素養理念下初中物理實驗教學有效性研究

摘 要：物理是一門以實驗為基礎的自然科學課程，而實驗教學是培養學生物理學科核心素養的重要載體，在整個物理教學中有著舉足輕重的作用，文章通過分析初中物理實驗教學的現狀，提出了核心素養理念下，優化初中物理實驗教學的有效性策略，并給出了初中物理實驗教學的有效性評價方法，以引導學生更好地從物理學視角分析認識世界，解決實際問題，形成物理學科核心素養。

關鍵詞：核心素養理念；初中物理；實驗教學的有效性；策略研究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2024）30-0107-04

核心素養是課程育人價值的集中體現，是學生通過課程學習逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。義務教育物理課程要培養的核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。這四個方面的核心素養集中體現了物理學科的育人價值，是三維課程目標的整合、提煉與發展，其中既有繼承又有創新。

一、 初中物理實驗教學的現狀

目前，物理實驗教學中存在的一些問題制約了學生的發展，不利于學生物理學科核心素養的提升。

第一，教師教學理念沒有更新。受應試教育的影響，一些教師過分追求升學率，往往只重視理論知識的講解，而輕視學生的實驗探究過程，忽視了學生實驗能力的培養，制約了學生物理學科核心素養的發展。

第二，實驗教學模式單一。一些學校在物理實驗教學中依然采用傳統的“教師講解—學生聽講—學生操作”的模式。這種模式忽視了學生的主觀能動性，此外，限制了學生科學探究能力和科學思維的發展，與培養學生的核心素養的目標相悖。

第三，對小實驗不夠重視。小實驗被認為只是增加學生的實驗操作時間，而實際上，它是培養學生物理學習興趣和實驗能力、科學思維的有效手段。小實驗不僅可以讓學生體驗物理學所帶來的樂趣，還能降低物理學習難度，讓他們感受物理知識其實并不陌生，它們就來源于我們的生活。

第四，實驗室教學器材陳舊，沒有得到及時補充和更新，導致一些實驗無法完成。

第五，學生思想上不重視實驗。部分學生可能對實驗缺乏自信，不敢動手或者不知道如何動手，沒有養成良好的實驗習慣，缺乏相應的實驗操作技能，這使得他們的物理實驗能力低下。

二、 核心素養理念下初中物理實驗教學的有效性策略

課程改革的推進和《義務教育物理課程標準（2022年版）》的發布，使得教師的教學方法和教學手段也隨之發生了更新，學生的主體地位在課堂教學中更為凸顯，實驗教學作為學生核心素養發展的重要載體，實驗教學策略也應進行相應的改進和優化。

（一）讓學生在遞進式的實驗設計中，形成正確、完整的物理觀念

通過實驗幫助學生形成正確的物理觀念。一方面，學生通過觀察實驗現象、分析實驗數據，可以主動地參與到知識的形成過程中，在實驗提供的證據面前，對概念與規律的理解會更加深入和完善，自然也為解釋自然現象和解決實際問題打下了良好的基礎。另一方面，學生在經歷實驗探究的過程中，可以體驗到科學探究的方法，訓練科學思維。同時，學生還可以受到嚴謹認真、實事求是的科學態度方面的熏陶。

以學習“浮力”為例，教師可以通過設計一系列實驗，讓學生對浮力有一個完整、清晰的認識。

實驗1：感知浮力的存在

引入環節，裝水的燒杯中放入木塊，學生發現木塊漂浮在水面上，通過對木塊的受力分析，學生明白了木塊受到了向上托的力，這個力就是浮力，從而建立浮力的概念。接著又在燒杯中放入石塊，發現石塊會沉在水底，那么沉底的石塊受到浮力的作用嗎？分析可知，任何物體只要放在液體中都會受到浮力的作用，學生就會認識到浮力是普遍存在的。

實驗2：浮力的大小

浮力是一種普遍存在的力，它是有大小的，用什么方法、什么工具測量浮力？接著學生利用老師提前準備好的彈簧測力計動手操作，先測量出物體在空氣的重力，然后再將物體浸入水中，可看到測力計的示數減小，說明物體受到了向上托的力，浮力大小就是兩次讀數的差值，這不僅讓學生感受到浮力的存在，同時學會了測量浮力大小的一種方法——即稱重法。

實驗3：浮力產生的原因

一只乒乓球放入飲料瓶漏斗里，將水緩慢注入漏斗，會看到漏斗口被乒乓球堵住了，乒乓球沉在漏斗的底部，但是蓋上瓶蓋的時候，神奇現象發生了，乒乓球瞬間就漂在了水面上，為什么乒乓球會漂起來？分析可知，乒乓球上下表面的壓強不同，導致上下表面壓力也不相同，物體受液體向上的壓力大于向下的壓力，上下表面的壓力差就是浮力的形成原因。（圖1）

