基于核心素養引領下初中物理課外創新小實驗的實踐與研究

課題項目：文章系福清市教育科學研究“十三五”規劃2023年度子課題《“四元五環”教學模式引領下初中物理課外創新小實驗的實踐與研究》（立項號：FQ202）的階段性研究成果之一。

作者簡介：黃麗芳（1976～），女，漢族，福建福清人，福清宏路中學，研究方向：物理實驗教學。

摘 要：物理是一門建立在實驗上的學科，因此物理實驗是物理教學中的關鍵。課外創新小實驗與傳統課上實驗不同，其要求學生在課下自主完成實驗，這為初中物理教學開辟了一條嶄新的路徑。文章認為，初中物理課外創新小實驗對發展學生學科核心素養極有益處，并結合教學實踐，分析了課外創新小實驗的教育功能、基本原則，總結出了核心素養引領下可優化課外創新小實驗實踐效果的策略。

關鍵詞：初中物理教學；核心素養；課外創新小實驗；實踐

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1673-8918（2024）43-0109-04

初中階段是學生初次系統接觸物理知識的關鍵時期，此時合理設計課外創新小實驗，可以使學生在學習與自主探究中，逐漸形成正確的物理實驗觀念，使學生了解實驗在物理學科中的重要地位，并激發學生對物理學科的探究與學習興趣。因此，物理教學中的課外創新小實驗是課上教學的有效輔助，為進一步發揮出其輔助作用教育價值，教師須對課外創新小實驗的應用作深度分析，并結合學情，設計科學合理、可行高效的課外創新小實驗實施策略，讓學生根據個人的學習規律、學習情況自行操作實驗，進而提升學科核心素養。

一、 課外創新小實驗的教育功能研究

（一）研究方法

物理學科中的課外創新小實驗是指在學生已有課上所學的知識與經驗基礎上，要求學生在課余時間根據教師布置的任務及要求，在生活中尋找簡單實驗材料、簡易實驗器材，完成對物理知識的探究、學習，或運用已有物理知識進行發明、創造。物理課外創新小實驗取材簡單、操作便捷，靈活性較高，學生可在課下根據自己的學習情況自由開展實驗。

（二）研究結論

文章使用了文獻檢索法，于中國知網檢索到了42篇以“物理課外小實驗為”主題的文獻資料，又查閱了幾本關于初中物理實驗研究方面的專著，從中歸納、總結出了初中物理課外創新實驗的教育功能。

研究發現，物理課外小實驗既可用于課前的預習環節，又可用于課后的鞏固環節。

用于課前預習時，課外創新小實驗較高的靈活性、自由度及對探究行為的啟發功能，能使學生沉浸于本課新知。學生可以在通過預習了解本課基礎知識與概念后，于生活中尋找適宜的材料完成實驗。此類實驗可以給學生提供真實的學習體驗，使學生驗證自己的猜想、推理、假設，并于正式參加課堂學習前獲得前概念，進而有效提高學習效率。

用于課后鞏固時，學生已在課上與教師一同完成了新知學習，并參與了物理知識的探秘過程，對課上所學內容已有了基礎認知。此時，教師為學生布置的課外創新小實驗是學生在已有經驗基礎上的進一步探究，也是對課上所學知識的補充、鞏固、延伸與創新。學生憑主觀意愿自行決定的課外實踐與探究活動，促進學生個性化發展與自主學習能力提升。

綜上，文章得出以下兩點結論。一方面，物理課外小實驗能激發學生物理學習的興趣。此類實驗使用常見的生活材料，能讓學生看到與傳統教學中截然不同的物理學習形式，有利于拉近學生與物理學科間的距離，讓物理走出課堂、走進學生生活，給學生帶去別樣的新奇體驗。而且源自生活的、學生相對熟悉的實驗材料，能在課下創設出可供學生自主探究的真實情境，讓學生更直觀地了解物理學科的實用性，并形成正確物理觀念。另一方面，物理課外創新小實驗在啟發學生學科思維、鞏固學生學科認知方面有良好功效，能巧妙地聯動生活與物理實驗，給學生提供在生活中發散思維、親自動手操作實驗的機會。在課外創新小實驗中，教育資源呈現多元化形式，教師可有意識地引導學生對不同常見的生活事物進行組裝、改裝，尋找常規材料的不常規用法，并以此完成物理學科的探究學習。教師還可設計開放性的引導問題，讓學生從物理學科的角度，思考生活中的常見事物，實現對學生物理觀念的有效培育。而且課外創新小實驗作為學生的自主性實驗活動，能有效彌補課堂教學的不足，教師可以將課上受時間限制而無法深度探究的活動設置為課外創新實驗任務，將課上教學延伸至課下，讓學生在實驗中獲得新體驗，加深對知識點的理解，并于實踐探究中生成求真務實的學科思維與物理實驗意識，提升學生的創新思維與動手實踐能力。因此，在初中物理教學中合理利用課外創新小實驗，是培養學生物理學科核心素養的有效方法。

