核心素養導向的初中物理實驗優化探析

李志尚

摘? ? 要：物理學科是一門以實驗為基礎的學科，是初中教育的重要課程之一。實驗教學是國家課程標準規定的重要教學內容，是培養創新人才的重要途徑。在核心素養的新時代，學科教育模式和學習方式要有根本變革，上好物理實驗教學，優化物理實驗，培養學生物理學科核心素養，是每一位中學物理教師的責任和使命。本文對初中物理實驗優化進行了有益的探索和解析。

關鍵詞：核心素養 ; 初中物理 ; 實驗優化

2016年9月，中國學生發展核心素養總體框架正式發布。它以培養全面發展的人為核心，凝練出人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創新六大素養，引發了社會的高度關注。2016年年底，核心素養開始進入課程，走進中小學，中國基礎教育邁入核心素養的新時代。

一、核心素養時代對物理實驗教學的新要求

從“三維目標”走向“核心素養”，意味著學科教育在高度、深度和內涵上都提出了新的要求，意味著學科教育模式和學習方式的根本變革。那么以實驗為基礎的初中物理學科又該何去何從呢？ 2019年11月20日，教育部頒發《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》（教基〔2019〕16號文件），明確指出實驗教學是培養創新人才的重要途徑，要開齊開足開好國家課程標準規定實驗，切實扭轉忽視實驗教學的傾向;要拓展創新，改進方式，著力提升學生的觀察能力、動手實踐能力、創造性思維能力，培育學生的創新精神、科學素養和意志品質。

二、初中物理實驗教學中存在的問題

教育部文件的發布是在充分調查基礎上進行的。如果你深入初中物理課堂聽課，你往往會有一種感覺，好像物理課與其他學科沒有什么兩樣：不做實驗或很少做實驗，或以講代做;新授課與習題課一樣，題海茫茫苦作舟。物理課的特點在哪里？物理課的特點就在于“物”和“理”。“物”即事實證據，必須以實驗為基礎;“理”即理性思維，要以思維為中心。通過實驗，創設情境，觀察表象，通過理性思維抽象出具體的理論，再通過具體的原生態問題，得到建構和升華。顯然，把活生生的物理肢解為知識，而又把知識的獲得歸結為習題的訓練，這樣的物理課背離了物理的本質和特性，這樣的物理是沒有魅力的，也不能形成物理學科的素養。

三、實驗優化，助力實驗教學“更上一層樓”

實驗就是初中物理教學的一個“阿基米德點”，借助實驗我們可以幫助學生形成物理學科素養。開齊開足開好國家課程標準規定實驗，只是物理學科教學的“標配”，要想“更上一層樓”，就要結合教學重難點，結合學生情況，對物理實驗進行創新和優化，創造出適合學生最優化實驗。比如滬科版八年級物理第六章第五節《科學探究：滑動摩擦力》，教材實驗：探究滑動摩擦力大小與什么因素有關，實際按課本操作去做很難成功，究其原因主要是設計不合理——用彈簧測力計拉著物體做勻速直線運動實屬困難，一邊拉動彈簧測力計一邊讀數，難上加難。對于此實驗不少試題拿來做文章，讓學生評價現在實驗和優化后的實驗各自的優缺點。除了類似難以成功的實驗，還有操作繁瑣的實驗，有現象不明顯的實驗，有時間過長的實驗，這些實驗都需要加以改進和優化。如何進行初中物理實驗的優化呢？優化雖然沒有固定的模式和萬能的方法，但是卻有一定的原理可以遵循。

四、實驗優化的五個基本原理

（一）轉換原理。物理轉換原理是已知B=f（A），現要測B，但B不易測，利用B=f（A）把測B轉換為測A，由B=f（A）可得B。比如：大氣壓大小的測量，我們可以把其轉換為托里拆利實驗中求出大氣壓所支撐的水銀柱的高度來計算出現。其實托里拆里實驗實際操作也有缺點：向細管中灌水銀困難，并且水銀有毒，實驗不安全。我們可以接著運用轉換原理，利用注射器下掛鉤碼來計算大氣壓大小。

