探究核心素養理念下初中物理培養學生自主設計實驗能力的有效途徑

江嘉敏

摘 要：在新課程標準和核心素養的要求下，結合本校學生的實際情況，以科學性和有效性為前提，總結日常教學經驗，探究如何培養學生自主設計實驗能力的有效途徑。

關鍵詞：核心素養；自主設計實驗；培養綜合能力；有效途徑

2015年3月30日教育部正式發文《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，里面多次提到核心素養，其中包括了9大方面：身心健康、學會學習、實踐創新、社會責任、國家認同、國際理解、人文底蘊、科學精神和審美情趣。初中物理教育要切實地落實在核心素養上，自然就應利用好物理學科的優勢——一門以實驗為基礎的自然學科，如何在日常實驗教學中讓學生學會學習，學會實踐創新，培養學生科學探究精神，進而促進其達到全面發展個人素質的核心素養教育要求。

我校是一所典型的城中村學校，當地村民經濟條件相對優

越，但家長文化水平普遍偏低，沒有家庭教育的意識。受到大環境的影響，尤其是本地學生，學習目的不明確，學習積極性不高，思維能力不強，語言組織能力偏低，動手實踐能力較弱，過分依賴老師，這對于以實驗為基礎的自然學科來說，無疑是一個很致命的弱點。很多物理規律都是通過實驗探究發現和總結出來的。我們不能忽視實驗在物理教學中的重要地位，更不能無視學生在實驗中參與度的重要性。這幾年廣州物理中考里面對考查學生自主設計實驗能力方面的要求是越來越高，分值所占的比重也越來越大。反觀早幾年我校在中考里面有關考查設計實驗能力方面的得分情況與區內的數據對比統計發現，我校學生明顯在這方面的能力是十分薄弱的，學生在這類型題目中的得分占比與區內的得分占比相差比較大，如圖1：

相信，這種情況的存在并非是個別例子。很多與我校類似的學校的物理老師也一樣面對著這樣的窘境。

針對這一現實問題，我一直在尋思如何在日常教學中引導和訓練學生善于觀察、善于思考、善于動手，致力探索出一條培養學生自主設計實驗能力的有效途徑，在這里，我談談自己的幾點感悟和做法：

一、培養學習興趣，興趣提供動力

對于初二第一次接觸物理的學生來說，很多人會覺得物理離自己生活很遠，說到實驗就會覺得一定很難，很“高大上”。其實并不然，生活處處是物理，物理與生活息息相關，而且物理學是一門十分有趣的科學。古曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者。”所以，想要培養學生設計實驗能力，首先就應先培養學生學習物理的興趣。像我們物理課本的第一課，就是希望通過讓學生觀察和親自動手做幾個小實驗，例如用放大鏡看自己的指紋再觀察遠處的景物，又例如往剛停止沸騰的水上澆冷水等等，以此來吸引學生對物理的興趣，激發學生強烈的求知欲，自然就會有學習動力，而且還可以讓學生了解到做實驗并不是一件很困難的事情，小小的實驗里面也蘊藏著大大的科學道理。

二、創設有效的問題情境，讓學生學會提出問題

問題是針對物理現象提出的，是引發學生進行實驗探究的前提，是探究的起點。愛因斯坦說過：提出一個問題比解決一個問題更重要。

而問題靈感源于生活，日常的教學中多使用情景教學，將與學生生活密切相關的事物引入物理課堂，增加學生的熟悉感和親切感，提高學生的學習興趣。例如，在講授《比熱容》這節課時，先投影一張日常煮開水的圖片，讓學生思考兩個問題：（1）將一壺水和半壺水煮開所需要的時間一樣嗎？（2）將同樣的一壺水煮開和煮成溫水所需要的時間又會一樣嗎？根據生活經驗告訴學生，同種物質升溫時所吸收的熱量與物質的質量和溫度變化有關，進而再引導學生思考：如果是質量相同的不同物質，在溫度變化一樣的時候吸收的熱量還會一樣嗎？或者從另一個角度去思考：質量相同的不同物質在吸收相同的熱量時溫度變化會相同嗎？此時，老師立刻提供一個生活場景：炎熱的夏天，去海灘游泳，發現沙子是燙腳的，海水卻是涼的。這一下子就抓住了學生的眼球，引發了大家的好奇心：這是為什么呢？同樣的日照條件，是因為沙子與水本身物質的不同造成吸熱能力的差異，從中為學生提供了做探究實驗的依據。

又例如，在“研究浮力的大小與哪些因素有關”的實驗中，我先播放兩段視頻，一段是輪船在長江中航行片段，一段是實心鐵塊在水中下沉的片段，引導學生思考：同為鐵塊制成的輪船為什么可以浮在水面上？而實心鐵塊卻不行？然后我再演示將同一個雞蛋放在不同的兩種液體中，一個會下沉，另一個卻懸浮。又進一步引導學生思考：為什么同一個物體在不同的液體中的浮沉情況會不一樣？讓學生通過一次次不同的生活場景去挖掘和探究物體受到的浮力大小可能與哪些因素有關。

讓學生學會提出問題，提好問題，是做好設計實驗的第一步。

三、小組合作探究與討論，學會編寫與優化實驗方案，培養學生合作意識和設計實驗能力

現在物理實驗教學這一塊面臨的最大問題是老師的“不放心、不放手”，加上面對教學進度的壓力，很多老師在教學過程中，想節省時間或避免上實驗課時的一些麻煩，都不安排學生進行探究實驗活動。一律親自上陣，自己邊做實驗邊授課，都是采取“包辦式”教學。從明確實驗原理、實驗方案的設計、實驗器材的選取、實驗步驟的制定以及實驗數據的處理上，老師都為學生“設想”好，然而卻是害了學生。在這樣的教學方式下，學生只會按圖索驥，機械性地復制粘貼老師的一言一行，長期下來，學生的想象力和創造力都會受到壓抑，久而久之，形成了依賴老師的習慣，慢慢地失去了學習的興趣，實驗的趣味也消失殆盡。

