基于物理觀念培養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

摘要：物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的課程，其中涉及的所有知識(shí)點(diǎn)都從實(shí)驗(yàn)中得來，又需要應(yīng)用到實(shí)踐中去，課堂上的實(shí)驗(yàn)教學(xué)本質(zhì)上是對理論教學(xué)的延伸與深化，是培養(yǎng)和鞏固學(xué)生物理思維、物理觀念和物理意識(shí)的有效路徑。而物理觀念是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，主要指學(xué)生在物理學(xué)視角下形成的對物質(zhì)的基本認(rèn)識(shí)和深層認(rèn)知，是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的前提與基礎(chǔ)。本文就初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)展開論述，先是簡單介紹了物理觀念的內(nèi)涵和實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的意義，再是結(jié)合實(shí)際探究了基于物理觀念培養(yǎng)的初中實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：物理觀念 初中物理 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

引言

著名物理學(xué)家勞厄曾對教育的本質(zhì)進(jìn)行過剖析，認(rèn)定教育給予人們的就是遺忘過后所剩下的東西，包括各種理念、觀點(diǎn)、思維與技能。從這一視角出發(fā)，教師在課堂上對學(xué)生的教育就需要跳出知識(shí)灌輸?shù)目蚣埽瑢⒅匦姆旁诶砟睢⒂^點(diǎn)、思維與技能的培養(yǎng)上，物理教學(xué)尤是如此。物理觀念指的是學(xué)生在物理視角下對物質(zhì)的認(rèn)知，不同于書本上明確寫出的物理知識(shí)，更加抽象，也更加深刻，能夠?qū)W(xué)生未來對物理的學(xué)習(xí)與探究產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)的影響。而在以物理觀念為核心與目標(biāo)，設(shè)計(jì)并開展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，教師還需要在實(shí)驗(yàn)以外，借助信息技術(shù)、生活元素、實(shí)驗(yàn)原理、認(rèn)知沖突等教育載體，為課上的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)、參與基礎(chǔ)、延伸基礎(chǔ)和探究基礎(chǔ)，潛移默化地實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的認(rèn)知熏陶，為學(xué)生物理觀念的形成與發(fā)展提供助力。

一、物理觀念的內(nèi)涵

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）對物理學(xué)科的核心素養(yǎng)做了明確的解釋，其中有關(guān)“物理觀念”素養(yǎng)的表述包含如下內(nèi)容：1.物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)；2.物理概念和規(guī)律等知識(shí)在頭腦中的提煉與升華；3.物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)。綜合《課標(biāo)》中的表述可以得出，物理核心素養(yǎng)中的物理觀念素養(yǎng)實(shí)際就是一種對客觀物質(zhì)與事物的理性認(rèn)識(shí)，以物理知識(shí)為載體，以物理知識(shí)儲(chǔ)備為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)對物理知識(shí)的深層探究與細(xì)致解讀，是將物理知識(shí)遷移應(yīng)用于問題解決過程的前提與基礎(chǔ)。在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念有助于讓學(xué)生形成對物理和物理知識(shí)的正確認(rèn)識(shí)，能對學(xué)生科學(xué)精神的培養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的提升起到推動(dòng)作用。

考試中對學(xué)生物理觀念的評價(jià)主要分為三種方式：一種是考查學(xué)生是否形成了從物理角度去觀察、分析、解釋和解決問題的意識(shí)，以此來判斷學(xué)生的物理觀念是否形成；一種是考查學(xué)生能否將所學(xué)物理知識(shí)和規(guī)律轉(zhuǎn)化成富有邏輯的結(jié)構(gòu)體系，以此來判斷學(xué)生的物理知識(shí)結(jié)構(gòu)是否完整；還有一種是考查學(xué)生是否能夠用物理觀念和物理規(guī)律來解釋自然現(xiàn)象與解決實(shí)際問題，以此來判斷學(xué)生建構(gòu)的物理觀念是否能夠應(yīng)用于實(shí)踐。雖然物理知識(shí)和物理觀念都屬于抽象層面的概念，但人的思維活動(dòng)足以將這些抽象的概念轉(zhuǎn)化和遷移到現(xiàn)實(shí)生活中，為現(xiàn)實(shí)問題的解決奠定基礎(chǔ)和提供助力。物理觀念來源于物理知識(shí)，卻又不等同于物理知識(shí)，因此教師在培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的過程中，著重需要強(qiáng)調(diào)的是物理知識(shí)在學(xué)生頭腦中的升華與提煉。

