課外小組合作實驗：培養(yǎng)物理學(xué)科素養(yǎng)的有效途徑

李芳

[摘? ?要]在實際教學(xué)中，課堂教學(xué)已經(jīng)不能滿足培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的要求，需要通過課外實驗來進一步培養(yǎng)。具體可以從課外小組的建設(shè)、加強實驗培訓(xùn)指導(dǎo)、提供后援保障、設(shè)置合理的實驗內(nèi)容這幾個方面展開，并通過案例證實。文章最后對課外小組合作實驗提出了思考與展望。

[關(guān)鍵詞]課外小組合作;實驗;策略;思考

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）05-0049-03

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，近年來隨著課改的深入對學(xué)生綜合能力的要求越來越高，通過實驗探究可以有效提升物理學(xué)科素養(yǎng)。課堂實驗雖然在一定程度上能提高學(xué)生的科學(xué)思維和實驗探究能力，但它在時間和空間上存在局限性，很難真正達到提升學(xué)科素養(yǎng)的要求，越來越多的中外教育專家發(fā)現(xiàn)課外實驗?zāi)苡行浹a課堂實驗的不足。

一、課外小組合作實驗的意義

1.實驗時間和空間彈性大，有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理思維

在課堂教學(xué)中，教師通過演示實驗、學(xué)生實驗等方式加強學(xué)生對物理概念和規(guī)律的理解，并以此培養(yǎng)學(xué)生的物理思維。但課堂教學(xué)時間有限，大部分學(xué)生只能死記硬背教師講的重難點知識，很難在短時間內(nèi)弄清弄透這些抽象的物理概念和規(guī)律的情況下，更談不上進行物理思維。而課外小組合作實驗，有充裕的時間和空間，讓學(xué)生主動參與其中。學(xué)生通過教師的引導(dǎo)，將課外實驗內(nèi)容與課堂知識相結(jié)合，思考這些實驗的內(nèi)在聯(lián)系，能逐步培養(yǎng)學(xué)生的物理思維。

2.實驗內(nèi)容豐富，有利于提升實驗探究能力

物理課外實驗內(nèi)容豐富多彩，既可以拓展與課堂相關(guān)的實驗，例如再現(xiàn)阿基米德原理、紙鍋燒水、制作浮沉子、制作簡易密度計、組裝直流電動機等，也可以探究全新知識，例如探究物體發(fā)生全反射的條件。學(xué)生通過一段時間的課外小組合作實驗，對資料的查找、實驗方案的設(shè)計、實驗器材的選擇、實驗過程的操作、數(shù)據(jù)的記錄和分析等方面的能力都會有較大的提升。

3.實驗分工明確，有利于培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力

課外實驗不受場地和時間的限制，可以開展一些較復(fù)雜的項目，而在完成實驗的過程中，需要小組成員之間進行合作交流，在合作過程中可以培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作能力，具體表現(xiàn)為：組長需要進行分工，確定資料收集人員、器材準備人員、實驗操作人員、數(shù)據(jù)記錄人員、實驗觀察人員，并組織組員對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，最終得到結(jié)論。在這些活動中，每位成員完成各自的任務(wù)，當(dāng)出現(xiàn)意見分歧時，需要與他人進行交流溝通，將自己的觀點表達清楚并能傾聽別人的意見。在一次次的實驗中，學(xué)生的團隊協(xié)作能力和意識都會有較大的提升。

二、課外小組合作實驗的實施策略

1.課外小組的建設(shè)

課外實驗，有時需要完成較復(fù)雜或需要多人合作的項目，需要建立課外小組。課外小組不同于課內(nèi)小組，不能強迫人人參與，且實驗大多數(shù)在家里完成，老師和家長不一定能全程陪同，在組合小組成員時，除了考慮家庭住址這一因素外，還應(yīng)盡可能讓學(xué)生自由組隊，教師協(xié)調(diào)。一般來說，初二的實驗較簡單，難度也較低，一組2～3人即可，初三的知識容量和難度都有所增加，對實驗的要求也加大了，實驗的難度和復(fù)雜程度都有所提高，這時小組成員可增加到6人，6人中每人都應(yīng)有一定的任務(wù)，分工明確，組長負責(zé)統(tǒng)籌安排。

2.加強實驗培訓(xùn)指導(dǎo)

