指向核心素養的初中物理實驗活動設計研究

陳志寅

【摘要】考慮到物理學科的實驗性特征，為幫助學生提升物理觀念、科學探究能力以及思維品質，本文認為需結合核心素養要求，配合學生自主性實驗以及教師演示實驗方式，引導學生更為全面、深刻地理解物理基本技能和知識，即配合有效且科學的實驗活動設計，培養學生物理學科核心素養.本文在簡要概括核心素養以及物理實驗教學設計模式后，結合三類實驗活動設計討論初中物理實驗活動設計模式，然后針對性地提出相關優化物理實驗活動設計的建議，希望可以提高學生核心素養.

【關鍵詞】實驗教學；初中物理；核心素養

依托核心素養培養要求，完善初中物理實驗活動設計模式，促使學生在教師指導、同伴合作以及自身努力后，通過實驗活動高效率學習物理知識、物理技能，然后更為客觀、全面地基于物理視角看待事物及現象，更為全面地利用物理學科思維方式及觀點，解決現實問題，從而逐步建立物理與科技領域、社會領域和人類領域的關聯性.總體來說，就是結合初中物理實驗教學，推動學生形成、發展核心素養.因此，文章提出創設實驗情境，建立物理觀念等多條建議，希望能夠有效提升物理實驗教學質量與效率.

1 基礎概述：指向核心素養的初中物理實驗活動設計模式

1.1 核心素養

指向核心素養的教學模式，強調要培養學生適應社會發展、實現終身發展的品格及能力.如果將核心素養聚焦到物理學科，則按照六大核心素養基礎，可將物理核心素養歸結為物理觀念、實驗探究、科學思維、科學態度與責任等方面.其中，在核心素養子項實驗探究中，強調要通過“提出物理問題、進行猜想與假設、實現信息獲取與處理、得出結論并解釋”一系列流程，培養學生對實驗過程進行探究與交流、對實驗結果進行反思和評估的能力.

1.2 物理實驗教學設計模式

物理學是現代技術以及自然科學發展的基礎，具有較強的實踐性特征.但對于初中階段的學生來說，整個教學環節的物理實驗活動相對簡單，主要包括探究類實驗、測量類實驗以及驗證類實驗.

2 實驗設計：指向核心素養的初中物理實驗活動模式探究

2.1 驗證類實驗活動設計

2.1.1 概述

驗證類實驗在初中物理課程標準中占比較少，具體表現為阿基米德原理的驗證.對于物理科學研究而言，驗證性實驗是重要基礎，是指在初步認識研究對象后提出的某種假說，是對假說或認識是否正確進行驗證的一種實驗過程.所以，驗證性實驗著重培養和提高學生的分析能力與推理能力，有助于訓練學生的實驗技能.

2.1.2 模式

結合驗證類實驗特點，按照提出問題、提出假說、驗證實驗或修正假說，總結規律的步驟設計驗證類實驗教學活動.其中，在提出問題環節，需要幫助學生做好驗證性實驗的思想準備，引導學生樹立一般科學方法論思想，并推動學生實現感性認識到理性認識的過渡；在提出假說環節，強調教師要與學生共同討論，并引導學生通過觀察和思考，完成實驗歸納，通過增強學生實驗參與感，培養學生的邏輯能力，讓學生更為直觀地感受科學發展過程；在驗證實驗與修正假說環節，主要是結合實驗驗證假說演繹預言現象.如果實驗結果與假說一致，則可進一步推廣相關假說；如果實驗結果與假說不符，則需要進行后續假說修正，從而達到培養學生科學素養的作用.

2.1.3 案例

本文以驗證阿基米德原理為實驗案例，通過設計如圖1所示的實驗過程，學生通過重現阿基米德浴缸情境，探究浮力大小與排開水量的關系，并由教師引導學生提出F_浮= G_排的假設.在實驗驗證階段，教師需要與學生共同完成實驗方案的討論，并結合物體排開液體重力以及浮力測量方法，明確實驗器材，然后將實驗數據記錄到實驗表格中.最后，教師需要與學生共同交流和驗證假設，并在交流過程重溫阿基米德研究浮力的歷史，通過這樣的過程，可引導學生學習科學家嚴謹、科學的態度.

2.2 測量類實驗活動設計

2.2.1 概述

初中物理課程中常見的測量類實驗包括用滑動變阻器改變電路電流、測量物質密度、用電流表測電流，電壓表測電壓、用彈簧測力計測力、測定小燈泡電功率、用電流表，電壓表測電阻這六個.對于測量類實驗教學，要求物理教師明確實驗操作順序以及研究方法，掌握實驗儀器及儀表的操作規則.

2.2.2 模式

結合測量類實驗特點，文章認為可將這種類型實驗過程劃分準備、操作以及總結三個階段.并著重結合實驗案例，讓學生思考不同階段需要解決的重點問題，繼而幫助學生突破實驗難點，引導學生進行實驗反思.

2.2.3 案例

本文以用天平和量筒測量固體密度為實驗案例，通過設計如圖2所示的實驗過程，在學生學習相關密度概念后，按照準備、操作以及總結的實驗流程，引導學生測定物質密度.首先，在實驗準備階段，教師需要向學生提供充足的實驗器材，并與學生商討具體的實驗方案；在實驗操作階段，教師需引導學生用排水法測量物體體積，用天平測量物體質量，用密度公式求解物體密度；最后，在實驗總結階段，教師需要向學生傳遞多次測量、應用先進測量工具和測量技術可減少實驗誤差的思想，幫助學生逐步提高自身核心素養.

