提升學生實驗探究能力，優化物理實驗教學

吉增群

[摘要] 實驗探究能力的培養是落實物理學科核心素養的關鍵環節。結合初中物理實驗教學的現狀，分析了存在問題的原因，提出了指向提升學生實驗探究能力的初中物理實驗教學策略：轉變物理教師觀念，加強自身專業研究能力;積極開展教學實踐，提升學生實驗探究能力;開發課外新型實驗，培養學生實驗創新能力。

[關鍵詞] 實驗探究;初中物理;實驗教學;探究能力

物理實驗教學是落實物理課程標準的重要手段，也是提升學生實驗探究核心素養的重要途徑。然而，受思想認識、實踐經驗、升學壓力等諸多因素影響，物理實驗教學效果不佳、學生實驗探究能力不強一直是實際教學中普遍存在的問題。因此，如何在物理教學中提升學生的實驗探究能力，挖掘物理實驗的育人價值，已經成為當前物理教學改革的重要課題。

一、初中物理實驗教學現狀

當下的物理實驗教學中，不少物理教師不太重視實驗教學，認為做實驗不如看實驗，將動手演示實驗用課件“演示”代替，這樣不僅省時又省力，還避免了學生盲目看熱鬧，確保課堂中的每位同學都能看到視頻中的實驗現象和結論。殊不知，如果沒有做實驗，就不能有效聯結知識經驗和操作技能，不利于物理思維的培養。

在學生實驗中，大部分教師采用先講解后學生自己操作的教學方式，缺乏思維調動，對解決問題的過程視而不見，過于關注解答問題。學生完全自主進行實驗探究的機會微乎其微，基本按教師的設計思路進行實驗。這樣，雖然學生做出了完美的實驗，但是對原本探究實驗中可能出現的問題或者失敗因素缺少了深層次的

思考。

另外，不少學校的實驗儀器年代久遠，或多或少存在老化或缺失的情況，這嚴重影響了實驗效果，甚至使得很多實驗難以進行。而大部分物理教師迫于升學壓力，很難抽出時間和精力對實驗中的問題進行仔細研究，通過改進實驗器材或開發創新性實驗來達到實驗效果的美好設想很難實現。這不但會使得學生對物理學科的興趣逐漸喪失，而且不利于學生實驗探究能力的

培養。

二、初中物理實驗教學問題分析

當下，課程標準雖大力推進學科素養培育，但因長期受應試教育影響，物理實驗教學更多被用來應付考試中的實驗題。即便讓學生動手做實驗，也是提前將實驗流程準備好，并且在實驗過程中，講解大于探究，不能充分舉證歸納，導致學生淺嘗輒止，很難深度理解和內化所學知識，更不用說提高學生的創新意識和實踐能力了。

長期以來，物理中考對實驗探究的考查僅體現在試題的實驗題中，并沒有考查學生實際操作能力。另外，物理中考涉及的知識點較多，但物理課時有限，為了提高中考物理成績，教師通常會補充難度較大的解答題，幾乎沒有時間和精力花在物理實驗上。因此提升學生實驗探究能力、培養學生物理核心素養往往并未落到實處。

三、加強初中物理實驗教學的策略探究

（一）轉變物理教師觀念，加強自身專業研究能力

要改變物理教師忽視實驗探究中能力培養和思維訓練這一現狀，學校應為教師多提供專業學習的機會，教師也應主動學習先進的教育理念，改變陳舊的教育觀念，以發展學生的物理核心素養為目標，潛心研究教材中的實驗，對物理實驗教學的各個角度進行變革，變單一驗證為科學探究。例如，課堂演示實驗利用現代教學手段，或在教學環節的關鍵點切入一些創新實驗，通過探究實驗來化解教學難點，促進學生深層次理解;學生實驗則摒棄之前按部就班的驗證實驗，真正讓學生動手、動腦，基于真實學情切實提高實驗操作能力;課后則鼓勵學生多做家庭小實驗，通過動手做實驗，熟知實驗探究步驟，發現實際操作中的疑難問題，進而思考解決問題的辦法。以上做法目的都是將學生物理核心素養培育融入實驗教學中，緊跟時代步伐，培養新時代創新人才。

