優(yōu)化初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升學(xué)生核心素養(yǎng)路徑探索

程登富

（貴州省遵義市第五十七中學(xué)，貴州 遵義 563000）

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）提出，聚焦中學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生正確價(jià)值觀、必備品格與關(guān)鍵能力。在此視域下，集中提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)是初中物理教學(xué)的重中之重。教師可基于學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展訴求探索教學(xué)優(yōu)化路徑，通過(guò)優(yōu)化初中物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容豐富教學(xué)內(nèi)涵，達(dá)到促進(jìn)學(xué)生進(jìn)階提升的教學(xué)目的。

一、物理學(xué)科核心素養(yǎng)概述

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是物理教學(xué)價(jià)值的集中體現(xiàn)，包括初中生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)樹(shù)立的價(jià)值觀，應(yīng)當(dāng)形成的必備品格以及關(guān)鍵能力，主要可分為物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四部分［1］。其中，物理觀念指的是基于物理學(xué)的相關(guān)理論與方法認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)世界物質(zhì)形態(tài)、物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及物質(zhì)之間的相互作用，能夠基于相關(guān)概念、性質(zhì)、規(guī)律解釋自然現(xiàn)象并解決問(wèn)題的一種素養(yǎng)。科學(xué)思維指的是能夠從物理學(xué)的視角出發(fā)，對(duì)物質(zhì)的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律進(jìn)行科學(xué)探索的一種思維方式，諸如利用物理模型概括物質(zhì)內(nèi)在結(jié)構(gòu)、利用歸納演繹等推理方法論證物質(zhì)理論的思維能力等。科學(xué)探究指的是基于現(xiàn)實(shí)情況提出問(wèn)題，基于問(wèn)題解決需求制定方案，基于方案采取實(shí)驗(yàn)操作、科學(xué)探究等方法得出結(jié)論并對(duì)問(wèn)題作出解釋的一種物理能力，如提出問(wèn)題的能力、物理解釋能力等。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是指在長(zhǎng)期物理學(xué)習(xí)后生成的探索物質(zhì)本質(zhì)屬性的嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度，如實(shí)事求是的態(tài)度、辯證思考的態(tài)度、社會(huì)責(zé)任觀等。

二、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生核心素養(yǎng)的原則

（一）趣味性原則

趣味性原則要求教師采取富有趣味的教學(xué)手段開(kāi)展教學(xué)工作，由此吸引初中生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)注意力，使學(xué)生主動(dòng)參與到各類(lèi)教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中［2］。引發(fā)初中生物理探索興趣的方式有很多，如利用生活情景設(shè)置導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)、利用精彩魔術(shù)引發(fā)物理原理探究等。具體教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)課程教學(xué)需要靈活變換教學(xué)方法，將更多體現(xiàn)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)屬性、物質(zhì)之間相互作用的生活事例引入課堂當(dāng)中，通過(guò)組織初中生探索具體現(xiàn)象背后隱藏的物理原理驅(qū)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效能感，促進(jìn)學(xué)生能力的自主提升。

（二）實(shí)踐性原則

實(shí)踐性原則要求教師采取生本化的教學(xué)手段組織初中生參與到實(shí)驗(yàn)工具準(zhǔn)備、方案設(shè)計(jì)、動(dòng)手操作等實(shí)踐工作當(dāng)中，使學(xué)生在此過(guò)程中感悟?qū)嶒?yàn)原理，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)技巧。教師應(yīng)當(dāng)盡量設(shè)計(jì)操作性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，要求初中生圍繞實(shí)驗(yàn)任務(wù)查閱教科書(shū)，瀏覽國(guó)家中小學(xué)智慧教育平臺(tái)收集相關(guān)資料并制定計(jì)劃，履行計(jì)劃，使學(xué)生在獨(dú)立或與他人合作完成任務(wù)的過(guò)程中感悟物理原理并掌握控制變量法、圖像法、轉(zhuǎn)換法、類(lèi)比歸納法等多種實(shí)驗(yàn)方法的應(yīng)用策略，逐步發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維與探究能力。

