基于提升核心素養的實驗教學優化

薛勇琴 黃樹清

摘? ?要：隨著物理學科核心素養的提出，初中物理教學迎來了巨大的挑戰。在初中物理實驗教學中，教師應致力于培養學生的核心素養。本文以“探究光反射時的規律”實驗為例，介紹優化實驗教學的三個途徑，旨在提升學生的核心素養。

關鍵詞：核心素養;實驗設計;實驗器材;光的反射

2017年新修訂的《普通高中物理課程標準》，在前一輪課改“三維目標”的基礎上，提出了“核心素養”。新一輪提出的“核心素養”可以更好地彌補過去教育中的不足，更適合當今社會的發展，也更符合現在學生的學習需要。物理學科核心素養由物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任4個維度構成。物理教學離不開實驗，實驗可以激發學生的學習興趣、使抽象的知識變得具體，是初中物理教學的重要內容，同時也是提升物理學科核心素養的關鍵內容，尤其是在提升學生科學思維與科學探究兩個方面[ 1 ]。

筆者就以八年級人教版第四章第二節中“探究光反射時的規律”實驗為例，談談如何優化實驗教學，促使學生的學科核心素養得到進一步發展。

1? 優化實驗器材，重視學生主體

學生是學習的主體，教的行為、學的行為都應該圍繞發展學生個性需要和社會需求而開展。在傳統的實驗中，學生主要是扮演“配角”，由教師負責安排好實驗的每個細節，包括直接給學生提供實驗中所需要的實驗器材，這往往會導致學生感到枯燥，注意力無法集中，極大地阻礙了學生自主學習能力的培養。因此，在實驗教學中，突出學生主體地位尤為重要。可以先由學生親自選取實驗所需的器材，促使師生一同經歷，體驗原有實驗器材的不足，從而引導優化實驗器材，這樣不僅能實現自主，合作，還能提高學生的實驗探究能力，養成良好的科學態度與責任。

在人教版初中物理教材中，“探究光反射時的規律”是第四章第二節的學習內容。學生已經學完了光的直線傳播相關內容，奠定了探究光的反射實驗的知識基礎。

例如，在實驗開始之前，教師讓學生自行思考并選取“探究光的反射規律”所需的實驗器材，學生會根據上節課光的直線傳播的知識基礎，自然而然選取激光筆、平面鏡以及光屏進行實驗。

教師引導學生觀察實驗現象，學生發現問題：“利用光屏很難觀察到反射光和入射光的位置”，如圖1所示。經過學生的討論分析得出，光屏的作用是承接光路，因為光路在空氣中無法明顯顯示出來。但是實驗發現光屏的效果也不是很明顯，所以應該選取別的儀器替換掉光屏。

教師指出那能否讓光路在空氣中直接顯現出來，引發學生思考，之后教師給學生科普丁達爾效應。只要在空氣中加入直徑小于可見光波長的微粒，就能在空氣中看到光路。

此時教師引入噴霧儀，并向學生演示用噴霧呈現光路，如圖2所示。噴霧儀可以形成細微的水霧，光線就可以呈現在我們的立體空間當中。

教材中的利用光屏呈現光路的方法，將光線局限在二維空間中，而且需要耗費較長時間調整光屏的位置，實驗效率較為低下。優化后的實驗器材，利用噴霧儀可以清楚地觀察到光線的位置，而且突破了二維平面的局限。實驗操作簡單，提高了學生的學習積極性與實驗參與度。

與學生共同體驗實驗器材的優化過程，在真實場景中，根據觀察到的現象引發思考，學生得以自己體驗分析。在優化器材的過程中學生主動經歷了思考、分析等思維過程，發展了分析思維。讓學生主動融入，積極思考，主動探究，注重學生的主體地位，有效地導向學生核心素養的提高。

