初中物理探究實驗中發展學生學科核心素養

摘?要：初中物理探究實驗中發展學生學科核心素養就是通過對初中物理探究實驗過程中幾個環節的分析，挖掘學生物理學科核心素養，培養學生觀察、分析、實驗、概括等能力，使學生的合作學習、實事求是和嚴謹的科學態度等學科素養進一步提升.

關鍵詞：初中物理;核心素養;實驗探究

文章編號：1008-4134（2020）02-0020?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：張軍民（1968- ），男，江蘇宿遷人，本科，中學高級教師，研究方向：初高中物理教學方法研究.

物理學科核心素養，是指學生在接受教育的過程中，逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格、價值觀念和關鍵能力，是學生通過物理學習而內化的帶有物理學科特征的品質.學生經歷初中物理教育，應該具備良好的思維品質，掌握科學探究的基本方法，形成正確的物理觀念和科學態度.

實驗探究是在問題驅動下進行的研究活動.一般包括提出問題、形成猜想或假設、設計實驗與制訂方案、進行實驗操作、獲取和處理信息并基于證據得出結論、做出解釋等環節.實驗與探究既是認識物理問題的科學手段與過程，同時也是學生在學習物理過程中應當習得的能力，包括提出問題與猜想、設計與操作以及證據與論證等能力.

如何在初中物理探究實驗過程中發展學生物理學科核心素養，則是初中物理教師在新時代背景下必須研究的課題，也是初中物理探究實驗過程中必須解決的問題.

1?探究實驗過程中物理學科核心素養的培養需要引導學生合理提出探究問題

物理學家愛因斯坦說過：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決問題也許是數學上的或是實驗上的技能而已，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要創造性的想象力;而且標志著科學的真正進步.”在初中物理探究實驗中，思維的發生，始于探究問題的提出，如何提出探究問題？教師在課前要做足功課，在課堂上要創設物理情境，讓學生感受生活化的物理，并讓學生處于注意力最集中、思維處于最積極狀態，這樣，學生才能根據情境提出問題，并積極主動地進行科學探究.

1.1?通過觀察自然現象，提出探究問題

自然界中許多現象都是與物理知識息息相關的，這些自然現象在日常生活中經常呈現在學生面前.如果教師能積極地引導學生主動地去觀察，引起學生的興趣，就能激發學生的問題意識和求知的欲望.例如，在講授“密度”概念時，由于密度概念比較抽象，對于初中學生來說也比較陌生，教師可以通過創設問題情境的方式，激發學生視野聚焦、心生疑惑、主動探究.日常生活中常說，鐵塊比塑料塊重，是什么意思呢？通過這個自然現象，這個問題創設情境是：你能區分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊嗎？學生經過分析、提練能主動提出自己的疑惑“物體的形狀相同，表面被涂成相同顏色，如何區別兩種物質？”然后，學生會根據已有的知識對該問題進行分析探索，進而解決問題.學生在解決問題的過程中，對于密度概念的掌握、理解和運用，自然就水道渠成.

1.2?通過教師演示實驗，提出探究問題

教師也可以通過演示實驗來提出問題，引導學生對物理現象進行詳細、持續的觀察，以此作為提出問題的事實前提和客觀依據.教師在做演示實驗的過程中，引導學生對一些要點進行細致的觀察、并針對實驗現象提出有層次的問題，通過層層質疑，引導學生積極思考、主動探索.例如，在探究光的色散時，教師通過在操場上利用噴霧器噴出的水霧讓學生在陽光下觀察現象（如圖1所示），學生通過觀察到彩虹現象，進而激發學習興趣.在學生注意力還沒有消退之前，教師再通過課件播放多幅光現象圖片，讓學生觀察，針對演示實驗現象，學生很快就能提出下列問題：圖片中的光來源于哪里？光源都是天然的嗎？常見的太陽光只是一種白色光，還是由幾種顏色復合而成的？為什么只有一種顏色的光在陽光下會出現這么多彩的世界？

1.3?通過學生分組實驗，提出探究問題

實驗在引導學生質疑、提問方面有著十分重要的作用.在物理教學過程中，教師可以設計一些趣味的分組實驗，引導學生通過對實驗現象的觀察和比較，自然地發現并提出科學探究問題.例如，在進行“汽化”內容教學時，可通過對比觀察引導學生提出科學問題.首先，要引導學生將酒精棉球包裹在兩支溫度計的玻璃泡上，觀察溫度計示數的變化;接著，再引導學生將兩個酒精棉球分別包裹在兩支溫度計的玻璃泡上，并用扇子對其中一個酒精棉扇風，同時觀察兩支溫度計示數變化情況.教師啟發學生：“實驗過程中，同學們觀察什么現象？通過這些現象可以提出哪些探究問題？”

2?探究實驗過程中物理學科核心素養的培養需要引導學生大膽猜想

猜想是對研究對象或問題的分析、觀察、類比、實驗、歸納等，它是根據現有的材料和知識，找出一種對經驗和事實的合理猜測想象的思維方式.猜想是一種合理的推斷，是一個綜合性較強的認識過程并具有一定的直覺性.猜想是初中物理探究實驗教學中的一個重要環節，是學生思維較活躍的階段.沒有猜想，探究就成為無源之水，猜想決定了科學探究的方向，科學合理的猜想能使探究活動有計劃、有目的、有步驟地展開，確保探究實驗有序地進行.