2.3 探究類實驗活動設計

2.3.1 概述

常見的探究性實驗包括內容如下：探究凸透鏡成像規律、探究平面鏡成像特點、探究液體內部壓強及相關因素、探究二力平衡條件、探究物體質量與體積關系、探究杠桿平衡條件、探究導體中電流和電壓的關系.對于探究類實驗來說，強調學生結合自主思考與自主探究，通過發現并總結科學規律，逐步強化自身科學素養.

2.3.2 模式

完整的探究活動過程包括如下六個方面：提出問題、進行猜想、實驗方案設計、進行實驗、得出結論、交流與表達.雖說整個實驗過程包括以上六個步驟，但按照探究實驗難度等級及其他要素，上述流程在不同的探究實驗中各有側重.

2.3.3 案例

文章以探究杠桿平衡條件為實驗案例，首先，實驗前對杠桿進行調節，“左高右調，右高左調”；其次，假設OA、OB分別為動力臂和阻力臂，在動力臂一端掛上鉤碼，在阻力臂一端掛上彈簧測力計代替鉤碼，在保證左側鉤碼不變的情況下，在右側改用彈簧測力計向下拉，保持杠桿平衡.隨后，分別進行保持作用點不變，改變拉力方向；保持拉力方向不變，改變作用點的實驗流程.通過設計如圖3所示的實驗過程，讓學生在實際參與、親身體驗的過程中，猜想杠桿平衡的條件.

3 實施對策：指向核心素養的初中物理實驗活動優化建議

3.1 創設實驗情境，建立物理觀念

學生在初中階段所學習的物理知識主要來自自然現象及生活現象，因此在學習過程中可結合已有生活經驗、科學知識及認知經驗進行加強練習.即物理教師在設計實踐活動時，需要結合學生常見、熟悉、感興趣的案例、素材及現象，創建有較強形象性、真實性、生動性和有趣性的實驗情境，讓學生能夠在實驗教學情境中產生認知沖突，從而形成較強的求知欲與好奇心.此時，教師就可引導學生結合物理觀念，客觀看待實驗現象及實驗過程，從而達到依托實驗教學，培養學生物理核心素養的效果.

3.2 評估分析實驗，發散學生思維

基于核心素養教學要求，物理教師在設計物理實驗活動時，需要擺脫教材實驗器材、實驗方案、實驗條件等方面的限制，通過改變實驗器材以及實驗條件的限定原則，進一步培養學生發散思維，提升學生思維品質，引導學生結合轉換法及替代法多元化實驗方法，打破實驗條件的桎梏，從而在反復論證后得出具體的實驗結果.鑒于此，文章建議物理教師在實施實驗教學工作后，結合設置實驗評估與分析流程，全面發展學生科學思維素養.

3.3 探究物理實驗，培養探究能力

初中生在學習物理學科時，進行科學探究是最基礎的核心素養.而想要實現這一目的，要求教師能夠依托學生自身生活經驗、基本技能以及物理知識，在討論生活以及自然常見現象后，提出相關實驗問題，并合理猜想與假設問題解決方案.然后，教師需要圍繞提出的問題及實驗目的，通過制定實驗方案、實驗計劃，讓學生在觀察、記錄、溝通后結合實驗數據，進一步證實或證偽自身猜想與假設，最終得出正確實驗結論，提出新的問題.

3.4 重視拓展延伸，實現學生互評

立足于核心素養，物理教師在設計實驗活動過程中，需要特別關注在實驗活動內引入物理史料、物理學家事跡等相關拓展性內容，希望通過延伸教材之外的知識，讓學生對學習物理產生較高的熱情，學生能夠認識到學習物理學科的實用性價值，從而有效提高學生的物理核心素養.此外，文章認為，除了要依托教師評價進行實驗結果性評價工作外，還需要結合學生互評以及學生自評等方式，落實實驗過程性評價，以求在整個實驗活動設計過程全面結合核心素養理念要求.即教師需要在完成評估分析、實驗探究以及拓展延伸等工作后，設置學生互評及學生自評環節，讓學生通過不斷反思與總結實驗過程、結果及方法，學習科學探究技能，理解物理學科思想方法，從而逐步提升自身物理學科綜合核心素養.

4 結語

綜上所述，依托核心素養設計物理實驗活動，要求物理教師要遵循物理實驗設計基本原則，在領會核心素養內涵后，結合多種物理實驗類型，依托物理實驗案例，進一步探究指向核心素養的初中物理實驗活動設計模式，然后通過引導學生參與物理實驗探究過程，讓學生結合實驗論證，進一步接觸科學家們物理定律發現過程及歷史，從而在多方面的刺激下，促使學生實現均衡發展、全面發展的目標.

參考文獻：

[1]張旺，王瀟毅;伍科.基于核心素養的初中物理綜合實踐活動設計——以“比較材料的隔聲性能”為例[J].物理之友，2021，37（07）：27-29.

[2]鄭偉平.基于核心素養的物理單元復習學習活動設計對策探究——以初中物理“力與運動”單元為例[J].考試周刊，2022，（34）：126-129.

[3]韓金榮，韓偉；顧建軍;王慧.基于學科核心素養培育的初中物理實驗教學設計研究[J].湖南中學物理，2023（04）：38-41+49.

[4]王想敏.核心素養導向下的初中物理創新實驗教學設計——以“大氣壓強”實驗教學為例[J].物理教學，2022，44（02）：38-40.

[5]李敏.深度備課：初中物理實驗教學中發展學生核心素養的策略——以“探究凸透鏡成像的規律”教學設計為例[J].試題與研究，2022（15）：35-37.