核心素養視域下初中物理實驗教學的問題及對策

■青島市嶗山區第四中學 王云慶

在現階段的教育背景下，培養學生核心素養逐漸成為最重要的教育目標之一,所以在初中物理課程中，核心素養成為實施教學改革的著眼點。而實驗作為物理學科中的重要研究工具，必然是培養學生物理核心素養的有效途徑。簡單來說，物理核心素養是指學生在接受物理教育的過程中逐漸形成的面向學生未來發展的重要能力與品質。從實際情況來看，核心素養可以視為教育方針的具體化表現。同時，在物理教學中，培養學生核心素養能突出物理學科的價值。在初中物理實驗教學中，教師應準確把握核心素養的內涵與要求，并以此為基礎不斷完善實驗教學組織策略,有利于逐步優化教學過程，從而循序漸進地促進學生物理核心素養的發展。因此，本文將著眼于教學實踐，具體闡述初中物理實驗教學的現狀，并思考如何在核心素養視域下培養學生的物理核心素養。

一、初中物理實驗教學現狀

基于物理核心素養培養對物理實驗教學進行大量的研究后，可以發現當前初中物理實驗中依然存在一些不合理的地方。如以下幾個方面：

第一，教學設備比較落后。由于學校對實驗教學缺乏足夠的重視，所以投入的教育資源比較少,導致物理實驗教學設備比較落后，很多實驗儀器都是使用多年的舊設備。同時，由于缺乏完善的管理導致很多設備已經無法使用。在這種情況下，很多實驗是難以有效進行的。這不但會影響學生學習熱情，而且容易降低實驗的效率。

第二，過于關注學生對結論的記憶，忽視動手操作的重要性。在以往的實驗教學中，教師往往會直接依據課程標準的內容對實驗過程進行詳細的講解，而學生則只需要進行記錄。在這樣的學習方式中，學生通常難以獲得豐富的動手實驗機會，也難以使學生的能動性得到發揮，從而影響實驗教學的效果。

第三，實驗形式過于機械，缺乏創新性以及科學探究的過程。在傳統的物理實驗中，實驗的主體就是重復性的驗證過程，驗證實驗的完成即為實驗的終點。由于缺乏創新，導致學生的思維能力難以得到有效的鍛煉，這無疑會對學生核心素養的發展產生不利的影響。

第四，對物理實驗的認知不足。無論教師還是學生，對物理實驗的理解都存在一定的偏差，導致其對物理實驗缺乏重視。尤其是受應試教育理念的影響，學生面臨較大的學習壓力，部分教師也更加希望在一定時間內引導學生掌握更多的結論性知識，不愿意花費太多時間組織學生進行實驗。毋庸置疑，這種錯誤的觀念使核心素養在物理實驗中的融合不充分。

二、核心素養視域下初中物理實驗教學組織策略

（一）重視實驗觀察，理解科學概念

在物理核心素養的培養中，首要任務是引導學生形成正確物理觀念。為了達到這一目的，需要學生準確認識物理概念與規律，從而使學生站在物理視角認識物質運動的一般規律及物質的結構。為此，教師可以適當進行一些演示性的實驗，并讓學生進行認真的觀察，以此來使其逐步理解概念的本質。唯有如此，才能為學生物理觀念的形成奠定良好的基礎。

以“摩擦力”為例，部分學生無法準確認識摩擦力的方向，這是由于方向是由相對運動趨勢或者方向決定，而運動又是相對參照物而言，所以在這個過程中，會涉及參照物、運動等要素。對初學者來說，這些內容往往存在一定的理解難度。為此，筆者利用兩把牙刷設計了演示實驗，通過這個實驗，可以使學生根據刷毛的變化了解摩擦力的方向，對摩擦力這一概念有更加準確的認識。此外，有些物理規律具有一定的抽象性，所以需要適當改變演示實驗的設計方法。以“兩種電荷”為例，如果僅僅利用玻璃棒、橡膠棒、毛皮、絲綢、碎紙片等常規教具進行實驗，很難使學生直觀認識原子結構及兩種電荷之間的相互作用。因此，筆者利用多媒體進行了動畫演示，從而幫助學生更加準確地了解摩擦起電的本質。由此可見，在初中物理課程中，通過恰當的演示實驗引導學生觀察是培養學生物理觀念的有效途徑。