二、借實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的意義

（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱嵘龑W(xué)生物理學(xué)習(xí)的興趣

相對于課堂上單純的理論講解，以實(shí)驗(yàn)為載體開展的物理教學(xué)趣味性更強(qiáng)，也更符合初中學(xué)生的個(gè)性特征與興趣愛好。物理作為基礎(chǔ)科學(xué)的組成部分，知識(shí)內(nèi)容存在著一定的抽象性和枯燥性。學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過程中極其容易混淆一些相似的概念，或是陷入特定的思維誤區(qū)，進(jìn)而產(chǎn)生畏難與厭倦的心理，教師需要為培養(yǎng)和維持學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣而做出努力。物理觀念是一種依靠課程的滲透和積累而形成的素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身就是物理教學(xué)的重要組成部分，實(shí)踐性強(qiáng)、直觀性強(qiáng)，更容易勾起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與積極性，讓學(xué)生更加積極地參與各項(xiàng)學(xué)習(xí)活動(dòng)。在這種高參與性的物理課堂上，學(xué)生學(xué)習(xí)物理的專注度更高，潛意識(shí)里能夠接收到的有關(guān)物理的知識(shí)與技能更多，教師再加以引導(dǎo)的話，學(xué)生就能夠自然而然地形成科學(xué)的物理觀念。

（二）實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪档蛯W(xué)生物理學(xué)習(xí)的難度

對于物理這類抽象性和理論性都很強(qiáng)的學(xué)科來說，知識(shí)學(xué)習(xí)難度的降低與學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的上升是一組對照關(guān)系。學(xué)習(xí)難度降低會(huì)讓學(xué)生更愿意主動(dòng)學(xué)習(xí)物理，從而促使學(xué)生實(shí)際學(xué)習(xí)的效率和效果能夠得到極大提升。實(shí)驗(yàn)是物理知識(shí)的來源和驗(yàn)證，借實(shí)驗(yàn)形式展開的對物理知識(shí)的介紹，相對于文字形式來說抽象性會(huì)降低，更便于學(xué)生的理解，映射在視覺感官中的物理現(xiàn)象也能夠讓學(xué)生形成聯(lián)動(dòng)記憶，綜合起來便大大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的難度。物理觀念本質(zhì)上是一種對客觀事物的理性認(rèn)識(shí)，這種理性認(rèn)識(shí)由知識(shí)基礎(chǔ)作為支撐，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)習(xí)物理的有效性會(huì)隨著學(xué)習(xí)難度的降低而提升。

（三）實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼龠M(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展

在新課標(biāo)的大背景下，無論教師選擇通過哪種方式來開展教學(xué)活動(dòng)，根本的方向與目標(biāo)都是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。物理觀念作為物理核心素養(yǎng)的重要組成部分，自然也能夠在實(shí)驗(yàn)教學(xué)這種指向明確的教學(xué)活動(dòng)中得到培養(yǎng)與提升。具體而言，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，可以借助實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來建立起對物理概念和物理規(guī)律的具象認(rèn)知，再疊加對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察與總結(jié)，學(xué)生對書本上文字知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解便能夠進(jìn)入新的領(lǐng)域，即內(nèi)化、遷移和應(yīng)用的領(lǐng)域。學(xué)生既能夠通過實(shí)驗(yàn)來明確理論知識(shí)在現(xiàn)實(shí)問題中的應(yīng)用方法，又能夠通過實(shí)驗(yàn)來明確知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活中的表現(xiàn)形式。也正是在這樣的背景下，學(xué)生能夠在形成物理觀念的同時(shí)，對抽象知識(shí)形成更加深刻和全面的理解。

三、基于物理觀念培養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

（一）以信息技術(shù)為手段，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定理論基礎(chǔ)

信息技術(shù)是新時(shí)代課堂教學(xué)活動(dòng)中十分關(guān)鍵的輔助教學(xué)工具，既能夠精準(zhǔn)篩選出課內(nèi)外相關(guān)資源，豐富課堂教學(xué)的內(nèi)容，又能夠多元調(diào)整課堂教學(xué)的形式，增強(qiáng)教學(xué)的趣味性，在指向理論或?qū)嵺`的教學(xué)活動(dòng)中都能夠發(fā)揮出特定的作用。打好理論基礎(chǔ)才更有可能保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展，也才能夠?yàn)閷W(xué)生物理觀念的形成與發(fā)展奠定基礎(chǔ)，對此教師就需要將信息技術(shù)充分融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在對抽象知識(shí)進(jìn)行簡單化處理的同時(shí)，借信息技術(shù)設(shè)備來向?qū)W生完整展示實(shí)驗(yàn)的步驟與原理。

