核心素養下非常規實驗在初中物理教學中的應用

■山東省淄博市淄川實驗中學 李 燕

初中物理學科是以實驗論證為依據，進而獲得科學規律的理性學科。在新課改的時代背景下，教師的教學理念也不斷與時俱進，從提升學生的學科成績，轉變為發展學生的核心素養能力。所謂核心素養能力，是指在長遠發展和終身發展的各種活動參與中能具備的品格和關鍵能力，包括知識、情感、技能、態度和價值觀等方方面面。教學目標和教學理念的改變，必然需要對應的教學方法的創新實踐。本文將結合實踐經驗，從核心素養培養的角度對非常規的實驗教學展開簡要的分析論述。

一、初中物理實驗教學核心素養概念的簡要解讀

初中物理是一門自然學科，主要研究物質本身、物質之間的相互作用、物質運動規律等方面的內容。自然學科的教學活動，整體的教學目標也就是全面培養學生的科學素養，而非是簡單地記住某一個公式和定律。這些科學知識的總結歸納，本身就是人們在長期的生活實踐探索中逐步形成的系統的、理論的、正確的認知。因此，在提出新課改的理念后，在眾多教育專家的精心研討下，明確物理學科的教學內容主要圍繞邏輯思維、教學表達和實驗基礎而展開，同時，提出物理觀念、科學思維、實驗探究和科學態度和責任四個方面的核心素養培養目標。物質決定意識，實踐是一切發展的根本。因此，實驗教學是重要的教學手段，是引導學生在實踐探究和自主成長中實現創新精神、質疑精神、合作意識、實踐能力、科學態度等多方面能力的有效途徑。

二、初中物理教學中的常規實驗和非常規實驗

所謂實驗，就是為了論證某一結論，利用特定的設備和儀器，創設一定的情境環境，借助對某些研究對象的把控和改變，從觀察現象，得出結果，進而獲得科學規律。

過去，受到教學觀念落后、教學儀器缺乏等因素的影響，初中物理實驗教學長期存在著教學內容狹窄、實驗情境創設不符合標準、強調展示性而非實踐性、強調學術性而非生活性和創新性等方面的問題。隨著新課改的深入，物理教學研究的深入，教研專家從課程資源的廣義角度，結合開發和利用兩個方面，提出了“常規”物理實驗和“非常規”物理實驗兩種教學發展模式。

“常規”物理實驗是指借助學校特定的教學設備和器具，遵守嚴格的操作步驟，進行外在環境的人為改變而展開的實驗活動。這種實驗活動中，學生只參與其中的操作環節和論證環節。相對而言，“非常規”物理實驗是借助生活環境中更廣泛的材料、器具和物品等資源設備，進行實驗器具的自主研制，進而展開的實驗活動。由此可知，“非常規”實驗的特點比較明顯，材料高度生活化，實驗操作簡單，實驗自創性強。從整體的物理學科而言，“常規”和“非常規”二者之間是相互融合、相互補充的，共同構成完整的實驗教學體系，從而引導學生實現物理學科素養的全面培養和提升。然而在當前的教學改革環境下，非常規物理實驗的價值更加突顯。首先，“非專業”化的資源配置，將更多的生活內容引入其中，隨處可見的各種器材，乃至人體本身，對提升學生的參與興趣，促進學生的思維發散都有重要的作用。其次，“非常規”實驗的實驗步驟和實驗方法，并沒有現成的標準模型可借鑒，有利于學生在自主性實驗中獲得深刻的參與樂趣，并深化觀察能力和創新思維。除此之外，在選拔性的考試活動中，全面考查學生的實驗能力成為趨勢，主要就是借助簡單的、生活化的、設計性的實驗判斷學生在不同情境下獨立解決問題的能力和遷移能力。這些實驗通常就是新穎的、非常規的，體現了對學生思維廣闊性、敏捷性的考查要點，也能有效反應學生的動手操作能力和基本實驗技能的掌握程度。基于此，為了切實提升學生的核心素養能力，教師要高度重視非常規物理實驗的有效應用。

三、初中物理非常規實驗教學的運用策略

非常規物理實驗通常是依據當時教學環境的現有條件，充分借助生活中的各種簡易物品，靈活展開實驗活動的過程。目前，這方面的課程資源尚不豐富，并沒有固定的模式可以借鑒。基于此，教師要認真分析具體情況，才能實現非常規實驗教學的有效開發和高效運用。