二、 核心素養下的初中物理課外創新小實驗實施原則

（一）適切性原則

錯過最佳時機的課外創新小實驗能起到的作用有限，所以在教學時，教師設計的課外創新小實驗活動內容應遵循適切性原則，即在恰當的時機提出，使其與物理課上所學知識及內容保持同步。

（二）安全性原則

物理實驗往往會使用到電、火、刀具等各種器材，而且課外創新小實驗需要學生自行在生活中尋找可用材料、實驗工具。如學生選擇危險性較高的材料，并在實驗操作時不慎失誤，便會引發安全事故。因此，教師設計的課外創新小實驗活動應在安全范圍內，避免學生使用危險物品，若無法規避，則要為學生提供特殊物品做安全防護，說明并開展安全實驗指導或安全培訓，保障學生安全地完成實驗任務。

（三）靈活性原則

實驗是物理學科的重要組成部分，在課堂上，教師也會帶著學生一起做物理實驗，并以實驗完成特定物理知識的教學，讓學生體驗探究物理知識、揭示物理奧秘的過程，以培養學生的物理觀念并發展其物理思維。課外創新實驗不受常規的固定實驗教學模式限制，其靈活性極高，開展形式較多，學生可根據個人喜好，自由選擇器材設計實驗，并在保障安全的情況下完成實驗操作，最終呈現特定的實驗結果。整個過程高度靈活，能滿足初中生在實驗中的創新需求、個性化發展需求。而且課外創新小實驗中，除學生獨立完成的簡單實驗以外，還會設計許多需以小組為單位開展的拓展性實驗，這類實驗難度較高，需要學生發散思維與想象力，大膽假設、勇敢嘗試才能完成。

三、 核心素養下的初中物理課外創新小實驗實踐案例

以滬科版初中物理九年級第十七章《從指南針到磁浮列車》大單元教學為例，本單元涉及的電磁學知識在初中階段的物理教學中較為淺顯，但學生進入高中后這部分知識將成為物理學科的重難點。

（一）實驗設計思路

教學中，教師設計了“磁力‘小火車’”課外創新實驗，讓學生從物理學的角度看待日常生活中常見的電動汽車、火車等玩具，根據本單元學到的知識，對此類電動玩具中的物理原理進行探究，開展創造實驗。

考慮到初三學生的動手能力及其現有的物理水平，教師設計的“磁力‘小火車’”實驗操作簡便，趣味性高，只需簡單組裝，便能制作好所需器材，且該實驗中涉及電學知識與電磁學知識，可以讓學生在動手制作自己喜愛玩具的同時，學會其中的物理原理，增加電學、電磁學知識儲備。

本實驗中，學生需要將制作好的磁力“小火車”放入銅質彈簧內，將其構成閉合回路。此時，在電流通過銅質彈簧后，流經的電流可生成磁場，這一磁場將對“小火車”產生力的作用。因此，該實驗的原理是通電導線與磁場中受到的力的作用。本實驗的拓展性知識為安培定則即右手螺旋定則，正確使用安培定則，需使用右手握住螺線管（可虛握），四指與螺線管中的電流方向保持一致時，右手拇指指向為螺線管磁場N極方向。

（二）準備實驗器材

本實驗所需器材如表1所示。

（三）實驗裝置組裝

教師給出演示用微課，要求學生于課后自主觀看并學習，按微課中給出的步驟與具體操作完成實驗。

在木板中央貼上塑料膠與泡沫膠，制作“木板、塑料膠、泡沫膠、塑料膠”的組合體，確保塑料膠與泡沫膠重疊粘貼于木板中心，且最后一層塑料膠有膠的一面向上。再將銅質彈簧固定在該塑料膠上。之后，在小磁鐵的N極上用提前準備好的記號筆做出標記。四只圓形強磁鐵需兩兩成組，構成兩組圓面相連的磁鐵組。

