核心素養視域下初中物理課外實驗探究能力的培養

周宇峰

【摘要】實驗與探究既是認識物理問題的科學手段與過程，同時也是初中階段學生發展物理學科核心素養的重要途徑.本文以發展學生實驗探究能力為目的，采取案例分析等方法對核心素養視域下物理課外實驗探究能力培養策略進行研究，并給出參考建議，即：創設問題情境，激發學生探究興趣；指導方案設計，培養學生科學思維；指導信息整合，啟發學生理性思考；搭建展示平臺，促進學生實驗交流；組織評價反思，鞏固學生探索能力.

【關鍵詞】核心素養；初中物理；課堂教學

新修訂的義務教育物理課程標準對學生的學科核心素養提出了明確的要求，其中科學探究是學生應具備的關鍵素養之一，而組織學生展開課外實驗對于提升科學探究素養具有顯著的作用.但是，目前在初中物理教學研究中，教育工作者多數側重于學生對于物理知識、操作技能、思維方法的內化吸收，很少結合課外實驗有序增強學生的實驗探究能力、提升學生物理學科核心素養.對此，初中物理教育工作者有必要在核心素養視域下對課外實驗進行研究，根據其中的育人價值對學生進行綜合培養.

1創設問題情境，激發學生探究興趣

問題情境是培養物理課外實驗探究能力的有效途徑.在核心素養視域下，初中物理課程教學目標已由“關注知識”轉向“關注學生”，物理實驗指導過程要讓學生的情感和興趣始終處于最佳狀態，這就需要教師為學生創設一些富有科學性、趣味性、實用性、創新性的問題，既可引起學生課外探索的興趣，又能潛移默化鍛煉學生科學探究能力[1].具體來講，教師可以從以下兩個角度探究問題情境的創設：

第一，引導學生根據課內問題展開課外實驗探究.

例如在學習“聲現象”的相關知識后，教師基于課堂上提出的核心問題：聲音是如何產生的？引導學生進一步思考，并構建生活化情境，促使學生借助生活中常見的工具、材料進行實驗.有學生對這一問題進行延伸，并認為“聲音就是由物體振動產生的聲波”，然后自主設計實驗，即在一個玻璃杯上蒙上保鮮膜，在膜面上撒上小珠子，然后用手機播放節奏比較強烈的音樂，將手機靠近水杯，這時可以清晰地觀察到膜面上的小珠子在不停地跳動.通過這一實驗，學生對課內研究的聲音現象進行了拓展，更加深刻地認識到了“聲音是由物體振動產生的”這一原理.

第二，引導學生結合生活問題展開課外實驗探究.

例如有學生在生活中觀察到：一些金屬容器在碰撞后會發生“嗡嗡”聲，如果其中盛滿了水，則會出現水花四濺的情況.針對此，學生提出了疑問.并運用不銹鋼盆進行了實驗.通過實驗學生觀察到用手摩擦盆時，盆會隨著摩擦的頻率產生振動，當盆中裝滿水后，水中會出現波紋，這就是振動的頻率.通過觀察實驗、查找資料、自主分析，學生逐漸理解了其中的原理：當摩擦力引起的振動頻率和盆的固有頻率相等或接近時，盆壁產生共振，振動幅度急劇增大.但由于盆底的限制，使它所產生的波動不能向外傳播，于是在盆壁上入射波與反射波相互疊加而形成駐波.用手摩擦一個圓盆形的物體，最容易產生一個數值較低的共振頻率，盆上振幅最大處會立即激蕩水面，將附近的水激出而形成水花，就會出現水花四濺的現象.由此可見，學生在探究生活問題的過程中遷移了物理知識，拓寬了探究視野，也激發了他們運用實驗繼續探究生活中物理現象的興趣.

綜上，問題是學生展開課外實驗探究的第一步.教師從不同角度提出問題，引導學生質疑，激發了學生展開課外實驗探究的動機，發展了科學探究素養.