（一）在導入環節，借助非常規物理實驗，激發參與興趣

從生活中進行實驗器材的選擇，是非常規物理實驗的重要特征。同時，借助生活化的物理情境，并引導相關的動手實踐操作，是調動學生生活經驗，提升參與興趣的重要途徑。在長期的傳統教學環境中，部分教師的教學思維逐漸固化，知識引入通常就是借助情境環境的語言描述或視覺刺激，嚴重影響學生的全面參與程度。在任何的學習活動中，學生的主體地位都必須得到尊重和落實。基于此，教師可以借助非常規物理實驗，激發學生的學習興趣。

比如，在“物體間力的作用是相互的”知識學習中，教師可以開展這樣的實驗活動。學生一只手握住鉛筆的一端，將筆尖壓向另一手指，很容易體驗到施力物體對受力物體的作用。如此一來，學生對物體之間力的相互作用產生初步理解，并產生這種相互作用是否具有普遍性的疑問，從而激發學生對這一知識點的探究興趣，還為下一步對壓強的學習做好了鋪墊。

（二）在論證環節，借助非常規物理實驗，提升思維能力

實驗活動可以貫穿在物理教學的各個環節。在論證某一規律或定理時，物理實驗是必不可少的操作步驟。一些容易操作的、對實驗器具要求不嚴格的驗證活動都可以借助非常規物理實驗完成。這也是豐富課堂資源，鍛煉學生動手操作能力，提升教學效率的必然選擇。基于此，教師可以借助非常規物理實驗，提升學生的思維認知能力。

比如，在摩擦力的知識學習中，分析摩擦力的影響因素。結合日常生活經驗，學生提出接觸面粗糙程度不同會影響摩擦力大小的猜想和假設。為了使學生真正實現“做中學”，深刻理解相關的知識，教師可以組織這樣的非常規實驗，選擇兩個在容積大小方面完全相同的玻璃杯，其中一個在杯面添加清潔劑。學生兩手各拿一個空玻璃杯，在空中保持一致的高度。之后，其他學生同時向這兩個杯子中按照相同的速度添加水，進而發現兩個杯子在下落程度方面出現明顯的差異。在此基礎上，學生分析證據、原理，進而得出正確的結論。

（三）在練習環節，借助非常規物理實驗，促進全面發展

實驗是物理學科的靈魂，物理學科核心素養之間也是相互影響和相互促進的關系。練習活動是鞏固學生知識成果，進一步促進學生思維靈活發展，實現知識多元融合的必然手段。傳統的物理練習，通常都是紙上談兵，具有一定的理論局限性。非常規物理實驗在材料準備和操作過程中都具有簡潔性和便捷性。因此，在新課改教學模式如火如荼的探索實踐中，將非常規物理實驗引入練習環節，是促進學生核心素養全面發展的必然選擇。

比如，在杠桿知識練習中，教師可以引導學生結合生活經驗，自主設計一個非常規實驗，進而完成材料選擇、器具制作、過程論證、結論總結、經驗分享各個環節。在這個過程中，學生的物理實驗素養和生活應用素養都得到有效鍛煉。需要注意的是，實驗設計必須充分考慮安全性和易于操作性。

四、初中物理非常規實驗教學的注意事項

（一）堅持學生主體原則，給予科學恰當的指導

學生是學習活動的主體，必須全面參與非常規物理實驗活動。從實驗設計，到實驗操作以及結論分析，每一個環節都不可缺少。這樣學生才能真正理解物理實驗的內涵，獲得全面的核心素養培養。同時，初中學生正處在物理啟蒙階段，動手動腦，全方位的實踐參與，也有利于激發其學習興趣，豐富其學習閱歷。傳統的教師主導的實驗教學具有很大的局限性，影響學生的自主發揮和表現。同時，非常規實驗具有組織操作的方便性，為學生的全面實踐參與提供了可能。因此，教師要特別重視和落實學生的主體原則，給予各方面的參與引導。

