基于核心素養下的物理實驗中探究能力培養的幾點思考

于良永 李晗澤

【摘要】科學探究能力是物理核心素養的重要組成部分，在物理教學中，要充分發揮物理實驗在培養學生科學探究能力中的優勢，構建起以核心素養培養為導向的物理實驗教學模式。本文基于核心素養視角，論述了初中物理實驗中學生探究能力的培養路徑，期望對實現物理核心素養培養目標有所幫助。

【關鍵詞】核心素養? 初中物理? 物理實驗? 科學探究能力

【中圖分類號】G633.7 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）50-0221-02

物理核心素養是學生在物理學習中形成的基本技能、關鍵能力和價值觀念，主要包括物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任四個方面。對于物理實驗教學而言，要將學生的科學探究能力培養作為核心素養培養的重中之重。科學探究能力是指學生通過觀察和實驗，提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗方案、基于實驗結果得出結論，并對科學探究過程和結果進行交流、評估和反思的能力。下面結合筆者多年來的教學經驗，對物理實驗中學生科學探究能力的培養策略進行論述。

一、提出探究性問題，喚起學生科學探究欲望

初中生具有強烈的好奇心理，在物理實驗教學中，教師要結合初中生的心理特點精心設計探究性問題，創設探究情境，激發學生的探究欲望。探究性問題的提出要從引發學生的認知沖突入手，促使學生快速進入到實驗探究狀態，由以往被動式獲取知識轉變為主動探究知識。

例如，在教學“阿基米德原理”一課時，教師可引入“烏鴉喝水”的故事，根據故事提出探究性問題：“為什么烏鴉在水中加入石頭后，能夠喝到水？”學生經過思考、討論后一致認為，水位線上升使烏鴉能夠喝到水。接著，教師繼續提出問題：“水位線上升的原因是什么？”學生分析問題后認為，是石頭將水排開使得水位線上升。之后，教師再提出更深層次的探究性問題：“石頭在水中所受的浮力與排除的水有什么定量關系？”圍繞這一探究性問題讓學生對阿基米德原理進行實驗。教師準備好彈簧測力計、天平、量筒、小燒杯、溢水杯、石頭、水等實驗材料，讓學生以小組為單位設計實驗方案，利用不同的器材探究浮力與排出液體的所受重力、質量、體積之間的定量關系，最終得出實驗結論，即F浮=G排、F浮=m排g、F浮=ρ液V排g。

通過在物理教學過程中提出探究性問題，并引導學生由淺入深地思考分析探究性問題，有利于培養學生科學探究意識。同時，通過創設探究問題情境，布置學生圍繞探究性問題進行實驗探究的學習任務，有利于學生增強對物理知識的形象認識，深刻掌握阿基米德原理，形成科學思維和科學態度，促進學生核心素養發展。

二、創新物理演示實驗，增強學生科學探究意識

在傳統的物理教學模式下，教師只是照本宣科地講解物理知識，讓學生被動地接受現有結論，忽視了學生在物理學習中的自主探究過程。而在核心素養下的教學模式中，物理實驗教學以培養學生科學探究能力為目標，對部分物理演示實驗進行創新設計，讓學生通過觀察實驗現象發現規律，主動參與到探究學習過程中，不斷增強科學探究意識。

例如，在教學“蒸發——汽化的另一種方式”時，學生都知道濕衣服涼曬后會變干，這一過程是水變成水蒸氣的蒸發過程。但是，由于水分子是肉眼看不到的物體，使得學生只能看到衣服變干的結果，而看不到水蒸發的過程，導致學生難以形象感知液體蒸發現象。為此，教師可設計創新類的演示實驗，向學生直觀地展示蒸發過程。具體實驗步驟如下：

1.準備實驗材料。輕質細管（長21cm，直徑1cm）、礦泉水瓶（裝有適量水）、錐子、紗布、細金屬絲、酒精、滴管等。

2.制作實驗器材。在細管的中間用錐子分別扎出A、B、C三個小孔，AC=0.2厘米，AB=20.2cm，BC=20cm。將礦泉水瓶用細金屬絲固定在A點，將紗布固定在B點，并將C點作為固定點，用細金屬絲固定起來，使整個裝置懸于半空，如圖1所示。