（1）加強教師培訓(xùn)指導(dǎo)

通過課外實驗的開展可以將教師原來重考試分數(shù)的思想轉(zhuǎn)化為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的思想;通過課外實驗的開展可以改變教師原來注重習(xí)題教學(xué)的舊觀念，轉(zhuǎn)化為自覺引導(dǎo)學(xué)生開展課外實驗的新思想;通過課外實驗還可以改變教師原有的教學(xué)方式，使教師更注重在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗的思想和動手實驗的能力。要讓教師更快地轉(zhuǎn)變思想，就需要加強相關(guān)知識的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，一方面教師自身需要主動學(xué)習(xí)和鉆研，另一方面學(xué)校也應(yīng)該提供相應(yīng)的專題培訓(xùn)、專家講座、課題探討等幫助教師快速提升開展課外實驗的能力。

（2）加強學(xué)生培訓(xùn)指導(dǎo)

學(xué)生在開展課外實驗活動時，需要物理學(xué)科方面的研究方法和技巧，需要知道科學(xué)探究的一般過程，也需要有設(shè)計實驗方案和動手實踐等方面的能力。因此教師在平時的教學(xué)過程中要滲透相關(guān)知識和技能，同時課后應(yīng)舉行專題培訓(xùn)活動。

3.提供后援保障

（1）教師是學(xué)生的第一后援團。學(xué)生在實驗過程中教師應(yīng)該主動關(guān)心學(xué)生的實驗情況，對實驗中遇到的困難，及時指導(dǎo)學(xué)生，排解疑惑。

（2）家長是學(xué)生的第二后援團。一位優(yōu)秀的實驗設(shè)計者擅于利用生活中的瓶瓶罐罐，但有時也需要購買一些半成品，這就需要家長支持，甚至有時還需要家長配合學(xué)生完成實驗，因此家長的理解和支持是學(xué)生能否持續(xù)參與課外實驗的關(guān)鍵因素之一。

（3）學(xué)校是學(xué)生的補給站。有些實驗器材，學(xué)生在家里不一定能找到，在網(wǎng)上也不一定能買到，而實驗室中卻比較常見或數(shù)量較多，這就需要學(xué)校同意學(xué)生課后到實驗室借相關(guān)器材進行實驗。

4.設(shè)置合理的實驗內(nèi)容

初二剛學(xué)習(xí)物理時，適宜開展一些操作簡單、淺顯易懂的實驗。例如觀察固體擴散現(xiàn)象、制作魔術(shù)箱、自制測力計、自制指南針、制作水果電池、密度計、針孔照相機等。初二下學(xué)期，可以脫離課本，開展較為復(fù)雜的實驗，例如自制風(fēng)力發(fā)電機、用礦泉水瓶手工制作水位差動力船等，這些實驗中，有些原理學(xué)生可能還沒學(xué)過，但可以利用網(wǎng)絡(luò)查找相關(guān)資料信息。

三、課外小組合作實驗的實踐案例

在學(xué)習(xí)了氣體壓強后，為使學(xué)生進一步感受氣壓的巨大威力，筆者布置了一個課后小實驗，制作“水火箭”。這個實驗筆者只提供一個實驗名稱，接下來全部由學(xué)生獨立完成。

1.學(xué)習(xí)階段

在得到任務(wù)后，各小組利用假期時間制作“水火箭”，有的小組組長到網(wǎng)上搜索了相關(guān)資料后，對組員進行“科普”，也有的小組每人回家自己搜集資料，然后討論下一階段的任務(wù)。不管是哪種方式，學(xué)生在搜集、討論的時候，已經(jīng)在不知不覺中將學(xué)到的物理相關(guān)知識都應(yīng)用起來了，他們在查找資料的過程中，知道了“水火箭”需要巨大的氣壓來產(chǎn)生動力，也知道了“水火箭”與一般火箭升空原理都是力的相互作用，不同的是動力來源不同，水火箭是靠水的反作用力，而普通火箭是靠氣體。通過活動引導(dǎo)，學(xué)生對“力的作用是相互的”這句話的理解會更直觀，也更深刻。