首先，初中生在物理實驗方面的實踐參與經驗相對較少，對常用的實驗方法也缺乏足夠的了解，因此在提出實驗假想方面通常是毫無思路。教師要給予這方面的指導和啟發，進而學生才能結合生活經驗，提出相關的實驗建議。一般而言，常用的實驗方法如下。在物理學中，控制變量法是一種常用的研究方法，在對某個變量進行研究時，控制其他因素不變，只選擇一個因素進行條件改變，進而減少對未知量的認知誤差。生活中很多物理現象的發生，都是在綜合因素的作用下實現的，同時不同外力環境會導致具體結果的不同。因此，教師可以結合具體的教學內容，引導學生借助控制變量法完成實驗活動。在摩擦力的影響因素分析中，就可以采用這種方法。 轉換法主要是指將不容易被看見或感知的物理量，借助具有同等功效和作用的物理量代替，進而完成實驗探索過程的一種方法。在液體壓強和大氣壓強的學習活動中，就可以借助這種實驗思想。等效替代法是指在物理實驗中，為了使問題簡化，借助某一物理量代替其他不方便使用的所有物理量，但不會改變結果。如用合力替代各個分力，用總電阻替代各部分電阻，在探究平面鏡成像的特點時用玻璃板代替平面鏡，浮力替代液體對物體的各個壓力等。上面列舉的幾種實驗方法，既是科學家展開實驗研究的常用方法，也是學生在物理學習中的常用方法。靈活掌握這些探究問題的物理方法，能更好地發揮主觀能動性，更好地參與實驗獲得，并獲得核心素養的有效培養。除此之外，在長期的物理學發展過程中，很多非常規實驗活動已經被提出設想和實踐論證過。學生在相關的學習活動或考試測驗中，都應該接觸過，也需要自主進行這方面的內容總結。

其次，教師要給予實驗過程的指導。在實驗活動中，學生很容易提出各種實驗設想，但是某些實驗工具安全性相對缺乏，還有些不容易獲得和制作。教師也要做好這方面的指導。比如，需要用到試管、酒精燈等器材的實驗，或者學生做出猛烈肢體動作的論證活動。教師都需要進行綜合考量，并提出合理性的改進意見，確保安全性和可操作性。另外，在具體的實驗操作活動中，教師也要恰當指導學生的規范動作和細節注意事項，從而使實驗結論更加嚴謹、客觀。

最后，在觀察結果、分析論證的活動中，教師也要恰當參與，允許學生自由發言和表達，并借助專業的物理知識引導學生的思維認知，而非簡單的結論或者對錯阻礙學生思維的自由發揮。除此之外，實驗報告也應該在非常規物理實驗中得到落實，引導學生進行科學、規范、嚴謹的填寫，全面深化實驗素養。在部分學生的觀念中，認為非常規的小實驗不重要、不嚴肅，故而在態度和細節上存在隨意和不嚴謹的行為。這將會嚴重影響實驗結果，也會影響學生核心素養的有效培養。因此，教師必須注重這方面的思維認知引導，規范學生的參與行為。

（二）具體情況具體分析，進行科學恰當的運用

非常規物理實驗通常就是依托普遍的社會生活現象，進行情境模型重現的一種方式。所有的物理知識都可以通過實驗活動得到論證。這并不代表所有的物理知識點的學習活動中，都需要展開非常規物理實驗。部分教師為了標新立異，體現新課改模式的要求，力求在每次教學活動中，每個教學環節中，都引人非常規物理實驗，造成時間精力的浪費，嚴重影響了整體的教學進度，也難以獲得理想的教學效果。基于此，教師要學會具體情況具體分析，科學恰當地組織非常規物理實驗。

比如，教師結合知識點，首先思考實驗活動的可行性設計方案，以及實驗活動可以達到的教育教學目標，同時根據學生現有的生活閱歷、實驗能力和核心素養水平，分析整個實驗活動的價值，進而做出是否應用的選擇。以滑輪知識的學習為例，學生在這方面的認知體驗普遍較少，導致對相關理論的理解深度不夠。基于此，教師就可以組織非常規實驗，豐富學生的體驗感，深化學生的物理素養。還有，在知識點的教學活動中，可以應用非常規實驗的契機也是非常豐富的。通常而言，一個知識點只需要安排一次的實驗活動即可。教師要綜合分析整個教學過程，結合學生的參與狀態和重難點問題突破的要素進行分析，力求使實驗活動取得最理想的教育效果。同樣，以滑輪知識為例，實驗操作相對復雜一些，知識理解相對困難一些。在這樣的背景下，教師就可以在規律歸納的環節，進行非常規實驗的應用。除此之外，教師還可以依托非常規物理實驗，引導學生自主展開生活實驗活動的自主探索工作。比如，組織相關的物理實驗設計比賽。又如，通過布置生活作業，引導學生生活觀察和生活實踐的方式，全面鍛煉學生的核心素養能力，并有效開闊學生的認知視野。

總而言之，非常規實驗教學是物理實驗教學的重要組成部分，對學生核心素養能力的培養發揮著重要且不可替代的作用。教師需要高度重視對非常規物理實驗的研究和運用，能從具體的教學內容和實際的學生情況出發，展開科學高效的科學設計和引導，進而提高初中物理教學的整體效果，促進學生核心素養的不斷發展進步。