2指導方案設計，培養學生科學思維

設計實驗與制定方案是學生科學探究素養的重要體現.在初中物理教學中，許多課內實驗都是現成的，學生缺乏參與實驗設計、方案制定的機會，所以實驗探究能力的發展也受到了一定的限制.在核心素養視域下，教師可以利用物理課外實驗機會，指導學生根據所發現的問題、所形成的猜想自主設計實驗、制定方案，以發展科學思維能力.具體來講，教師可以抓住以下兩點對學生的課外實驗探究進行指導：

第一，幫助學生理清思路，明確實驗設計的要點.根據課程標準的要求，實驗設計一般包括問題的提出、器材的選取、實驗步驟的設計、實驗現象的分析、結論的概括、表達式的推導以及對整體過程的評估等.在課外實驗探究中，教師應指導學生抓住上述要點一一進行突破，讓整個設計指向最終的實驗目的.

例如有學生通過生活觀察發現壺中的水比壺中的食用油干得快，涂在手上的酒精比涂在手上的水干得快等現象，于是學生在教師的啟發和指導下進行了猜想：液體蒸發得快慢可能與液體的種類有關.然后圍繞“實驗器材的選擇”“實驗步驟的設計”“實驗現象的分析”“實驗結論的得出”等重點內容進行設計，并形成了較為清晰的實驗探究思路.

第二，指導學生批判思考，完善設計，形成實驗方案.課外實驗探究活動對學生的自主學習能力提出了挑戰，因此，在他們在實驗設計環節難免會出現問題，如現象表述不精練、實驗器材不齊全、操作順序混亂等.對此，教師應提醒學生反復斟酌、批判分析，不斷優化實驗設計，最終形成科學、可行的實驗方案.

例如在上述驗證“液體蒸發得快慢可能與液體的種類有關”這一猜想的過程中，學生在教師的指導下對實驗設計過程不斷進行反思，最終形成了相對完整的實驗方案.其中實驗器材包括：質量相同的水和酒精、兩個完全相同的小燒杯、調平的托盤天平.實驗步驟：先將兩個完全相同的小燒杯分別裝上質量相同的水和酒精，然后將盛水的小燒杯放在調好的天平左盤上，盛酒精的小燒杯放在天平的右盤上，在相同的環境放置一段時間，最后觀察天平指針向哪個方向偏轉.實驗現象與結論：一段時間后，若指針向左偏轉，則說明酒精比水蒸發快；若指針向右偏轉，則說明水比酒精蒸發快，這兩種情況都說明液體蒸發快慢與液體種類有關.若指針不偏轉，則說明液體蒸發快慢與液體種類無關.由此可見，這一實驗方案科學、可行，是學生科學思維的重要體現.

綜上，在課外實驗探究中指導學生自主設計實驗、制定實驗方案，不僅有利于學生將對物理現象的感性認識轉化為理性思考，還有利于學生遷移課內實驗探索的經驗，也有利于學生科學思維和實驗探究能力的發展.

3指導信息整合，啟發學生理性思考

在課外實驗探究中學生通常會面臨信息獲取與處理的難題.針對此，教師應啟發學生思路，引導他們主動獲取信息，認識實驗現象，并對信息進行科學處理，以此探究科學原理.

第一，指導學生規范實驗步驟，獲取實驗信息.學生通過科學的方法，展開實驗，能夠獲得準確、全面的信息，為后續得出實驗結論奠定基礎.

第二，指導學生科學處理信息，得出實驗結論.處理信息就是經過理性思考，提煉信息價值，進而解釋實驗現象的過程.在課外實驗指導中，教師應要求學生客觀分析所獲取的信息，科學處理，并得出物理規律.

例如在“測量物體運動的平均速度”的課外實驗中，教師根據兩組實驗中d和t的數據進行計算，得出瓶蓋滑動的平均速度，并將兩組數據進行對比，以此得出結論，形成對物體運動的平均速度的科學認識.

綜上，獲取并處理信息是實驗探究的重要步驟，也是發展學生理性思維的關鍵環節.在課外實驗探究中學生提高對信息的認識，并通過獲取、處理等操作提煉其中有價值的內容，以此達到實驗目的，也鍛煉了自身的實驗探究能力.