以滬粵版九年級物理上冊第十一章第三課“如何提高機(jī)械效率”為例，本課中有三個(gè)關(guān)鍵的物理概念，即有用功、額外功和機(jī)械效率，而機(jī)械效率實(shí)際上指的就是有用功在總功中所占的比例，比例越高，機(jī)械的工作效率越高，提高機(jī)械效率實(shí)際上就是提高有用功在總功中的占比。而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)前的理論講解中，教師可以先利用信息技術(shù)來向?qū)W生展示生活中各種機(jī)械做功的現(xiàn)象，強(qiáng)化學(xué)生對有用功、額外功和機(jī)械效率這三個(gè)基礎(chǔ)物理概念的理解與認(rèn)知，然后再向?qū)W生展示一些課堂條件不允許做到的物理實(shí)驗(yàn)視頻，為學(xué)生提供一個(gè)觀察大型機(jī)械運(yùn)作規(guī)律的機(jī)會(huì)，以此來幫助學(xué)生建立最基礎(chǔ)的物理知識(shí)架構(gòu)，為學(xué)生后續(xù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中的實(shí)際操作奠定基礎(chǔ)，也為學(xué)生物理觀念的形成奠定基礎(chǔ)。

（二）以生活元素為補(bǔ)充，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定參與基礎(chǔ)

生活化的實(shí)驗(yàn)元素與實(shí)驗(yàn)環(huán)境不僅更容易拉近學(xué)生與實(shí)驗(yàn)之間的距離，也更容易調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的熱情與積極性。在初中物理學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，生活是一個(gè)十分常見且有效的教學(xué)切入點(diǎn)，生活元素在教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)內(nèi)容中的滲透不僅有助于鞏固理論教學(xué)成果，還有助于讓學(xué)生掌握遷移理論知識(shí)來解決現(xiàn)實(shí)問題的技巧與方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對學(xué)生包含物理觀念在內(nèi)的物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。對此，教師在設(shè)計(jì)與開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，還應(yīng)適當(dāng)引入生活元素作為補(bǔ)充，以便于調(diào)動(dòng)和維持學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的積極性。

以滬粵版九年級物理上冊第十三章第二課“電路的組成和連接方式”為例，電路的組成和連接方式主要有兩種，一種是串聯(lián)，另一種是并聯(lián)，在不同的使用環(huán)境下可以做出不同的選擇。電是社會(huì)生產(chǎn)生活中不可或缺的一種能源，現(xiàn)實(shí)中常見的輸電電路、印刷電路、家庭電路等都是由串聯(lián)或并聯(lián)這樣簡單的電路組合而成的。在設(shè)置電路設(shè)計(jì)與連接相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，教師可以將實(shí)驗(yàn)背景設(shè)置為生活中常見的情境，將實(shí)驗(yàn)的核心任務(wù)設(shè)置為“設(shè)計(jì)一條電路，讓房間里所有的電器都能夠同時(shí)安全地運(yùn)作起來”。在物理實(shí)驗(yàn)中引入生活元素或生活問題，最直觀的作用就是幫助學(xué)生養(yǎng)成用物理思維來思考現(xiàn)實(shí)問題的意識(shí)與習(xí)慣，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主動(dòng)參與又反作用于自身物理思維與物理觀念的發(fā)展。

（三）以實(shí)驗(yàn)原理為路引，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定延伸基礎(chǔ)

《課標(biāo)》中有關(guān)物理觀念的解釋中指出了“物理觀念是理論概念和規(guī)律的升華”，而實(shí)驗(yàn)中涉及的理論概念與規(guī)律通常可以被歸納為實(shí)驗(yàn)原理。因此，對實(shí)驗(yàn)原理的深入探究和細(xì)致分析就成了培養(yǎng)學(xué)生物理觀念的路徑之一，更容易幫助學(xué)生掌握升華物理理論概念和規(guī)律的技能，而對實(shí)驗(yàn)原理的清晰認(rèn)知也更有利于幫助學(xué)生完成物理觀念的構(gòu)建。在分析實(shí)驗(yàn)原理的過程中，教師可以借助信息技術(shù)來將物理學(xué)中對物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、能量等要素的抽象認(rèn)知轉(zhuǎn)化為具象的呈現(xiàn)形式，為學(xué)生提供一個(gè)可以直觀“看到”物理概念的機(jī)會(huì)，以此來幫助學(xué)生逐步形成自己的物理觀念。