（二）總結實驗規律，培養物理觀念

培養學生物理觀念是發展學生物理核心素養的首要任務。簡單來說，物理觀念是從物理角度出發形成的對運動、物質、相互作用以及能量等內容的基本認識和對自然現象的解釋。從另一個角度來看，物理觀念也可以視為物理概念在頭腦中的升華與提煉。為了促進學生形成物理觀念，需要引導學生在物理實驗中進行規律的總結。唯有如此，才能使學生了解物理研究對象的本質特征。

以“固體熔化時溫度變化規律的探究”這一實驗為例，學生通過實驗形成了以下兩點認識：第一，海波融化過程中吸收熱量溫度是不變的。第二，石蠟在融化過程中吸收熱量后溫度會升高。通過這個實驗，使學生對固體的熔點以及融化過程中的溫度變化和形態有了更加深入的認識。不難理解，固體是物質的一種基本形態，而物質的形態、構成等內容是物理學中的基礎性知識。所以從實驗效果來看，這個實驗在一定程度上促進了學生物質觀念的養成。再以“探究二力平衡的條件”實驗為例，通過自主實驗與觀察，學生在總結規律的基礎上得出了以下結論：當兩個力同時作用在一個物體上面時，若這兩個力的方向相反、大小相等并在同一直線上時，這兩個力就是彼此平衡的。從物理視角來看，在自然界中形形色色的事物并不是相互孤立的，而是彼此間存在著各種各樣的相互作用，這些相互作用的存在使物體呈現出了不同的運動狀態，而二力平衡無疑是一種非常典型的相互作用現象。通過這一實驗，在一定程度上促進了學生的相互作用觀的形成與發展。除了物質觀與相互作用觀之外，運動觀與能量觀同樣是物理觀念的重要組成部分，所以在初中物理課程中，同樣需要在實驗中引導學生總結相應的物理規律。

（三）注重問題引導，啟發科學思維

科學思維主要是指推理論證、分析綜合等思維方法的內化。在這一過程中，涉及分析、綜合、判斷等多個思維環節。從實際情況來看，啟發學生科學思維能使其思維能力得到有效的鍛煉。為此，在物理實驗教學中，教師可以嘗試結合實驗內容對學生進行提問，引導學生對問題進行描述、預測和解釋。這樣一來，有利于逐步促進學生科學思維的發展。

以“杠桿”為例，在組織學生進行實驗前，筆者結合實驗內容設計了一些問題。首先，筆者準備了一個桿秤，然后向學生提問：“這個裝置是否為杠桿呢？用這個裝置稱物體時，什么時候進行讀數？如果這個裝置是一個杠桿，那么應該調節什么地方使杠桿保持平衡？門是否為杠桿？如果是，那么當男同學站靠近支點的地方，女同學站在遠離支點的地方推門時，誰會獲勝呢？為什么？”通過思考這些問題有利于學生初步了解一些常見杠桿的共同特點，學會確定杠桿的阻力臂、動力臂、支點等位置，并初步分析杠桿平衡的條件。同時，在分析問題的過程中，學生需要對杠桿平衡條件進行猜想和假設，并對相關信息進行加工處理，從而鍛煉學生的思維能力。

（四）尊重學生主體，組織自主探究

在物理核心素養中，探究能力是最重要的內容之一。有效的探究能在實驗中逐步歸納出相關的結論。需要指出的是，為了通過實驗充分鍛煉學生的探究能力，教師應避免對學生過多干預，只需要提供適度的指導即可，以便使學生的主體性得到充分發揮。相對教師的直接講授，學生在自主實驗中往往可以產生更加深刻的實驗認識。

在自主實驗中，需要注意兩個關鍵環節：第一，要提供充足的時間與空間，將實驗活動的主動權交給學生。以“浮力大小影響因素”實驗為例，筆者首先引導學生明確了實驗的原理，即物體浸入液體后都會受到向上的浮力。然后，筆者提供了圓柱體、燒杯、水、彈簧測力計等實驗中所需的器材，而對實驗方案的設計則交給學生自主設計。第二，鼓勵學生進行深入的反思，對實驗方案進行改進。一方面，學生可以對實驗裝置進行改進。一些實驗受限于環境條件和器材的制約，容易出現一些問題，這時，學生可以擺脫教材的限制，根據實驗特點與現實條件靈活選擇器材。另一方面，可以對實驗方法加以優化。在分組實驗中，學生可以借鑒其他人的實驗方案對實驗方法進行改進和創新。同時，針對實驗過程中產生的一些疑問，還可以設計一些補充性的拓展實驗，從而突出實驗中蘊涵的物理規律，并鍛煉學生的探究意識和探究能力。

