在探究性實驗中培養物理學科素養

【摘 要】探究性試驗是一種鍛煉學生思維能力的試驗，它可以開發學生思維，培養學生的思維能力，讓學生以客觀理性的態度去看待問題，同時還可以提升學生的實踐能力，讓學生深入理解相關知識，更好地提升學生的物理學科素養。本文以“摩擦力”的教學為例，主要探究了在探究性實驗中培養物理學科素養的策略。

【關鍵詞】探究性實驗;學科素養;初中物理;摩擦力

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2021）22-0092-02

物理的科學思維要求學生具有構建模型、科學推理、科學論證等能力。為更好地培養學生的學科思維，教師可以結合一定的物理實驗，讓學生在實驗操作中體會物理學科的內涵與特質，逐步培養學生的科學思維能力和物理綜合素養。

1? ?觀察演示實驗，發現問題

物理演示實驗是最基本的實驗，它可以幫助學生直觀地感受物理知識。教師可以通過物理演示實驗來引導學生發現物理問題，這樣能夠豐富課程教學內容，激發學生的學習興趣，促使學生更加積極地學習物理[1]。

如摩擦力探究性實驗中，教師會發現部分學生對摩擦力的概念及作用沒有掌握清楚，他們很難理解摩擦力是如何出現的，是如何起作用的。對此，教師可以引導學生一起觀察摩擦力的演示實驗。學生通過演示實驗最先會發現這樣的現象：斜坡上的小木塊從一定的高度下滑時會自行停止，但是不同斜坡上小木塊停止的位置不一樣。有的學生還會發現：相同條件下，不一樣的木塊停止的位置不一樣。細心的同學會提出“木塊為什么會停止”這個基本的問題。這樣，通過演示實驗學生就能將與摩擦力有關的問題梳理出來，同時其好奇心也能被調動起來，能使其全身心投入到物理知識的學習中。通過這樣的互動，學生對物理的認知就不在是淺顯的，而是結合了具體內容、形象生動的，學生也會更加熱愛物理學習，這樣的教學方式有利于學生轉變學習思維，使學生主動去探尋物理知識，而不是被動接受，進而達到提升學生學科素養和學習效率的目標。

物理演示實驗除了激發學生的學習興趣，調動學生學習的積極性外，還可以生動有趣的展示物理知識，讓學生切身感受物理知識的魅力，并對這些知識產生疑問，引導學生主動去探索和驗證，這樣學生的物理實驗能力和物理觀念都會有很大提升。

2? ?聯系實際生活，提出猜想

生活中處處蘊藏著物理知識，教師可以聯系實際生活中的例子來引導學生，讓學生主動提出猜想，分析為什么會有這樣的現象，這些現象的背后又蘊藏著哪些物理知識。這樣，學生對物理的認知會更加深入[2]。

在摩擦力的探究性實驗中，教師發現有的學生通過演示實驗對摩擦力有了一個較為清晰的認知，但依然不清楚摩擦力跟什么因素有關，更不知道如何驗證。對此，教師可以列舉生活中的現象，通過解釋相關現象的原理來幫助學生理解摩擦力的相關知識。教師可以提示學生關注生活，“同學們喝的飲料塑料瓶蓋上有一些豎紋;冬天下雪的時候，汽車會安裝防滑鏈;同學們上學騎的自行車輪胎上有花紋，而輪胎里面安裝了滾動軸承”等。學生經過自主探索就能發現：生活中人們多是通過增加接觸面的粗糙程度來增加摩擦力;而體育運動中的冰壺運動則是減少接觸面的粗糙程度來減少摩擦力。這樣學生自己會形成對摩擦力的認知，從而能提出合理的猜想：摩擦力與物體的接觸面有關，接觸面越光滑，摩擦力越小。這樣學生就會提出相應的假設來進驗證自己的猜想。

除了讓學生通過聯系實際生活加深對物理的認知以外，教師還可以引導學生把物理知識運用于實際生活。同時，這種學習方法也可以提升學生的邏輯思維能力，讓學生在扎實的知識基礎上學以致用。

