核心素養背景下對初中物理實驗教學的思考

湯國軍

(江蘇省蘇州工業園區星瀾學校 215121)

實驗教學是初中物理教學的核心組成部分，離開了實驗初中物理教學將寸步難行.在不同的教育理念與教育背景之下，對實驗及實驗教學的理解是不同的.課程改革之前的初中物理教學中，實驗教學的目的是為了讓學生更好的掌握物理概念或者規律；課程改革的過程中，實驗教學多了一項功能，這就是其成為科學探究的關鍵要素，于是實驗教學的目的除了幫學生建構物理學科知識之外，還支撐著學生物理學習的方式；課程改革已經推進了二十多年，眼下的階段被稱為課程改革進入了深水區，在這樣的背景之下，核心素養的概念被提了出來.于是初中物理教師就面臨著一個新的課題：在核心素養的背景之下，在初中物理教學之中，對實驗教學應當有什么樣的新的理解？帶著這個問題，筆者結合日常的實驗教學進行了深度思考，取得了一些新的認識.再次總結出來與同行分享.

一、核心素養對初中物理實驗教學提出的新要求

從歷史銜接的角度來看，筆者將研究的視角放在課程改革的這段視域當中.這是一個前后銜接的階段，對實驗教學的理解既能承上又能啟下.關于實驗教學與核心素養之間的關系，一般認為實驗教學與實驗探究是初中物理教學中培養學生學科核心素養的重要方式，物理教學中有效組織實施實驗探究，能促進中學生科學素養的提升.同時也有人認為，科學探究(其核心就是實驗探究)是一種學習科學知識、發展科學思維、形成科學態度的手段和途徑，也有利于物理觀念、科學思維、科學態度與責任等素養的培養.需要注意的是，這樣的認識是建立在對實驗教學與核心素養關系梳理的基礎之上，并不意味著實驗教學就能夠自然促進學生核心素養的高效養成.因此筆者認為，在核心素養的背景之下，要對初中物理實驗教學的新要求進行認真梳理，只有抓住了這些新的要求，才能在實驗教學的過程中真正做到提綱契領、綱舉目張.

筆者通過努力，梳理了這樣的三條認識：一是實驗教學設計時應當有明確的物理學科核心素養要素；二是實驗教學實施時應當有明確的物理學科核心素養脈絡；三是實驗教學評價時應當有明確的物理學科核心素養指標.

這三條認識分別從實驗教學的設計、實施與評價三個角度，提出了在核心素養的背景之下對實驗教學的優化思路.這個思路本質上是將實驗教學與核心素養的關系進一步明確，即只是后者實現的途徑，后者是前者努力的目標.

二、從物理核心素養的落地談初中物理實驗教學

基于上面三條認識，教師就可以在物理學和核心素養的環境之下，著手研究初中物理實驗教學.這里需要提醒的是，實驗教學的主體是學生，核心素養是學生的核心素養，因此實驗教學不能離開學生這個關鍵角色.在實驗教學中要強調從原點開始，從學生出發，注重體驗過程，以喚醒學生的“主體意識”，這樣才能促進學生的思維發展，提升學生的學科核心素養.

例如，在“壓強”概念的教學中，要通過“壓力的作用效果”建立起壓強的概念，就需要通過實驗讓學生認識兩點：一是壓力的作用效果有哪些？二是壓力的作用效果與哪些因素有關？

傳統的教學中，教師的思路往往是這樣的：給出壓力的概念——讓學生知道壓力可以使物體發生形變——用壓力小桌完成實驗.從知識生成的角度來看，這樣的教學設計簡潔高效；從學生的角度來看，這樣的教學設計忽視了學生的認知，無法解決學生在學習過程中遇到的問題，因而建立起來的壓強概念實際上并不牢固.筆者在優化教學設計的時候，一方面思考學生已經掌握了的相關知識，另一方面思考實驗在此過程中能夠發揮著作用，當然不能忽視的一點，就是這樣的教學過程可以培育學生的哪些物理學科核心素養.

