初中學生物理實驗探究能力的培養

董占德

物理是一門以實驗作為基礎的科學課程，讓學生在獲得物理實驗探究能力上的成長，有助于落實核心素養的教育目標。初中階段的學生正處在好奇心旺盛的年齡階段，在初中物理教學中，教師應當在基于學生實際認知水平的基礎上，開展多元化的實驗教學活動，讓學生在親身實踐的過程中感受物理知識的內涵，形成良好的物理學習興趣，促進物理實驗教學的優化和改革。

在過去的初中物理實驗教學中，存在著重視驗證實驗而忽視探究實驗的問題，導致學生的實驗探究能力無法得到較好的發展，實驗教學的價值沒有很好地發揮出來。良好的實驗探究能力可以促進學生對現實生活的探究，使學生形成良好的問題和創新思維。因此，在新課程改革的環境下，初中物理教師要改變傳統的教學觀念，認識到實驗探究能力培養的重要價值，積極改變實驗教學手段，通過更加符合學生認知發展需求的實驗教學手段滿足學生實驗素養的發展需求，提高初中物理實驗教學的質量，使學生獲得良好的物理實驗探究能力。

一、充分利用演示實驗，創設教學情境

實驗教學有著真實性的特點，可以讓物理知識用更加生動有趣的形式呈現出來，從而大大降低學生的畏難情緒，使學生的注意力自然而然地集中起來。在初中教育中，很多學生都沒有養成觀察生活的良好學習習慣，忽視生活中的物理現象，因此，初中物理教師更要加強對演示實驗手段的使用，用演示實驗創設真實的課堂情境，從而讓學生有機會用自己的感官感受物理知識，對物理規律和結論形成更加深刻的認知。

比如，在教學“學生實驗：探究—摩擦力的大小與什么有關”這一節內容的過程中，在以往的教學中，教師往往只會讓學生從抽象理論的角度理解摩擦力的概念，但是如果不做具體的實驗，學生是很難真正地總結出摩擦力的概念的。因此，筆者選擇了演示實驗的手段，用三個簡單的趣味實驗創設情境，激發學生的好奇心。第一個實驗是：教師拿出一個常見的水瓶，然后用手拿住水瓶，這個時候水瓶是不會下落的。之后，教師再松開手，水瓶會自然下落。在做完實驗后，教師要給學生解釋，告訴學生水瓶一開始不下落是因為受到了向上的摩擦力，下落是因為只受到了重力。第二個實驗是：教師嘗試向右推講桌，講桌有向右的趨勢，但是不會真正地移動。第三個實驗是：教師移動教室里一個學生的桌子，讓桌子開始向右行動，學生可以得到桌子受到向左的摩擦力這一結論。這樣，教師通過三個情境的引入，讓學生學會使用學到的抽象理論解釋生活中的現象，可以使學生形成良好的生活學習意識，在生活中學習物理知識，更加深入全面地了解物理知識。

演示實驗一般占用的時間都比較短，但是可以給學生帶來直觀的展示，能引起學生的興趣，所以演示實驗可以很好地活躍課堂上的氛圍，提高學生的注意力和生參與物理學習的積極性，引發學生的思考，活躍學生的思維。因此，教師要對教學內容進行深度解析，從教學實際出發，結合生活中的現實材料，開發多元化的演示實驗手段，啟發學生對物理知識的思考。

二、鼓勵學生大膽嘗試，增進實驗體驗

初中階段的學生正處在好奇心旺盛的年齡階段，但是在實際的教學中，卻較少有學生對物理實驗產生探索的興趣，導致這一問題的主要原因之一就是學生對物理實驗產生了片面的認識，認為只有在物理課堂上進行的實驗才是物理實驗，沒有認識到生活中處處有物理實驗的影子。因此，在初中物理教學過程中，教師要避免導致學生樹立呆板的物理實驗印象，而是要鼓勵學生積極大膽地進行實驗嘗試，讓學生善于在生活中尋求物理實驗，從而增進學生的物理實驗體驗，讓學生學會在生活中找到創新和突破。

比如，在教學“汽化和液化”的過程中，筆者組織學生利用眼鏡這個常見的物品進行小實驗。首先，筆者讓學生想一想，在冬天的日常生活中，為什么眼鏡上會出現霧氣，并且讓學生拿出自己的眼鏡，用呼氣的方法來模仿冬天的情境，在學生利用模仿創造出了冬天的景象之后，再讓學生用手觸摸自己的眼鏡，思考有什么感受。之后，筆者再向學生提出探究性的問題：在對著眼鏡呼氣的過程中，是什么導致了鏡片上的小水珠？這樣能讓學生形成溫差的意識。接著對實驗進行觀察，學生會看到眼鏡上的液體逐漸消失，這又是因為什么？如此，可以讓學生在簡單的動手實踐中總結出液體的汽化知識。