借助以上3個遞進式實驗，為學生物理觀念的形成提供了重要依據，同時學生在觀察實驗現象和測量實驗數據過程中核心素養也得到了提升。

（二）實驗教學中不斷創設問題，培養學生的科學思維

實驗教學中不斷創設問題可以引發學生思考，激發學生學習的內驅力。對實驗中遇到的問題，通過思考、分析去解決，讓學生從物理視角認識客觀事物的本質、內在規律及相互關系，基于事實證據做出科學推理，有利于培養學生的科學思維。

例如，在光的反射學習中，實驗教學中設計一系列啟發性問題，讓學生在基于實驗事實的基礎上思考分析、綜合總結。

1. 引入環節：觀察光的反射現象

把一面鏡子放在桌面，用激光筆對著鏡子照射，卻發現激光點出現在了天花板上。

提問：對著鏡子向下照射，為什么激光點卻出現在了天花板？引出光的反射現象。激光筆照射時只能看見一個光點，而無法觀察光的具體路徑，能不能想辦法把這個路徑呈現出來？光在反射時會遵循怎樣的規律？請學生依據生活經驗，對反射光線、入射光線的空間位置關系做出基本猜想。最后通過向空中噴水霧的方法來顯現光的傳播路徑。

2. 給出法線定義，探究三線面的關系

學生用白色光具盤對自己的猜想進行探究，尋找三線面的關系。（圖2）

學生通過多組入射光線與反射光線，觀察發現反射光總是出現在入射光的另外一側，如果將光具盤的一半沿中線（法線）向后偏轉時，卻看不到反射光線。

提問：反射光線、入射光線位于法線的同側還是兩側？當光具盤沿法線向后折疊時，看不到反射光線，是反射光線消失了嗎？那我們為什么看不見反射光線？這個現象說明反射光線、入射光線、法線三者之間有著怎樣的位置關系？你們的猜想正確嗎？

3. 探究反射角和入射角的大小關系

學生進行實驗并且記下每次的反射角和入射角的數值，分析所記錄的實驗數據得出結論。（圖3）

提問：反射角與入射角的大小有什么關系？驗證的方法是什么？如果讓光線沿著原來的反射光線入射，你又觀察到什么現象？那么現在的反射光線會和原來的入射光線重合嗎？隨后學生再次利用光具盤進行實驗。

最后提問：依據觀察到的實驗和記錄的實驗數據，總結出光在反射時遵循什么規律？實驗中自變量、因變量分別是什么？在總結結論時，能不能表述為入射角等于反射角？實驗中你有什么收獲？你認為實驗中有哪些值得注意的地方？讓學生真正動起來，充分地觀察、思考、動手，養成尋根究底、尊重事實的科學態度，促進學生科學思維的培養。

（三）有效引導學生參與實驗，培養學生的科學探究能力

科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式，引導學生經歷與科學工作者相似的探究過程，主動獲取物理知識，領悟科學探究方法，發展科學探究能力。一般來講，科學探究包括提出問題、做出假設、制訂計劃、收集證據、處理信息、得出結論、表達交流、遷移應用、反思評價等要素，可以歸納為問題、證據、解釋、交流四個方面。

例如，在探究影響液體壓強因素的實驗中，有效引導學生在基于觀察和實驗的基礎上參與實驗，培養學生的科學探究能力。

實驗：探究影響液體壓強的因素

提出問題：液體的壓強與哪些因素有關？

猜想與假設：液體內部的壓強可能與方向、液體的深度、液體的密度等因素有關。

設計實驗與制訂方案：實驗器材包括微小壓強計、水、濃鹽水和盛液桶。老師介紹微小壓強計的構造，讓每個學生用大小不同的力壓探頭的橡皮膜，觀察微小壓強計U形管兩側液面高度差的變化。（圖4）

然后老師演示怎樣通過旋轉探頭來測定不同方向的壓強，怎樣固定并量出探頭在液體中的深度，并讓學生知道在實驗中要控制變量。老師引導學生分析數據，概括出液體內部壓強的特點。（圖5）

學生分析論證，得出結論：液體內部各個方向都有壓強；在液體內部的同一深度處，液體各個方向的壓強都相等；同種液體內部的壓強隨深度的增加而增大；液體內部的壓強還和液體的密度有關。

通過有效引導學生參與實驗探究，讓學生認識到液體內部向各個方向都有壓強，同時啟發學生提出關于影響液體壓強因素的合理猜想，然后小組討論排除無關因素，最后教師引導學生在分組實驗、各小組分析處理實驗數據、交流實驗結果的基礎上得出液體壓強的特點。通過實驗探究，學生使用儀器和記錄數據的實驗技能得到了訓練，并進一步學習了控制變量的研究方法，同時提升了科學探究能力。