2.1?通過日常生活經驗，提出合理猜想

猜想不是憑空瞎想，而是建立在豐富的生活和知識經驗的基礎上，經驗越豐富，猜想就越趨于合理.課堂上，要鼓勵學生多觀察、多體驗、多思考，積累豐富的生活經驗和扎實的基礎知識，以便在探究實驗環節中進行有效、合理的猜想.在“探究蒸發快慢的影響因素”的實驗中，教師可以引導學生結合晾衣服的經驗做出合理的猜想（如圖2所示），學生很自然地根據晾衣服的習慣猜想影響蒸發快慢可能與液體的溫度、液體表面積、液體表面上空氣流動快慢這三點有關.

2.2?通過直覺感悟，提出合理猜想

直覺是指不受某種固定的邏輯規則約束，直接領悟事物本質的一種思維形式.直覺有迅捷性、直接性、本能意識等特征.它作為一種心理現象貫穿于日常生活之中，也貫穿于科學研究之中.在探究牛頓第一定律時，師生一起做小車從斜面下滑到平面上的實驗，學生觀察到三種不同情況（如圖3所示），發現平面越光滑，小車就運動得更遠，學生憑直覺感悟到：如果平面非常光滑，則小車就會運動得更遠.由以上直覺便可建立猜想：物體在不受外力作用時，總沿原來的方向、速度不變地永遠運動下去.這種方式不僅能培養學生的推斷、假設能力，同時也能培養學生的觀察、分析和綜合等思維能力.

2.3?通過對比和觀察，提出合理猜想

初中物理教學中，教師可以鼓勵學生通過對比和觀察，聚焦實驗結果差異性要素，自然地作出猜想.例如，影響電路中電流大小的因素可能有哪些？導致力使物體形變效果的因素可能有哪些？影響電磁鐵磁性強弱的因素可能有哪些？影響滑動摩擦力的因素有哪些？等等，對于此類任務，教學過程中，教師可以鼓勵學生在對比和觀察的基礎上，提出合理的猜想.

3?探究實驗過程中物理學科核心素養的培養需要引導學生設計實驗并制訂計劃

實驗設計具有很強的邏輯性、綜合性和創造性，需要學生綜合運用已有的知識、經驗，創造性地構思、設計實驗開展的途徑和方法.由于實驗具有很強的靈活性與開放性，對于要解決的問題，根據不同的實驗條件，可以設計不同的方案;即使是相同的實驗條件，也可以進行不同的設計.可見，通過實驗方案的設計，能夠提高學生解決問題的能力和創造能力.

3.1?根據實驗目的，明確實驗原理

初中物理探究實驗的方案制定，首先明確探究實驗的目的，究竟是探究什么事實或規律、要解決什么樣的問題，探究目的源自探究問題，探究計劃的具體任務或實驗方案的具體要求源自基于問題的猜想.制定探究實驗的方案，本質上就是從操作的角度，將猜想具體化、程序化.在制定探究實驗方案的過程中，會出現多種探究方法和路徑，需要根據探究需求和現有條件，經比較、選擇、合并、優化形成最終的探究實驗方案.

3.2?根據實驗需要，選擇適當的器材

不同的實驗，需要的實驗器材不同，選擇實驗器材時，需要考慮多方面的因素：實驗步驟、器材安全、減小誤差、方便操作等.教師可以鼓勵學生在制定探究計劃時，要考慮需要哪些實驗器材，根據以上因素等方面來考慮器材的規格等問題，合理選擇實驗器材的意識，逐步地提高選擇實驗器材的能力.同時，還應該提倡實驗中多采用日常生活常見的器具來進行實驗，這有利于學生產生對實驗探究的親近感以及發展學生在實驗器材選擇方面的創造力.

3.3?根據實驗特點，選擇合適的實驗方法

探究實驗的設計過程中，還要考慮實驗方法的選擇，在初中物理探究實驗過程中，常見的實驗方法有：控制變量法、比較法、轉換法、放大法…….其中轉換法，學生相對掌握難度較大.在初中物理實驗中，一些物理量，如果直接測量會存在這樣或那樣的困難，轉換法就可以很好地解決這類問題，例如：在測量影響動能大小因素時（如圖4所示），把它轉換成測量木塊在水平方向移動的距離大小.

3.4?根據實驗要求，設計規范表格

初中物理有很多探究實驗需要通過多個儀器測量不同維度的數據，為了減小誤差或發現內在規律，需要進行多次測量.這就要求，探究實驗的實驗數據不是一個、兩個簡單數據，而是多組數據.在這種情況下，使用表格記錄實驗數據就是一種比較好的形式.