4搭建展示平臺，促進學生實驗交流

每一個學生的內心都有一種被承認、被肯定、認可的需要，希望自己能夠成為一個知識的發現者、研究者、探索者.在物理課外實驗探究中，學生渴望將自己的實驗過程和實驗結果展示出來，渴望與他人進行交流、分享.基于此，在教學指導中，教師應理解學生的這種心理，并搭建平臺，為學生提供展示和交流的空間[2].

第一，搭建展示平臺，鼓勵學生對實驗結果做出解釋.例如在綜合性實驗活動中，教師鼓勵學生自主設計實驗，并搭建線上交流平臺，鼓勵他們將實驗探究過程以及結果通過視頻的方式展現出來.

第二，組織互動交流，促使學生分享實驗探究的心得體會.在上述綜合性實驗活動中，有多名學生根據“小孔成像”的原理設計了實驗.教師將不同的實驗進行整合，并通過線上渠道引導實驗設計者互動分享，深入對光學原理的認識、交流彼此的想法以及在實驗中遇到的困難，最終將實驗心得整理、分享到班級群，為其他學生的實驗探究活動提供借鑒.

綜上，在核心素養視域下教師針對學生課外實驗探究的情況搭建展示平臺，把展示、思考、討論、創新的權利交給學生，使學生在自主、寬松的環境中呈現實驗探究的過程和結果，進而鞏固知識、分享體會、交流經驗，實現科學探究素養的進一步發展[3].

5組織評價反思，鞏固學生探索能力

根據新課程標準的要求，形成對科學探究過程和結果進行評價和反思的能力是學生科學探究這一核心素養發展的重要內容，在課外實驗指導中，教師應為學生提供評價與反思的機會，讓學生真正內化在實驗過程中所獲得的知識和能力，并實現創新探索.

第一，開展實驗評價，引導學生反思.

針對學生的課外實驗，教師組織了評價，其中包括自評，即學生根據教師提供的表格對自己的實驗器材選擇、實驗步驟設計以及實驗結果闡述等環節進行打分，對實驗態度進行反思，形成自我認識；他評，即教師和其他學生根據量表對實驗進行打分.這樣的評價結果讓學生更加全面地認識到了自己的實驗成果，并根據其中的不足做出反思，為改進實驗奠定基礎[4].

第二，鼓勵創新，促進學生改進實驗.在上述實驗中，學生根據評價對驗電器的設計進行了改進，優化了實驗步驟，形成了新的方案，再次展現實驗結果，同時也在對比中鞏固了實驗探究能力，展現出客觀嚴謹的科學態度.

綜上，在課外實驗探究中，學生不再是實驗的看客，而真正成為了實驗者.他們親歷整個實驗過程，并對此做出評價、反思與改進，而這一過程就是他們實驗探究能力不斷提升的過程.

6結語

總之，開放的、新穎的物理課外實驗能夠使學生對物理理論有更加深入的理解，這對于培養學生的學科核心素養具有很強的支撐作用.本文從多角度分析了核心素養視域下物理課外實驗探究能力培養策略，對相關研究提供參考，當然，其中也存在諸多不足.因此，初中物理教育工作者應進一步加強教學研究，優化課外實驗的實施策略，促使學生完成從低階思維到高階思維的轉變，實現核心素養，為終身發展奠定良好的基礎.

【本文系泰州市“十四五”教育科學規劃課題《物理學科核心素養視域下以課外實驗提升初中生實驗探究能力的策略研究》的階段成果之一，編號：tjkzd2021-014】

參考文獻：

［1］謝美秋，王海云，李興鰲.后疫情時代物理實驗培養物理學科核心素養的實踐與探索[J].大學物理實驗，2022，35（06）：127-130.

[2]段茂君，鄭鴻穎.復雜性理論視野下的深度學習研究綜述與展望[J].教育與教學研究，2022，36（12）：1-24.

[3]王春梅，沈國土，趙振杰.在近代物理實驗教學中培養準科研素養的探索[J].物理實驗，2022，42（09）：29-36.

[4]蘇益娟.“雙減”背景下初中物理實驗教學改進策略[J].華夏教師，2022（17）：27-29.

[5]張海龍，馬亞鵬.2021年度中學物理教育教學研究綜述——基于《中學物理教與學》論文轉載情況分析[J].物理教師，2022，43（02）：2-6+9.