3? ?根據現有器材，設計實驗

學生提出合理猜想后，就可以根據現有的實驗器材設計實驗進行驗證，通過分析和討論寫出完整的實驗步驟。這樣不僅可以讓學生學會自主實驗，更能培養學生良好的思維習慣和思維方式，培養其嚴謹的科學態度。

在設計摩擦力的驗證實驗時，教師會發現一些學生能夠進行合理猜想卻無法自己設計一個驗證摩擦力大小的實驗。這是因為初中生的邏輯思維能力不強，且缺乏相關的實驗經驗。為了強化學生的實驗能力，教師可以從演示實驗入手，讓學生觀察演示實驗來理清思路，分解實驗步驟，學會科學實驗的方法。學生通過觀察演示實驗能明確實驗器材、實驗過程、實驗目標及注意事項，進而能夠模仿演示實驗設計出自己的驗證實驗：取三個表面光滑，形狀、體積、大小完全相等的小塊，在三塊除表面光滑程度之外其余條件完全相同的木板上滑行，觀察三個小塊的滑行情況，記錄實驗結果并分析討論。

這樣學生不僅能在自主設計物理實驗的過程中積累了實驗經驗，更能在交流、實踐、試錯中形成縝密的邏輯思維，同時也可以切實感受物理實驗的魅力，能夠激發物理學習興趣，更好地學習物理。

4? ?抓住實驗偏差，深度探究

實驗在實際操作過程中可能會出現一些偏差，教師要讓學生在實驗過程中仔細觀察，及時發現其中的異常，然后組織學習小組進行討論和探究，分析問題并提出解決方案。這樣學生對物理實驗的認知會更加深入。

如摩擦力的探究性實驗會出現各種偏差現象，其中比較常見的有以下幾種：同一個木塊在同一塊木板上多次滑動，停止后滑行的距離差異過大;不同的木塊在不同的木板上滑行，停止后滑行的距離相等;同一個木塊在不同的木板上滑行，停止后滑行的距離相等。學生進行深度探究后發現，由于實驗器材和實驗條件的簡單，導致木板傾斜的角度每次都會出現一定的偏差，進而導致實驗出現各種異常。

通過這樣的深度探討，學生能領會物理實驗需要嚴謹的態度，實驗的操作步驟必須嚴格按照要求進行，同時也可以體會到物理學科的嚴謹態度和科學素養，提升學科素養。

5? ?分析數據現象，總結規律

在進行探究性實驗之后，教師可以指導學生根據已有知識基礎對實驗數據進行分析、探究和總結，找出其中蘊藏的物理原理。這樣學生的分析能力和邏輯思維能力會得到很好的鍛煉，同時也能鞏固物理知識，提升學科素養。

在完成摩擦力的探究性實驗以后，為了提高學生的歸納總結能力，教師可以讓學生以收集到的實驗數據和觀察到的實驗現象為依據，嘗試自主歸納摩擦力的相關規律。通過分析討論，學生會發現：相同的小木塊在傾斜角度相同的木板上滑行的距離不同。這是因為木板和木板之間是有差別的：有的木板摸上去比較光滑，而有的木板摸上去比較粗糙。這就表明摩擦力的大小與木板的粗糙程度有關，而這一結果延伸到物理中就是物體之間接觸面的粗糙程度能影響摩擦力的大小。物體之間接觸面粗糙程度越大的摩擦力越大，反之則小。對實驗數據和現象進行分析、歸納進而發現規律的過程是學生鍛煉自身的分析能力和邏輯思維的過程。通過分析探究，學生能夠掌握推導物理規律的基本方法，對物理知識的認識也會更加深刻，自身的學科素養也會得到提升。

通過探究性實驗來培養學生的物理學科素養不僅不會引起學生對物理學習的反感，還可以通過實驗給學生帶來生動的物理學習體驗，激發學生對物理學習的興趣，讓學生通過實驗養成理性、嚴謹的科學思維，有利于提升學生的物理綜合素養。

【參考文獻】

[1]周新林.基于學生物理學科核心素養的培養——初中物理實驗復習的實施方案[J].中學理科園地，2016（4）.

[2]王悅.基于物理學科核心素養下的初中物理實驗教學研究[J].中國校外教育，2020（6）.

【作者簡介】

謝飛（1983～），男，湖南寧鄉人，本科，中學一級教師。研究方向：初中物理。