（五）聯系現實生活，培養責任意識

科學態度與責任同樣是物理核心素養的組成部分。之所以重視科學態度與責任的培養，是因為物理知識與社會生活之間存在密切聯系。只有引導學生逐步形成正確的價值觀念和強烈的社會責任感，才能使學生科學認識物理學科。因此，在物理實驗教學中，應該將實驗內容作為溝通物理學科與社會生活的橋梁。

以“探究連通器液面特點”的實驗為例。首先，筆者引導學生思考了生活中哪些物體應用到了連通器，使學生初步了解了連通器的價值。然后，再引入三峽大壩的相關材料。在引導學生結合連通器原理分析了船通過三峽大壩的過程后，筆者利用視頻與圖片引導學生欣賞了這個令世界為之驚嘆和震撼的宏偉工程，從而激發了學生的自豪感，進而使其明白了自己承擔的建設祖國的責任。由此可見，物理實驗是培養學生責任意識的有效途徑。

綜上，實驗作為物理課程中的重要內容，是培養學生核心素養的有效渠道。所以教師應該有意識地將物理核心素養融入實驗教學中。此外，教師需要及時對實驗教學的組織策略進行調整，給予學生自主性從而使實驗教學更加契合學生的實際情況，從而逐步達到最優化的教學效果。

（六）引導實驗改進，強化物理素養

物理核心素養的培養和強化需要經歷一個系統的過程。所以通過實驗培養學生的物理核心素養時，除了完成常規實驗內容之外還需要引導學生進行實驗改進，使學生進行拓展性的思考，從而強化學生的物理核心素養。

為了避免實驗改進活動出現無序性，教師在引導學生改進實驗活動時需要遵循一些基本原則。例如，在實驗活動的組織過程中首先要遵循科學性原則，只有遵循這一原則才能使物理實驗順利進行，并正確體現出物理概念和規律。以“探究萘的熔化與凝固”這一實驗為例，當溫度為80℃時，萘為固液共存的狀態，而繼續加熱使其成為液體后溫度會不斷上升，這和晶體的特點是不符的。而這種情況的出現是由于萘的導熱性比較差，傳統溫度計無法合理觀察其溫度變化。針對這個問題，學生想到了可以用萘粉進行實驗，在加熱時可以加入一些水并攪拌，這樣可以使其導熱性增加。同時，還可以將傳統溫度計更換為溫度傳感器，以此來對加熱過程中的溫度變化進行更加精準的描繪。通過這種改進方式不但進一步啟發了學生的科學思維，而且能使學生更加尊重科學和客觀事實，從而使其形成正確的價值觀。除了科學性原則，在實驗改進中還需要遵循直觀性、安全性、簡易性、可行性、開放性等原則。唯有如此，才能有效保障實驗改進的效果，從而進一步促進學生物理核心素養的發展。

（七）充分利用資源，培養創新精神

為了促進學生核心素養的發展，需要有意識地培養學生的創新精神，這是核心素養得以發展的重要思維品質。大量的調查研究證明，當前學生的創新水平仍然比較低。為此，教師應盡量避免將實驗活動局限于課堂中，而是需要從課外時間著手，給學生提供充足的機會和相應的條件，以此來使學生在大量的課外實驗中逐步培養自身的創新精神水平。

一方面，要引領學生進行一些課后的趣味性實驗。課后設計的實驗或者實驗需要與所學知識密切聯系。同時，教師要避免對學生作出過于嚴格的要求，而是要給學生提供比較充足的空間。通過這種開放性的實驗過程，不但可以拓展學生的思維，培養學生的實驗創新能力，而且有利于深化學生對相關物理知識的理解。另一方面，要組織一些課外興趣小組活動。興趣小組是開展課外實驗的重要單位。在課外實驗中，要鼓勵每個小組成員都充分參與進去，使學生在交流協作中進行創新性的實驗活動，在交流中產生新的認識，從而培養學生的創新精神。

三、結語

綜上，在新時期的初中物理教學中，培養學生核心素養是最重要的教學目標之一，而實驗無疑是培養學生物理核心素養的必要載體。從實際情況來看，由于多種因素的限制導致當前物理實驗的開展頻率比較低，再加上實驗活動的組織方法比較單一，所以難以真正開發出物理實驗教學的價值。因此，在初中物理實驗教學中，教師應該及時調整傳統的教育理念，全面觀察和梳理教學活動中存在的問題，并立足于教學現狀對實驗教學的組織策略。同時，隨著實驗教學的深入，還需要及時對教學策略進行調整與改進，以此充分保障實驗教學的有效性，從而循序漸進地促進學生物理核心素養的發展。