以滬粵版九年級物理下冊第十七章第二課“探究電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理”為例，這一課中最關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)對象是電動(dòng)機(jī)，而整體的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)就是對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理的探究。在圍繞電動(dòng)機(jī)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，教師可以一邊做實(shí)驗(yàn)，一邊結(jié)合實(shí)驗(yàn)的步驟與現(xiàn)象來引導(dǎo)學(xué)生探究各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的本質(zhì)是磁極間的相互作用，即同極相斥、異極相吸，通電的導(dǎo)體在磁場中會(huì)受到來自不同方向的作用力，并在不同作用力的交叉作用下運(yùn)動(dòng)起來。以對實(shí)驗(yàn)原理的解析為路引，教師不僅可以很輕松地完成對課堂教學(xué)內(nèi)容的延伸，也可以讓學(xué)生對物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)和特征形成更全面的認(rèn)知，讓學(xué)生更加明確物理現(xiàn)象的出現(xiàn)和存在有哪些合理性，進(jìn)而真實(shí)感受到物理學(xué)習(xí)和物理實(shí)驗(yàn)的樂趣所在。

（四）以認(rèn)知沖突為載體，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定探究基礎(chǔ)

物理觀念指的是站在物理視角下對客觀物質(zhì)形成的理性認(rèn)識(shí)，與學(xué)生腦海中依靠生活經(jīng)驗(yàn)形成的感性認(rèn)識(shí)存在差異，甚至完全對立。而所謂的認(rèn)知沖突，實(shí)際上就是感性認(rèn)識(shí)與理性認(rèn)識(shí)的沖突，學(xué)生物理觀念形成過程中極為重要的一環(huán)就是對錯(cuò)誤觀念的糾正。對此，教師在以培養(yǎng)學(xué)生物理觀念為目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，需要充分發(fā)揮認(rèn)知沖突的載體作用，借實(shí)驗(yàn)中的探究來糾正學(xué)生的錯(cuò)誤觀念，幫助學(xué)生建立對物理知識(shí)的理性認(rèn)識(shí)。

以滬粵版九年級物理下冊第二十章第三課“能的轉(zhuǎn)化與能量守恒”為例，自然界中本身就存在著各種各樣的能量，包含機(jī)械能、光能、電能、化學(xué)能等，學(xué)生在生活中最容易形成的錯(cuò)誤觀念就是“能量由人創(chuàng)造”或“能量會(huì)消失”。對此，教師在設(shè)計(jì)與開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中就需要將重心放在能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化上，借實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生探究與理解能量守恒的規(guī)律與原理，在解決學(xué)生認(rèn)知沖突的過程中培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念。具體而言，從認(rèn)知沖突出發(fā)，對學(xué)生錯(cuò)誤觀念的轉(zhuǎn)化，教師尤其需要注重對比實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)造，一方面從錯(cuò)誤觀念的生成出發(fā)，通過所謂的“科學(xué)性”和“合理性”來推翻學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知，另一方面從正確觀念的形成出發(fā)，通過正向邏輯下的實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)來幫助學(xué)生建構(gòu)對于物理現(xiàn)象和物理概念的正確認(rèn)知。在這種模式下，物理概念的本質(zhì)特征能夠真實(shí)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，幫助學(xué)生落實(shí)物理觀念。

四、結(jié)語

總而言之，實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)活動(dòng)十分重要的載體，尤其能夠?yàn)閷W(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展提供助力。在以學(xué)生為主體且指向趣味教學(xué)的初中物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，教師需要更加注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，讓學(xué)生真正參與到實(shí)驗(yàn)過程中，借實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)際體驗(yàn)與感悟來推動(dòng)學(xué)生思維與能力的發(fā)展。新時(shí)代的課堂教學(xué)要以學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，而每一個(gè)學(xué)科的核心素養(yǎng)都會(huì)因?yàn)榻虒W(xué)內(nèi)容的不同而產(chǎn)生差異。物理觀念就是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中最為基礎(chǔ)的構(gòu)成部分，教師需要將對學(xué)生物理觀念的培養(yǎng)融入教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，尤其是各種指向?qū)嵺`的教學(xué)模塊，通過教學(xué)方法上的創(chuàng)新與教學(xué)內(nèi)容上的延伸來對學(xué)生進(jìn)行潛移默化的熏陶，以保證和提升物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性，并進(jìn)一步落實(shí)對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］牛遠(yuǎn)見.新課標(biāo)下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新策略研究［J］.試題與研究，2023（30）：157-159.

［2］楊紅.基于核心素養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法研究［J］.數(shù)理天地（初中版），2023（20）：69-71.

［3］伍文剛.初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)策略［J］.中學(xué)課程輔導(dǎo)，2023（19）：21-23.

［4］江耀基.促進(jìn)物理觀念形成的初中物理家庭實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略［J］.中學(xué)物理，2023，41（12）：21-24.

責(zé)任編輯：趙瀟晗