（二）積極開展教學實踐，提升學生實驗探究能力

物理學科的理論性和實踐性都很強，在教學過程中，要注重學生的動手實踐，積極開展實驗教學，不斷鼓勵學生通過觀察、比較、實驗、歸納、類比等研究方法提出各種假設和猜想，鼓勵學生善于動手、勤于動手，在腦、手、口的協作中激發自己的潛能，提高實驗操作能力，同時，培養積極探索的精神和創造性思維，培養學生思考和解決實際遇到的新問題的能力。

1.創設研究情境，確定實驗探究問題

一切思維都是從問題開始的。初中物理實驗教學需要創設真實的實驗問題情境，以引發學生認知沖突為起點，引導學生分析知識內容，結合已有經驗提出疑問，討論并確定感興趣、可操作的實驗探究問題，并將實驗探究的問題整理出來。

例如蘇科版八年級物理下冊“浮力”教學中的活動實驗，探究下沉的物體是否受到浮力。在實驗過程中，金屬塊或者石塊浸入水中前后，彈簧測力計的實際讀數變化并不明顯。為進一步引發學生的認知沖突，教師向學生展示了雄偉的長江大橋，并提出問題“橋墩是否受到水的浮力作用”，他們結合實驗結論，對已有經驗產生了質疑。此時，教師提示“密度是物體質量和體積之比”，激發學生來思考“物體浮力大小是否與物體的體積、密度有關，是否與浸入液體的密度有關”，從而自然過渡到學生實驗“探究影響浮力大小的因素”。在此過程中，教師在課堂中先創設科學實驗探究情境，將學生的錯誤認知的現象作為探究問題拋出，激發學生的實驗探究興趣，再鼓勵他們討論后整理出實驗探究的問題。真正做到答疑解惑，避免學生被錯誤認知誤導。

2.精心設計問題，進行合理猜想與假設

在課堂上，教師要不斷打破傳統教學思維的束縛，轉變為以學生實驗探究為主的教學模式，敢于創新教學策略，精心設計啟發式問題來改善教學效果，讓學生敢于猜想與假設、主動協作、主動探索。

例如，蘇科版八年級物理下冊第六章第四節“密度知識的應用”中，“設計與實驗”環節列出金屬螺母、石塊、玻璃球三種物質，要求選擇其中一個測量密度。以測石塊的密度為例，常規方案是先用天平稱量石塊的質量，在量筒中注入一定體積的水，讀出讀數V1;再用細線捆綁石塊浸入量筒的水中，讀出此時的讀數V2，兩次讀數的差值就是石塊的體積，最后計算質量與體積的比值就可以得到石塊的密度。如果教師按照常規實驗方案進行教學，則仍然是照本宣科的驗證性實驗，無法滿足學生的實驗探究欲望，也不利于培養學生的實驗探究能力。

為此，教師精心設計了如下問題引導學生思考：

（1）教材提到如何測“形狀不規則的物體”的密度，如果是比水輕的物體，比如泡沫呢？我們如何測量泡沫的密度？（2）如果是能溶于水的糖，又如何測量其密度？對于問題（1），學生注意到泡沫會浮在水面上，經過討論，他們很容易猜想用一根細鐵絲將泡沫壓在水里，使泡沫全部浸入水中后，再根據兩次讀數差值，算出泡沫的體積。對于問題（2），由于糖塊形狀不規則且易溶于水，學生一時無法想到如何測出其體積。教師適時啟發：不能用排水法測體積，能不能用其他固體或液體來代替？學生恍然大悟，有的猜想可用細沙或者食用油來代替水，有的提出可用橡皮泥將糖塊包裹住，間接測出其體積。教師肯定了這些想法，并在課后帶領他們進行自主實驗探究。學生們主動探索、積極體驗，通過動手操作驗證自己的各種猜想，在知識的探索和獲取過程中，由被動變為主動，對知識點的理解更加透徹和深刻。

3.注重思維培養，設計并實施探究方案

實驗探究中伴隨著一系列的思維和認知的碰撞，高質量的實驗探究對學生高階思維的培養具有十分重要的作用。在實驗探究中，教師可以適當啟發學生變換實驗條件，提出新的實驗挑戰，引導學生在面對新問題時正確判斷、質疑，從而讓學生設計出科學合理的實驗探究方案，并且參與實驗活動的各個環節的思維進階，在深化理解中遷移應用，進而將碎片化的知識形成結構網絡，從而建構正確的物理觀念。