4?探究實驗過程中物理學科核心素養的培養需要引導學生操作實驗并獲得相關數據

實驗操作是一種手腦并用的活動，學生在動手的同時必然要動腦.手腦并用就會使大腦里最特殊的、最積極的、富有創造性的區域積極活動起來，學生的思維能力將得到迅速發展.

4.1?根據不同器材要求，規范操作

不同的實驗需要不同的實驗器材，在理解儀器工作條件和操作要求的前提下，應該按照要求正確地操作儀器，把基本規范落實到實驗操作中去.教師要培養學生使用基本儀器的技能和規范，要將儀器的使用方法與觀察理解儀器的原理結合起來，使學生有利鞏固實驗方面的知識，也可以理解為什么要這樣使用儀器，這樣，學生操作起來才會更加自覺、主動.如：在用溫度計測量容器中的水溫時，應該將溫度計的玻璃泡完全浸沒在水中，避免玻璃泡與容器底或器壁接觸;連接電路時，應先接線路，后接電源，拆卸電路時，應先斷電源、后拆線路等.

4.2?根據實驗異常，排除故障

在操作實驗過程中，往往由于各種原因，實驗過程中難免出現這樣或那樣的問題，教師應鼓勵學生運用所學的知識對實驗過程中出現的問題進行分析，并及時排除故障，提高學生解決實際問題的能力.如：在測量小燈泡電功率實驗過程中，就需要根據電路故障的不同現象表現，分析電路問題并進行排除.如果電壓表示數為零，電流有示數;往往可能是燈泡短路;如果電壓表有示數，電流表示數為零，可能是燈泡斷路等.

4.3?準確讀數，正確記錄數據

在實驗過程中，除了能夠正確地動手操作實驗儀器外，還需要正確地觀察、讀取儀器示數，不同的測量工作，讀數方法也有區別.如：測量長度時，不同最小分度的刻度尺，在記錄數據時，估讀也是不一樣的.

5?探究實驗過程中物理學科核心素養的培養需要引導學生根據實驗現象、數據得出結論

實驗數據不是探究結論，實驗現象、數據是對實驗事實的客觀記錄，探究結論是在實驗現象、數據的基礎上，通過分析論證所得出的具有普遍意義的規律.學生需要整理現象、信息、數據，形成證據，并對證據進行分析，應用科學的思維和方法，通過分析和歸納，找出規律，進而得出實驗結論.

5.1?根據實驗數據，進行規律歸納

在經歷了對實驗數據的準確記錄、比較和對可能的因果關系進行分析之后，離科學探究的結果僅有一步之遙，也就是歸納出科學規律.為此，就要尋找數據之間相互關系的特征，這些特征通常表現為相等、之和、之差、乘積以及比值等數學關系.師生在分析歸納時，就要通過對這些數據進行比較，歸納得出實驗結論.如：串聯電路中的電流處處相等，只要通過實驗數據進行簡單分析比較就容易得出結論.又如：在杠桿平衡條件實驗中，需要將有關數據的乘積進行比較，就能發現和歸納出它們的規律.啟發學生自己發現這些數據之間規律的過程，是發展學生創造性思維的過程.

5.2?對實驗現象，做出合理解釋

物理結論得出后，還要對實驗現象做出科學合理的解釋.如果得到的結論不能解釋與之相關的物理現象，表明得到的物理結論缺乏適用性、缺失準確性，也意味著得到的結論存在片面性;如果得到的結論能很好地解釋相關的物理現象，表明它既能體現規律本身的解釋性功能，也能幫助學生在學以致用的過程中深化理解能力、提升知識的應用水平.如：在探究凸透鏡成像活動后，得到相關的成像特點，就能解釋一系列相關物理現象：為什么使用放大鏡時總要手持放大鏡靠近被觀察物體;為什么要調大投影儀在幕布上的像時要搬動投影儀使之遠離幕布……

綜上分析，探究實驗過程中物理學科核心素養的培養要注重對學生的基礎知識、技能、態度、動手、分析以及概括等能力的培養，通過實驗探究，使學生的自主發展、探索實驗的素養進一步提升;通過實驗探究，培養學生合作學習、實事求是和嚴謹的科學態度素養.我們相信，在探究實驗過程中注重對探究過程各個環節的訓練，學生的物理學科素養，尤其是實驗探究素養將得到進一步的提升.

參考文獻：

[1]焦健.核心素養理念下農村初中物理實驗教學的實踐與思考[J].物理通報，2019（08）：95-97.

[2]謝影，褚華.基于核心素養 優化實驗設計[J].中學物理教學參考，2019，48（14）：62-63.

[3]劉成剛.指向物理核心素養的科學思維教學四要[J].青海教育，2019（Z1）：79-80.

[4]王曉偉.初中物理分組實驗中培養學生創新能力的方法[J].甘肅教育，2019（17）：184.

[5]李秀芳.基于學生核心素養發展的物理實驗教學研究[J].中學物理教學參考，2019，48（12）：37-38.

（收稿日期：2019-09-26）