再比如，在教學“大氣壓強”的過程中，筆者讓學生想一想夏天教室里面經常會發生的一個情境：窗簾被吹出窗戶外面。面對這個景象，很多學生會下意識地認為是風將窗簾吹出去的，但是卻沒有意識到，如果真的是風吹的，那么窗簾應該飄向教室里面才對。于是，針對這個情境，筆者又讓學生拿出來兩張紙條，對著兩張紙條的中間吹起，觀察現象，從而幫助學生了解大氣壓強。

如果只是讓學生在課堂上開展專門的探究實驗，很容易導致學生對物理規律的感知力減弱的情況，因此，教師要鼓勵學生大膽地開發生活中的各種簡單實驗，讓學生在多次的動手實踐中積累豐富的感性認知，在實踐中對物理知識進行同化，從而促進學生物理實驗探究能力的不斷成長。

三、訓練科學實驗方法，體會實驗樂趣

教師要想學生的實驗探究能力得到科學的培養，讓學生掌握必要的科學實驗手段是十分重要的，如此才可以讓學生在實驗現象的分析中快速找到解決問題的關鍵所在，將復雜問題簡單化，收獲更多的物理實驗探究樂趣。針對初中階段物理實驗教學的總目標，教師需要讓學生掌握控制變量法、類比法、理想模型法、轉化法等實驗探究方法。

（一）控制變量法

控制變量是指讓學生在研究問題的過程中將包含著多個因素的問題轉化成為多個單因素的問題。在每一次的實驗過程中都只變化實驗中的其中一個因素，分別進行不同維度的研究，最后再綜合多個實驗結果討論問題。

（二）轉化法

是指讓學生在研究一些看不見的物理現象時，將實驗轉化成為可以看得見的物理現象后再進行研究。比如，在研究重力的過程中，重力是一個看不見、摸不著的概念，學生也很難在課堂上切實感受到重力的存在。這個時候，教師可以讓學生用橡皮下落實驗進行研究，從而用具體的事實解釋重力的概念。

（三）等效替換法

在開展物理實驗的過程中，學生經常會遇到一些無法順利研究的情況，例如，實驗數據無法獲得、實驗對象過大或者過小等，因此就會用到等效替換的方法，在不影響研究效果的同時，對復雜問題進行簡單化處理，在代替研究中取得同樣的效果。比如，在研究摩擦力大小的過程中，摩擦力的大小是沒有辦法直接計算出來的，需要用二力平衡的原理測量摩擦過程中的拉力，從而確定摩擦力的大小。

（四）理想實驗法

在物理實驗中，存在著經由假設得到的“極限”結論，在這個過程中就是應用了理想實驗的方法，通過對實驗環境進行假想來達到效果。比如，牛頓第一定律的實驗就是應用到了理想實驗的方法，這是因為世界上不存在不受力的物體。

除了上述介紹的方法以外，教師還要對初中階段涉及的物理實驗方法進行系統的總結，引導學生從科學的角度思考自己的實踐過程，從而促進學生對實驗現象的自主靈活思考，挖掘出學生的實驗探究能力。

四、合理分配實驗小組，做好指導工作

在實驗過程中經常會用到小組合作學習的手段，從而讓學生之間產生更多的思維碰撞，促進學生實驗創意的形成。但是需要注意的是，在初中物理實驗教學中使用小組的教學手段，并不只是對學生進行簡單的分組，教師要形成科學的教育觀念，關注學生之間的差異，對學生進行合理的分層：

第一，教師要從對學生的實驗水平形成系統的認識，在了解學生能力的基礎上，利用組內異質的原則，選擇想法和實力都具有差異性的學生進行分組，使小組內的每一個學生都可以找到自己的優勢。

第二，教師要輔助學生完成實驗的分工活動。初中階段的學生自控力還不強，實驗探究素養也存在著較大的缺失，因此，雖然在初中物理實驗探究過程中要強調學生的自主發展，但是教師還是要根據學生的實際情況，發揮出自身的引導作用，幫助學生確定實驗的基本步驟，讓學生找到自己的定位和分工，從而使學生的實驗探究能力得到更加科學的培養。

五、重視實驗探究過程，形成完善思路

在初中物理實驗教學過程中，很多教師會忽視學生的自主學習潛能，代替學生進行探究實驗，導致學生無法獲得較深刻的學習體驗，探究實驗教學也失去了原本的意義。對此，教師要改變過去的做法，關注學生自身的實際需求，重視引導學生經歷完成的實驗探究過程，讓學生理解科學實驗的一般步驟，從而促進學生實驗探究能力的提升。