（四）實驗操作與實驗現象分析

組裝好實驗裝置后，連接南孚電池與兩組磁鐵，電子兩極要分別與兩組磁鐵的S極相連，即保障“小火車”兩側都是N極在外的磁鐵。

在實驗時，將“小火車”自彈簧左側放入裝置（圖1）中，“小火車”將快速移動至右側（圖2）。

實驗操作至此，要求學生對上述實驗現象做深度分析，使用物理課上所學的知識，從科學的角度判斷“小火車”的行動原因。

從實驗角度而言，“小火車”在裝置中受安培力作用，而移動實驗中，電池磁鐵與銅質彈簧共同構成了通電的閉合回路。通電的銅質彈簧即為安培定則中的螺線管，根據裝置中的電池所在位置以及銅質彈簧的線圈繞向，可以判斷出目前的電流方向，再使用安培定則即可得出該裝置目前處于左側為N、右側為S極的磁場中（圖3）。通電后，強磁鐵內部流經電流，兩組磁鐵作為通電導體將受到磁場力的作用，因此，火車將在軌道中快速運動。

（五）實驗評價

學生在課后自行根據教師給出的微課視頻進行實驗，實驗過程中，部分學生遇到“小火車”運動方向與視頻中方向相反、“小火車”不運動等問題。學生在線上學習平臺中聯系教師，教師發現，實驗中，“小火車”運動方向相反，是由于學生將圓形強磁鐵裝反，兩端均為S極在外，而“小火車”不運動，是由于兩側極性相反導致的。

教師幫助學生解決問題后，學生很快便得出實驗報告，并于后續到物理課堂中，與教師和其他同學一同分享自己的實驗過程、實驗體會。

四、 基于實踐做出的總結與優化策略

一是要明確課外創新小實驗的設計理念，在教學活動中，始終踐行以生為本的教育思想，即教師設計的課外創新實驗要以學生為主體。教師要以指導者或引路人的身份參與到課外小實驗中，給學生提供針對性指導。在適當的時機通過語言或其他引導方式，激發學生參與實驗的主動性與積極性，提高學生的實驗實踐探究能力。

二是要在學生正式開始自主課外實驗之前，完成本次實驗背景介紹、實驗設計大致方案介紹，使學生了解為何要開展本次實驗、如何開展本次實驗。具體來說，教師應充分考慮到課外創新小實驗的生活化特征，立足初中生的生活日常，圍繞真實存在于生活中的與物理知識相關的特定情境，設計實驗探究的具體問題，再將其作為本次實驗探究背景，使用簡短語言解釋，使學生了解實驗主題與實驗目的。同時，教師應引導學生思考，使其自主分析完成本次物理實驗探究需使用的物理學知識或特定技能，幫助學生鞏固或預習新知。在對實驗設計大致方案進行介紹時，教師應引導學生再次梳理實驗原理，分析本次實驗探究的整體流程，幫助學生建立清晰的實驗設計思路與設計方案，使學生了解該環節中如何開展實驗。

三是要引導學生完成對本次實驗探究流程的初步規劃，讓學生了解完成本次實驗應經歷的過程。教師還應對高難度操作進行針對性指導，為學生講解特殊實驗器材、實驗材料的使用方式；不常見的實驗步驟的操作方法；觀察實驗現象的恰當時機及具體觀察方法；實驗數據的記錄、總結方法等。值得注意的是，教師的指導應把握好度，不可超出規定范疇，要堅持以啟發學生思維、保證實驗安全為導向，將課外創新實驗的主導權交還給學生。

四是教師要在課外創新實驗中要開展過程性評價，并在課外創新實驗展示活動中做出結果性評價。利用評價判斷學生的實驗過程是否存在錯誤操作、實驗誤差，并在事后做總結性指導。最后，教師要引導學生對本次課外創新實驗過程進行總結、歸納，撰寫實驗過程報告，在報告中說明在本次實驗探究中獲得了哪些新知識，能從哪些角度、以何種方法改良實驗方案，并獲得對實驗的完整評價。

五、 結論

在初中物理教學中，根據課上所學內容及學生學情設計的課外創新小實驗，可有效提高學生的學習水平，促進學生的動手實踐能力與創新思維發展，對學生的核心素養培育有益。新課標背景下，教師應基于學生的核心素養發展，以適切性、安全性、靈活性與評價輔助為基本原則，設計并計劃實施適宜的課外創新小實驗。同時，要明確實驗設計理念，堅持以生為本，組織學生自主實驗，通過與學生一同規劃實驗探究流程，給予學生特定指導，并對整個實驗學習過程做出客觀評價，保障創新實驗的有序推進，讓學生自主完成實驗操作、自行開展實驗探究，進而切實提高物理學習成效。

參考文獻：

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