（二）比較原理。物理比較原理是若實驗條件N相同，有某物理現象或物理規律K相同;若條件N不同，有某物理現象或物理規律K不同，則說明實驗條件N是某物理現象或物理規律K的相關因子。比如：驗證液體壓強隨深度的增加而增大的實驗，最初教材實驗為一礦泉水瓶子裝滿水，從不同高度打幾個孔，看水噴到地面上的遠近，來說明液體壓強隨深度的增加而增大。實際上這個實驗是錯誤的，因為液體從小孔噴出的水平噴射距離S，與噴射速度V和噴出后的下落時間t兩個因素有關，此實驗t并不相同。所以運用比較原理，該實驗可以優化為：在每個孔下相同距離處水平放置一平板，然后再比較水柱噴射的遠近。

（三）放大原理。放大原理是如果物理現象不明顯或物理量不易測量，為使物理現象明顯或物理量容易測量，想辦法進行放大。如老人利用放大鏡看書就是利用光學放大;驗證桌子在壓力作用下會發生微小形變：在一張桌子的兩端分別豎置兩個平面鏡，用一位置固定的激光束射向一個平面鏡，反射至另一平面鏡，另一平面鏡再反射到一刻度尺上，用力壓桌面，我們會發現經過兩次反射照到刻度尺的激光光斑位置會發生明顯變化，證明桌子發生了形變。

（四）模擬原理。模擬原理是某些物理現象不容易或不可能直接顯示出來，我們通過物理模擬后把它們呈現出來，方便學生的理解和學習。比如在學習家庭電路時，由于我們平時很難看到完整的家庭電路的電路結構。我們就可以利用模擬原理把一個完整的家庭電路模擬制作到一個電路板上，讓學生去認識家庭電路的構成和各部分的作用;類似還有高壓輸電的原理模擬;顯示單線觸電、雙線觸電原理模擬;用瓶子、乒乓球、碎石子、沙子模擬分子間存在間隙等。

（五）變換原理。變換原理是變換實驗現象呈現的方式，以另一個角度去展現實驗現象。它是創新性思維的一種體現，也是實驗優化的常用手段。變換的形式有動靜變換、方向變換、平面立體變換、物理尺寸變換等。

動靜變換。如：在實驗優質課比賽中，一選手引入《光的反射》，用一激光去照射平面鏡，經反射照在墻上形成一個光斑。至此評委覺得毫無新意，但選手接著把此平面鏡按在一提前準備好的小馬達上，接通電源，激光照射轉動的平面鏡，經反射呈現在墻上的居然是一個心形，頗為有趣，這便是變靜為動。

方向變換。很多物理實驗受重力影響只能在水平面做，如果變換一下方向，效果就截然不同。比如在做電學實驗時，因為元件受重力影響，我們常在水平桌面上連接電路進行實驗。如果是學生自己實驗倒沒有什么，但如果是演示，那么坐在下面的同學就什么也看不見。可以把實驗優化為在每個元件后加磁鐵，讓其吸附在豎直的磁性黑板上，實驗現象將會非常明顯。

水平立體變換。黑板和紙張都是平面的，導致很多實驗現象常常平面呈現，如果實驗現象本來是立體的，這就增加了學生理解的難度。我們就要想辦法把實驗現象立體呈現。比如磁體周圍存在磁場，用玻璃杯、細鐵屑和磁體很容易呈現平面的磁場分布，但要想立體顯示，就必須克服鐵屑所受重力的影響，我們可以把鐵屑放在液體里，用浮力去抵消重力的影響，進行磁感線的立體呈現。

物理尺寸變換。思路最為簡單，但效果不容小覷。比如：在講《光的色散》時，一教師專門做了一個特大號的三棱鏡，用大功率的老式投影儀燈泡照上去，頓時一條長長的彩虹呈現在整個教室的屋頂，學生們興奮得跳了起來。

總之，在核心素養的新時代，初中物理實驗優化還有很大的空間，沒有最好只有更好，這就需要初中物理教師與時俱進，更新觀念，加強學習，不斷實驗優化，為學生營造理想的實驗效果和愉悅的學習氛圍，提升學生的思維品質，促進學生物理學科核心素養的形成。

參考文獻：

[1] 余文森.核心素養導向的課堂教學[M].上海教育出版社，2017

[2] 李松嶺.物理創新性實驗的六大設計原理[J].物理與工程，2007