2.準備材料

此實驗材料，有的學(xué)生是用家里喝剩的可樂瓶、木塞和打氣筒進行實驗，也有的學(xué)生在網(wǎng)上查到了現(xiàn)成的半成品材料，并得到了家長的支持，在網(wǎng)上購買了相關(guān)器材。

3.制作過程

學(xué)生利用空飲料瓶，將兩個飲料瓶底切掉，用膠帶將兩瓶底對接，然后對“水火箭”進行外觀處理。在制作的過程中，明顯感覺到男生的動手能力要強于女生。動手能力要求較高的課外合作實驗，幾乎都是以男生為主進行實驗操作的，這也可以看出男女生在一些領(lǐng)域中確實存在差異，教師在對學(xué)生進行總體評價時也需要考慮這些因素。

4.成果展示

“水火箭”發(fā)射時需要將適量的水灌入火箭筒里，倒扣在發(fā)射架上，一位學(xué)生負責(zé)打氣，另一位學(xué)生負責(zé)控制發(fā)射開關(guān)。在發(fā)射火箭時，有的小組沒有將瓶口完全密封，導(dǎo)致漏水漏氣，不能發(fā)射;有的小組，打氣的學(xué)生與發(fā)射的學(xué)生沒有配合好，沒能把握好最佳發(fā)射時刻;還有的小組發(fā)射角度沒調(diào)整好，發(fā)射的火箭，不是不夠高，就是不夠遠（如圖1、圖2）。學(xué)生在歡快的氣氛中既動了手，又觀察到了現(xiàn)象，并根據(jù)現(xiàn)象不斷調(diào)整自己的操作。在此過程中，學(xué)生的觀察能力和操作能力都有一定的提升。

5.拓展提升

學(xué)生在展示自己的火箭時玩得不亦樂乎。筆者發(fā)現(xiàn)，即使同一個火箭，其射程相差也比較大，由此引導(dǎo)學(xué)生們繼續(xù)探究影響火箭射程的因素有哪些。這個探究，在沒有任何提示的情況下，對初二學(xué)生來說有點難度，但意外的是，很多組都能很好地完成探究任務(wù)，有些組還設(shè)計了表格（如表1、表2），并得出了結(jié)論。盡管學(xué)生在探究的過程中出現(xiàn)了一些操作不太嚴謹?shù)葐栴}，但他們在探究的過程中逐步掌握了科學(xué)探究的一般過程，而這些科學(xué)探究能力的鍛煉是課堂實驗無法達到的。

四、思考與展望

1.要切實轉(zhuǎn)變觀念，落實物理核心素養(yǎng)

當(dāng)今世界，國家與國家的競爭歸根到底是人才的競爭，而人才的競爭實際上是創(chuàng)新能力的競爭。之前通過刷題的方式來提高學(xué)生成績的方法，已經(jīng)越來越不適應(yīng)時代的需求，物理教師必須切實轉(zhuǎn)變觀念，在教學(xué)中注重實驗與創(chuàng)新，這樣才能有效培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

2.要克服實際困難，有效開展實驗活動

在開展課外小組合作實驗時會遇到各種各樣的困難，如家長不理解、器材缺少、實驗安全等問題，這需要教師在開展活動前做好充足的準備，多跟家長和學(xué)生溝通，得到他們的認同。同時在設(shè)計實驗時要盡可能預(yù)設(shè)一些存在的問題并設(shè)法解決，做到科學(xué)合理且有效地開展實驗活動。

3.要加強家校聯(lián)動，開發(fā)綜合教育資源

學(xué)生的課外實驗，離不開學(xué)校、家長的支持，需要學(xué)校或家庭提供必需的實驗環(huán)境和條件，如學(xué)校實驗室的開放，家庭中某些生活用品，甚至需要家長共同參與實驗活動。越是多方積極配合，越有利于學(xué)生參與課外小組合作實驗，就越能培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 周小廣.開展綜合實踐活動 發(fā)展學(xué)生物理素養(yǎng)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019（8）：11.

[2]? 孟富林.開展物理課外實驗，提升學(xué)生核心素養(yǎng)[J].湖南中學(xué)物理，2019（7）：5-6.

[3]? 俞春娜.讓學(xué)生在活動中享受實驗：小組合作下的科學(xué)課外實驗開展的策略初探[J].科學(xué)文匯（中旬刊），2016（5）：122-123.

（責(zé)任編輯 易志毅）