（四）實驗教學中重視反思能力培養，助力科學態度與責任目標的落實

在初中物理實驗教學中，反思能力的培養具有重要的意義。例如，在學習測量密度的實驗時，學生可以通過對實驗數據的分析和反思，評估自己的實驗操作是否準確，測量過程是否存在誤差以及如何改進實驗方法等問題。

首先，學生可以反思自己在實驗操作中的準確性。他們可以回顧自己的實驗過程，仔細檢查每一步操作是否正確。如果發現實驗數據與預期結果有較大出入，學生可以思考在實驗操作中是否存在誤操作或操作不準確的問題。通過反思，學生可以發現并改正自己的錯誤，提高實驗操作的準確性。

其次，學生可以反思實驗過程中的誤差問題。在測量密度的實驗中，可能會存在一定的測量誤差，這是實驗儀器的精度或者操作技巧等因素引起的。學生可以通過分析實驗數據，比較不同測量結果之間的差異，判斷誤差的來源。在反思過程中，學生可以思考如何減小或消除誤差。例如使用更準確的儀器、改進測量方法或增加實驗次數等。實驗是學習科學、探索自然的重要方法，在面對實驗現象和真實數據時，我們不能妄自下結論，要尊重實驗事實，并能反思、分析真實數據與現象中出現的問題和產生的原因，進而對實驗進行調整與改進，此過程正是滲透與培養嚴謹認真、實事求是和持之以恒的科學態度的過程。

三、 初中物理實驗教學的有效性評價方法

（一）學生參與度評價

學生參與度評價是初中物理實驗教學有效性評價的重要環節。其中，學生實驗參與度和學生實驗表現評價是兩個重要方面。學生實驗參與度是通過觀察學生在實驗中的投入程度以及實驗參與的活躍程度來評估他們對實驗內容的理解和掌握。一個積極主動的學生往往意味著他對實驗內容理解得比較透徹，并且能夠正確地使用實驗儀器和測量儀器，合理分析實驗數據。相反，一個缺乏參與度的學生可能需要額外的指導和輔導，才能達到教學目標。

另外，學生實驗表現評價是通過觀察學生在實驗中的表現來評價他們的實驗技能和實驗思維能力。學生在實驗中是否能夠準確地進行觀察和測量，是否能夠獨立思考和解決實驗中遇到的問題，以及是否能夠合理提出假設和進行實驗設計，這些都是評價學生實驗表現的重要因素。一個表現優秀的學生往往能夠獨立完成實驗任務，準確地觀察物理現象和測量相關實驗數據，并且能夠運用實驗結果來驗證自己的猜想和推測。

（二）學生實驗成果評價

學生實驗成果評價也是評估初中物理實驗教學有效性的重要環節。它通過對實驗結果的準確性和實驗報告的質量進行評價，來判斷學生對實驗內容的理解和掌握程度，進而促進學生的學習和發展。

首先，實驗結果的準確性評價是評價學生實驗成果的一個重要方面。教師可以通過比較學生實驗結果和理論值之間的差異，來評估學生對實驗內容的理解程度和實驗操作的準確性。如果學生的實驗結果與理論值非常接近，說明學生具備較好的實驗技能和分析能力；如果差距較大，說明學生在實驗中可能存在操作不當或理解不足的問題。因此，評估實驗結果的準確性對學生的實驗能力的提高和知識的鞏固具有重要意義。

其次，實驗報告的質量評價也是評價學生實驗成果的重要內容之一。在實驗報告中，學生需要清晰地描述實驗目的、實驗步驟和實驗結果，以及合理解釋實驗現象和分析實驗數據。教師可以通過檢查學生的實驗報告，評估學生的實驗觀察和實驗分析能力，合理地分析實驗誤差和提出改進方法等。通過評價實驗報告的質量，可以促使學生提高寫作和表達能力，培養科學實踐精神和批判思維能力。

四、 結論

文章通過核心素養理念下初中物理實驗教學的有效性策略研究，發現在核心素養理念的指導下，讓學生在遞進式的實驗設計中、不斷創設問題的驅動學習中、有效參與探究實驗中和重視反思能力培養等對優化初中物理實驗教學具有積極意義。此外，通過學生參與度評價、學生實驗成果評價和教師教學效果評價等環節，可以全面評估初中物理實驗教學的效果。因此本研究對提高初中物理實驗教學質量與效果，培養學生核心素養和創新能力具有一定的指導意義。

參考文獻：

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［2］施文新.核心素養目標下的初中物理生活化實驗教學研究［J］.數理天地（初中版），2023（2）：11-13.

［3］沈海燕.優化初中物理實驗，提升學生學科素養［J］.數理天地（初中版），2023（12）：74-76.

作者簡介：柳越（1972～），女，漢族，陜西石泉人，陜西省安康市石泉縣城關中學，研究方向：教學案例。