2? 優化實驗方案，培育科學思維

在人教版八年級物理第四章第二節“光的反射”中，教材對于“探究光反射時的規律”的實驗安排如圖3所示[ 2 ]。

例如，“法線的引入”是探究光的反射規律實驗中重要的一環。課程標準要求“了解法線、反射角、入射角等含義”其中法線的引入對于學生比較抽象，而教材中在直接給出法線概念，這種編排缺乏實驗輔助，學生無法體會引入法線的必要性，不利于學生的理解消化。

而且，教材中的實驗編排是先探究反射角和入射角的大小關系，之后再探究三線是否共面。這不符合學生的認知構建，沒有遵循認知規律，學生是無法理解為何實驗最后要探究三線共面，這樣會阻礙了學生科學思維的提高。因此應該調整優化實驗方案，對此進行突破，符合初中生認識客觀世界的特點，提升科學思維。

因此，筆者將實驗重新進行編排，如圖4所示。

本實驗的方案設置為：首先實驗前引導學生觀察實驗現象，辨識事實，形成自己的思考;接著通過實驗探究反射光所在的位置，從三維空間縮小到二維平面，為了確定該平面，由此引入法線概念，加深學生理解物理現象背后的本質;然后為了進一步確定出反射光所在的位置，從而引入反射角與入射角概念，通過一步步的引導促進學生不斷深入思考;最后對實驗結果進行總結，促使學生進一步鞏固實驗，思維得到不斷發展。

通過實驗方案的優化，讓學生在實驗探究中體會到引入法線、反射角和入射角概念的必要性，親身經歷反射光的位置從三維空間縮小到二維平面，再從二維平面到確定位置的實驗過程，使學生從觀察到逐步深入探究，思維不斷進階，有意識地培養學生的科學思維能力，從而進一步發展提高學生的核心素養

3? 設置問題環節，提高探究能力

教師在進行實驗教學前，應先根據具體的教學目標設計實驗內容，確定問題的設置環節。合理的問題設置可以幫助學生的認識逐漸深入提高，使學生在有序進行實驗探究的同時，掌握學習方法，形成主動探究意識，提高探究能力。

例如，在本次探究光的反射規律實驗中，教師可圍繞以下提出的3個問題，幫助引導學生進行實驗探究。

問題1：通過觀察，若已知一條入射光，能否快速判斷出反射光的位置？

學生通過觀察光的反射現象，進行思考討論。教師可以鼓勵學生進行大膽的猜想并引導學生可以用實驗來進行探究。

由此，引入本節課的實驗目的“探究光的反射規律”。

問題2：我們知道光的反射是發生在整個空間中的，空間是由無數個平面組成的，那反射光是在那個平面或者哪幾個平面呢？

根據問題2，學生通過不斷改變入射光的位置進行實驗探究，最后得出一條入射光對應一條反射光，而且反射光和入射光始終在同一平面。為了確定該平面，由此引入法線的概念以及光路圖模型。

問題3：平面是由無數條直線組成的，那能否進一步將反射光的位置縮小呢？

為了更好的進行實驗探究，學生依據已有的數學幾何知識，提出可引入角度來解決。從而自然而然的引入入射角和反射角概念。之后，學生通過探究角度關系，進行進一步的實驗探究。經過探究得到反射角等于入射角。至此，確定出反射光所在的位置。學生在教師引導下，對實驗探究得到的結果進行總結歸納，得到光的反射定律。

循序漸進的問題設置，促使學生的思維火花不斷激發碰撞，讓學生在實驗過程中，形成主動探究的意識，穩步提高實驗探究能力，落實核心素養下的實驗教學。

4? 結束語

實驗教學在初中物理教學中充當著特別重要的角色。優化的實驗教學，能夠讓學生自主參與到實驗探究中，學生不斷地思考，不斷深入實驗，有效地提升了科學思維與探究能力，從而達到發展學生學科核心素養的目的。

參考文獻：

[1]周緒桂. 優化物理實驗教學? 提升學生核心素養[J]. 物理通報，2020（5）：48-50.

[2]郭培東. 優化教學設計 培養科學思維——以“探究光的反射規律”教學為例[J]. 中學物理教學參考，2019，48（ 5）：26-28.