分析表明：正在學習壓力之前已經學過了力的概念，而且通過大量的運用，學生已經知道了壓力屬于彈力的一種，而既然力的效果是使物體發生形變、改變物體的運動狀態，那壓力的作用效果自然也是這兩者.于是在學生的學習過程中，自然就會產生一個問題：為什么不用物體運動狀態的改變來衡量壓力的作用效果呢？在學習的過程中學生還會產生一個問題：同樣一個力壓在軟硬不同的兩個物體之上，形變程度是不一樣的，這明顯是“壓力作用效果不一樣”，為什么偏偏要說壓力作用效果與被壓的物體無關呢？(這實際上是一個錯誤的前概念.)

這些問題都是學生在學習過程中自然會產生的問題，對這些問題的回答不宜回避，而應當通過實驗的設計來化解學生的疑問.于是筆者設計了這樣的實驗教學過程：

實驗1：首先幫學生回憶力的作用效果(具體略)，然后演示兩種情形：物體在壓力的作用下發生形變；物體在壓力的作用下運動狀態發生改變.

此時學生建立起來的關于壓力作用效果的兩種認識是均衡的.然后教師再演示幾種情形：在壓力的作用下粉筆斷成兩半；在壓力的作用下課本發生彎曲；在壓力的作用下肌肉發生凹陷……這些都是隨手可做的小實驗.在做這些小實驗的基礎上，通過圖片向學生展示生活中因為壓力而產生的好的一面，如萬噸水壓機，以及不好的一面如路面被破壞、橋梁垮塌、車輛碰撞變形等情形.通過這些信息的輸入，學生就會認識到壓力使物體發生形變這種更為常見的情形，因此值得研究.

這實際上是一個無形的引導過程，同時也是物理觀念中的“相互作用”觀念的滲透；這些例子的列舉，同時也培養了學生的思維能力(分析與綜合)，這也就對應著物理學和核心素養中的相關要素.

實驗2：在猜想壓力作用效果與哪些因素有關的過程中，為了校正學生的錯誤前概念.筆者設計了這樣一個實驗：同樣的一個鉤碼盒，分別壓在木板和海綿上，讓學生觀察不同的現象.在學生說出錯誤的判斷結果之后，反問學生：海綿形變更加明顯，是不是就可以認為壓在海綿上的作用效果更明顯？這里就需要梳理一個邏輯關系(對應的正是物理學科核心素養中的科學思維)：物體的形變反映了壓力的作用效果，衡量壓力作用效果的時候，選用硬度相同的物體來比較才是科學的；同時，從邏輯上來看，“壓力的作用效果”只與壓力(施力物體)的要素有關，而不會與受力物體有關.事實證明，通過這樣的實驗加上邏輯梳理，就能夠有效的矯正學生的錯誤前概念.

實驗3：利用控制變量法設計壓力小桌實驗.

這個實驗在傳統教學中重視程度較高，核心在于控制變量法的運用，由于學生已經具有了一定的先前經驗，加上這部分內容的教學教師往往是得心應手，因此此處不再贅述.

三、實驗教學促進學生物理核心素養落地的思考

大量的教學實踐表明，實驗教學既是物理學科核心素養落地的重要途徑，同時又是核心素養的重要組成部分.通過實驗教學來促進物理學科核心素養的落地，最關鍵的需要教師在教學的過程中進行理論與實踐的整合.

理論的研究包括核心素養理論的學習以及對教材的理解，精致解讀教材，豐富探究過程能有效促使學生在原有認知的基礎上獲得知識的提升和能力的發展，學生解讀教材文本的過程中能夠實現將物理觀念與探究目標相聯系，同時學生在探究活動中能夠發展其解決問題、思考問題的能力，能正確地認識科學本質，促進核心素養的落地.而從實踐的角度來看，積極踐行核心素養背景下實驗教學的思考，然后付諸于教學實踐，同時進行有效的教學反思，就可以在積累經驗的同時提升教學經驗，并將教學經驗化為后續教學的智慧.

總而言之，核心素養背景下的實驗教學需要賦予新的內涵，優化實驗設計已讓物理學科核心素養得到更好的培養，是當前每一個初中物理教師需要努力的方向.明確了這個方向，堅持理論與實踐的聯系，就可以保證核心素養落地的途徑是正確的、可行的.