比如，在教學“學生實驗：探究—摩擦力的大小與什么有關”的過程中，筆者將整個實驗教學分成了提出問題、猜想和假設、設計實驗、進行實驗、分析論證、評估、交流與合作這幾個環節，讓學生獲得完整的實驗探究體驗。首先，筆者給學生展示了一些生活中的景象，包括自行車的輪胎、冬季鞋子的鞋底等，從而引起學生對摩擦力作用和大小的好奇心。其次，筆者將學生分成幾個小組，讓學生想一想影響摩擦力大小的因素可能有哪些，并且讓學生結合各個小組的設想，利用自己學到的實驗研究方法設計具體的研究方案。最后，學生再根據實驗目的和方案確定每個成員具體的分工。在各個小組進行了實驗探究之后，筆者再組織小組之間進行實驗探究，讓學生在討論的過程中總結結果，從而讓學生在完整的體驗中獲得深刻的認識。

在讓學生掌握完整實驗探究過程時，教師應當注意以下的問題：首先，教師要重點培養學生解決問題的能力。不同的學生看待問題的角度都是不同的，因此，教師在設計實驗步驟的過程中要考慮到學生之間的不同需求，讓學生有機會在實驗中進行創新，獲得問題解決能力上的提高。其次，教師要重視評估以及學生交流的環節。在初中物理探究實驗中，由于評估環節位于學生實驗探究之后，經常會被教師和學生所忽視，導致學生無法準確地把握實驗探究的重點。評估的過程可以讓學生對物理實驗過程形成深刻的認識，及時地發現自己存在的錯誤，從而使學生真正獲得實驗素養上的進步。最后，設計的實驗問題不能太難。近些年來，隨著教育改革的深入進行，越來越多的教師開始重視探究實驗的開展。在這個過程中，有一部分教師出現了錯誤的思考，一味地用難度過高的實驗問題來教學，導致學生無法在原有的認知上搭建新知識。脫離學生認知實際的探究演示實驗不但起不到激發興趣、提高學習效率的目的，還會造成學生的畏難情緒，對物理學習的興趣也會大打折扣。因此，教師一定要形成正確的認識，在學生的最近發展區內設計實驗問題。

六、及時引入科技元素，開闊學生視野

實驗教學是動態變化的，應當和學生的現實生活密切結合在一起，讓學生可以感受到物理科技的力量。因此，在初中物理實驗教學中，為了更好地實現對學生科學探究能力的培養，教師要及時地引入和科技有關的元素，引起學生對物理發展的關注，讓學生產生物理學習的責任意識，擴展學生的學習思維。

比如，在教學“學生實驗：探究—平面鏡成像的特點”這一節內容的過程中，學生通過實驗的方式，很快地了解到了平面鏡成像的方式以及成像的特點，同時，通過對學生進行提問，教師發現學生可以簡單地說出平面鏡在現實生活中的一些應用，但是對平面鏡的更多用途卻說不上來，于是，在課堂上，教師對教學內容進行了擴充，告訴學生平面鏡同樣可以應用在塔式的太陽能發電站上，并且給學生展示了相關的圖像和文字資料，讓學生知道科學家是如何利用平面鏡的知識進行太陽能發電的，從而達到開闊學生視野的目的。

再如，在教學“大氣壓強”的過程中，除了讓學生利用探究實驗了解大氣壓強以外，筆者還組織學生開展了利用傳感器研究氣體壓強的實驗。首先，筆者給學生介紹了傳感器的知識，讓學生掌握傳感器的作用和工作原理。之后，筆者再組織學生開展利用傳感器研究大氣壓強的活動，讓學生在先進技術的幫助下形成更多的了解。

在初中物理實驗教學中，很多學生會對實驗產生片面的認識，認為實驗是枯燥、勞累的，感受不到實驗開展的樂趣。而通過在教學中引入先進的技術，可以改變學生對實驗的錯誤認識，讓學生認識到為何要研究物理科學，學會從更多的層面探究世界的自然規律，加深學生對物理實驗的正確認識。

七、結語

綜上所述，在初中物理教學中實現對學生實驗探究能力的培養，是推進核心素養教學目標的重要條件，需要得到教師的足夠重視。在實際的教學過程中，教師要傳授給學生科學有效的實驗探究方法，讓學生用更加多元化的視角感知物理實驗現象，在自主思考中形成良好的物理實驗探究能力，構建學生的認知框架。

（宋行軍）