學會放手，讓學生去經歷過程，是做好實驗教學的第一步，也是培養學生自主設計實驗能力的關鍵一步。當然，由于初中生本身知識水平能力有限，加上個體發展存在差異，讓每個學生獨立去完成一個實驗的設計是有困難的，這就需要通過小組合作去取長補短。

例如，在探究“電流與電壓、電阻關系”一課中，設計實驗過程中會遇到問題，有些學生可能在思考過程中忽略控制變量因素；有些學生可能在設計電路圖中出現只能測得一組數據的情況，不能做到科學探究；又或者有些學生不懂得怎樣設計數據表格或處理數據時找不到規律，等等。但這些問題都可以通過組內成員之間、小組與小組之間、老師與學生之間的相互對比、相互討論、相互研究，最終編寫和完善出最優的方案。在此過程中學生通過相互交流，不僅訓練了學生的思維能力，也提高了學生的文字表達能力，這恰恰是我校學生最欠缺的一種能力，畢竟這也是中考考查學生能力的其中之一。老師在此過程中充當著一個合理引導者的角色，對于學生在表達自己觀點出現問題的時候，不要立即給予否定的態度。例如“伏安法測電阻”實驗中，很多學生都會設計出這樣的電路圖（如圖2）。

但很快就會發現這個電路只能測出一組數據，不符合科學探究。這時老師就應該發揮引導者的作用，引導學生思考怎樣做可以改變電路中的定值電阻兩端的電壓以及流過它的電流，最終引出滑動變阻器，完善電路圖。適時、適當地給出點撥或提示，指引學生思維向正確的方向遷移，同時也給了學生自我反省的時間，更加能激發學生的積極性。

四、讓演示實驗變為學生實驗，增加學生實驗次數，提升實踐操作能力

整個初中階段課本上出現的演示實驗大概有38個，學生實驗大大小小加起來約42個，從比例上來看，學生實際能參與的實驗并不算多。能力是經驗的積累。其實，有很多的演示實驗可以變成學生實驗，例如熱學中“做功改變內能”的兩個實驗，力學中“研究液體內部壓強”實驗，電學中“電荷間的相互作用”等。其實，只要實驗本身無危險性，實驗器材局限性不大，對學生操作技能要求不高的話，都可以作為學生實驗。讓學生多做實驗，反復訓練，不但可以培養學生良好的實驗習慣，熟知實驗器材的正確使用，還能讓學生提高動手能力。同時，讓學生從單純的視覺感受上升到切身體驗，對實驗現象和原理有了更深刻的了解，更重要的是讓學生在動手過程中還必須闡述每一個實驗步驟和解釋每一個實驗現象背后的成因，有助于培養學生的邏輯思維能力和表述能力，增加學生的成就感與滿足感。

五、鼓勵學生進行課外實驗，使知識技能學以致用

物理實驗不應局限于課堂上，鼓勵學生課外利用一些生活用品或開放學校物理實驗室，自主開發實驗、或獨立完成或小組合作。作為學校、老師，也可定期舉辦一些小型的實驗設計競賽，實驗規模、難度可根據學生自身水平而定，綜合素質相對較高的鼓勵其天馬行空，自由發揮，相對較弱的學生可以讓他們模擬課本或課外的小實驗，像水火箭、蠟燭蹺蹺板等，學生除了動手操作以外，還必須要求他們把設計方案寫出來，文字畫圖皆可，看誰做得更好，旨在讓更多的學生參與其中，樂在其中，提高學習物理的興趣和創新能力。

課外實驗是課堂實驗教學的重要補充，有助于學生將書本上學到的物理知識與生活和社會聯系起來，深化知識的同時，體會生活中處處有物理，這對提高學生的科學素養，培養學生的合作、創新意識和實踐能力具有重要作用。

美國著名哲學家、教育學家杜威認為科學教育不僅僅是要讓學生學習大量的知識，更重要的是學習科學研究的過程和方法。讓學生掌握好自主設計實驗的能力是對知識應用的遷移和提升，是核心素養的最高要求，是反映學生綜合能力的一個評價指標。通過近三四年的不斷努力和探索，本校學生在這方面的水平得到了一定提高，尤其是文字敘述能力和動手操作能力，總體的物理成績也有了明顯進步，但還是離區、市的平均水平存在一定的距離，這是一個需要堅持不懈而漫長的過程。作為一線的物理教師，我們需要深刻地理解實驗教學在物理教學中的重要地位，要不斷努力地研究如何有效引導學生掌握設計實驗的能力，關鍵是讓學生在此過程中提高自身的綜合素養，學會用科學的方法解決實際問題。

參考文獻：

[1]陰瑞華，田春鳳.物理實驗教學方法與案例[M].北京：北京師范大學出版社，2016.

[2]湯清修.初中物理教學關鍵問題指導[M].北京：高等教育出版社，2016.

[3]陳漢光.高中物理實驗教學方法策略與案例研究[M].廣州：廣東高等教育出版社，2016.

[4]陸亞東.例說開放式物理實驗教學的特點、策略及思考[J].中學物理教與學，2017（8）：46-49.