仍然以測物體密度為例，基于學生已掌握以上固體和液體的密度測量方法，此時教師將生活元素融入實驗情境中，激發學生“跳一跳摘到桃”的勇氣，提出“如果現在只有天平、燒杯、水和橙汁，如何測量橙汁的密度？”因為缺少了量筒，橙汁的體積無法直接測量，很多學生囿于思維定式，不知如何解決。教師提醒他們實驗材料中有水，仍然可以利用上述的替換法來思考。學生們紛紛開動腦筋，經過熱烈討論，認為可以用體積替換法來設計出實驗方案：第一步，調節天平平衡，測出空燒杯的質量m1;第二步，在燒杯中加滿水，測出燒杯和水的總質量m2;第三步，倒出水，在燒杯中加滿橙汁，測出橙汁和燒杯的總質量m3;第四步，計算出橙汁的體積：V橙汁=V水=（m2-m1）/ρ水，橙汁的質量：m橙汁=m3-m1，從而得出橙汁的密度。為了促進學生的高階思維，教師可以繼續變換條件：現有天平（無砝碼）、燒杯、水、量筒，如何測量酒精的密度？氣體的密度又如何測量？這些問題是教材實驗內容的拓展，當學生遇到困難時，啟發他們靈活改變思路，不斷鼓勵他們進行思考、探索及變通，將科學知識和方法遷移，進而培養學生遷移能力，發展學生的高階思維。

4.分析實驗數據，交流評價中得出結論

物理學中的定律通常從物理實驗中概括、歸納出來，因此，有針對性地觀察實驗中的現象、記錄實驗中的數據尤為重要。在實驗前需要準備好記錄的圖表;實驗中需要嚴謹地對待實驗，做到操作正確、善于觀察、詳細記錄;實驗探究結束后，需要針對實驗過程進行合理地評價和總結，對實驗現象進行匯總，對記錄的實驗數據進行分析處理得到結論。

例如，蘇科版物理九年級上冊探究電流和電壓關系、電流和電阻關系的學生實驗中，學生采用控制變量法，在滿足控制量的條件下對實驗數據分析，發現變化量之間的關系與數學學科中所學的函數關系相似，結合坐標圖處理實驗數據。在保持電阻一定時，電流隨電壓的增大而增大，且電壓與電流的比值不變，符合數學中正比例函數圖像特征。當電壓一定時，電流隨電阻的增大而減小，畫出電流和電阻的關系圖，符合數學中反比例函數特征。同時，在實驗探究過程中，教師應用好評價的手段。學生可以自評，分析探究過程中出現的問題，并找出原因，對整個實驗探究過程進行評價;也可以小組間互評，找出各組實驗方案或過程的優劣，取長補短，最終得到實驗結論。通過交流評價，學生不僅更好地掌握實驗本身，動手能力得到相應提高，還促進了他們的合作、溝通和表達能力的提高。

（三）開發課外新型實驗，培養學生實驗創新能力

教師和學生需要積極改進實驗器材或開發創新型課外實驗，充分挖掘學生的潛力，注重提高學生動手實踐能力和創新能力，以在潛移默化中提升物理學科素養。同時，學校還要積極引導家庭與社會組織學生開展實踐活動，持久激發學生學習興趣和探索欲望，增強學生的自主探究能力，構建一個良好的學習環境。

例如，學生可以利用電鈴工作原理制造出“小雞啄米”的兒童玩具;電梯運行時，站在體重計上，觀察其示數如何變化，由此增強學生對超重、失重狀態下人的受力平衡的理解;在“測量平均速度”實驗中，為減小摩擦力，用小玻璃球和電線槽做來改進;將用塑料膜包好的手機藍牙音響放入水中，用話筒將水內的聲音送到擴音器內，全班學生都能聽到原來水下聽不到的聲音;利用凸透鏡原理，用裝有水的礦泉水瓶對著太陽光照射，在最亮點處放一個易燃物，根據實驗現象，告知他人車上隨便放礦泉水會有潛在危險等。

通過這些創新型實驗的探究，不僅大大激發了學生的探究熱情，增強了學生的創新意識，還有助于理解物理知識難點，獲得學習物理的成就感。

教師是物理實驗教學活動的引導者、設計者、組織者，也是學生實驗探究活動的參與者、推動者。教師應注重與教材有機結合，提供更加靈活和多樣的實驗探究方式，通過實驗教學不斷培養和深化學生的核心素養。

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