3.實驗演示。在紗布上滴上適量酒精，使杠桿處于水平狀態。讓學生觀察實驗現象，隨著時間的推進和酒精的蒸發，杠桿逐步失衡，呈現出右端下降、左端上升的現象。由此可以使學生形象地觀察到紗布上酒精的蒸發過程。

4.組織探究活動。教師讓學生對實驗現象所揭示的科學原理進行探究，即BC是AC的100倍，為維持平衡，若B端上紗布上的酒精蒸發1克，則A端就必須少100克。但是由于A端上物體重量保持不變，所以B端上的紗布才會隨著酒精的蒸發而逐步上升。

通過演示創新類實驗，不僅讓學生直觀地觀察到液體蒸發的過程，而且還幫助學生深入理解阿基米德撬起地球的原理，有助于學生在新穎、形象的演示實驗中積極探究科學原理，深化對物理規律的領悟，進而提升科學探究意識。

三、優化設計教材實驗，培養學生科學探究精神

在初中物理教材中編排了諸多實驗項目，但是由于部分實驗項目遠離學生生活，并且操作起來具備一定的難度性、主觀性和復雜性，所以很難讓學生在實驗操作中獲得準確的實驗結論，不利于學生深入探究和認識物理規律。為此，教師應結合教學內容和教學目標，對部分教材中的實驗項目進行改良設計，著重于培養學生的科學探究精神。

例如，在進行“凸透鏡成像規律”的實驗教學時，教材中安排的實驗器材包括蠟燭、凸透鏡、光屏、光具座等，由于實驗中燭焰的大小難以確定，很難找到準確的倒立等大實像位置，使得學生對位置判斷存在一定的主觀性，不利于學生形成科學探究精神?；谶@一實驗教學現狀，教師可對該項試驗進行改進，選擇學生生活中常見的物體作為實驗器材，讓學生親自動手操作實驗。具體的實驗步驟如下：

1.準備實驗材料。輕薄觸屏智能手機1部、鞋盒1個、凸透鏡1個、紙、夾子。

2.制作實驗器材。學生自行制作實驗器材：將鞋盒內部涂成黑色，在鞋盒一側的中央位置按照凸透鏡的大小挖出一個圓孔，在圓孔內固定凸透鏡（如圖2所示）;在白紙上描畫出與手機屏幕大小一致的區域（如圖3所示），用夾子夾住這張白紙，使其呈豎立狀態（如圖4所示）;用夾子夾住手機，使其豎立，作為光源，將手機放入到鞋盒內;將紙尺（按照1：1比例在白紙上打印的刻度尺）貼在盒子內側和外側，用于量取距離（如圖5所示）。

3.動手操作實驗。學生在手機上顯示靜態圖片，蓋上鞋盒子，完成凸透鏡成像的倒立放大實驗和倒立縮小實驗。根據實驗現象，讓學生探究紙尺上物距和像距關系，對成像規律形成更加深入的認識。

通過對教材中的實驗進行改良設計之后，能夠將科學探究和科學態度培養滲透到學生實驗操作的過程中，使學生能夠以更加科學的實驗方法判斷像和物的大小關系。經過改良設計的凸透鏡成像實驗與教材中的實驗相比，能夠消除教材實驗摻雜主觀性判斷的弊端，使學生更加準確地判斷等大實像的位置，并讓學生親自動手參與實驗過程，親歷科學知識的建構過程。

結論：總而言之，初中物理實驗教學要將學生科學探究能力培養貫穿于教學始終，積極推進傳統物理實驗教學模式改革發展。在教學實踐中，教師要通過提出探究性問題、創新演示實驗以及優化設計實驗方案，進一步喚起學生的科學探究欲望，增強學生科學探究意識，培養學生科學探究精神，從而不斷提升學生對物理現象的科學探究能力，幫助學生更加深入地理解物理規律，促進學生物理核心素養全面發展。

參考文獻：

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[3]李明標，張研研，董海寬.以實驗素質和創新能力培養為目標的物理實驗教學體系的構建[J].大學物理實驗，2018（12）：28-29.

作者簡介：

于良永（1976-），大學，一級教師，研究方向為核心素養下的物理實驗課的教學研究。善于分析教材編寫的思想和意圖，尋找學生與教學知識之間銜接點教學方法研究。

李晗澤（1989-），山東濟寧人，大學，多次執教市級優質課、公開課。擅長與學生的溝通，落實核心素養下的實驗方法的研究。