（三）批判性原則

批判性原則要求教師采取邏輯方法組織初中生對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題及其解決方式進(jìn)行選擇、識(shí)別或假設(shè)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的方法并不唯一，形成創(chuàng)造性思維。核心素養(yǎng)視域下的初中物理教學(xué)旨在培養(yǎng)初中生科學(xué)本質(zhì)觀與思維、實(shí)踐能力。教師應(yīng)當(dāng)減少注入、灌輸教學(xué)傾向，改變初中生被動(dòng)接受知識(shí)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，鼓勵(lì)學(xué)生在師生對(duì)話(huà)、生生交流的過(guò)程中大膽表達(dá)實(shí)驗(yàn)觀點(diǎn)，作出相應(yīng)判斷，逐漸養(yǎng)成基于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容質(zhì)疑問(wèn)難，深度思考的科學(xué)價(jià)值觀。

三、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生核心素養(yǎng)的路徑

（一）借助演示實(shí)驗(yàn)樹(shù)立物理觀念

演示教學(xué)是一種直觀的教學(xué)手段［3］。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)演示，可以加深初中生對(duì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、操作、現(xiàn)象分析、歸納結(jié)論等教學(xué)活動(dòng)的體驗(yàn)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)的形態(tài)、屬性及結(jié)構(gòu)，感悟物質(zhì)相互作用的原理，初步形成物質(zhì)觀念。但是，常規(guī)的演示教學(xué)法存在不足之處，如實(shí)驗(yàn)演示、講解的主體是教師，學(xué)生容易淪為觀看實(shí)驗(yàn)并接受相關(guān)原理的客體。針對(duì)此類(lèi)情況，教師可以?xún)?yōu)化演示教學(xué)法，轉(zhuǎn)變師生主體地位，使初中生在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生主動(dòng)觀察、主動(dòng)思考的興趣，繼而自主探究實(shí)驗(yàn)因變量與自變量的邏輯關(guān)聯(lián)，思考實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中蘊(yùn)藏的物理原理，形成物質(zhì)觀念、運(yùn)動(dòng)觀念等物理觀念。

1.具體演示實(shí)驗(yàn)流程，形成整體認(rèn)識(shí)。物理實(shí)驗(yàn)流程包括操作前準(zhǔn)備、實(shí)踐操作以及操作后整理三個(gè)階段。其中，操作前準(zhǔn)備指的是明確實(shí)驗(yàn)探究主題并提出猜想、設(shè)計(jì)方案、準(zhǔn)備操作器材等；實(shí)踐操作指的是按照預(yù)先設(shè)計(jì)的方案應(yīng)用相關(guān)器材組成實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒄{(diào)節(jié)某一變量觀察其改變后其他變量的變化情況、記錄變化情況、總結(jié)規(guī)律等；操作后整理指的是將實(shí)驗(yàn)探究所用到的工具、器材，所得到的數(shù)據(jù)、結(jié)論分類(lèi)整理。在課堂上演示整體流程，可以使初中生明確實(shí)驗(yàn)操作的基本步驟，同時(shí)使學(xué)生從物理學(xué)視角出發(fā)感悟物質(zhì)變化所引起的相應(yīng)改變。實(shí)際教學(xué)中，教師可以在課上演示整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程，并在演示過(guò)程中組織師生對(duì)話(huà)活動(dòng)，如“你說(shuō)我做”“我做你猜”等，使學(xué)生作為演示教學(xué)的主體參與到演示活動(dòng)當(dāng)中，加深學(xué)生體驗(yàn)。例如，在滬科版八年級(jí)物理全一冊(cè)“科學(xué)探究：凸透鏡成像”一課教學(xué)中，教師可在演示教學(xué)中組織“你說(shuō)我做”活動(dòng)，與學(xué)生展開(kāi)對(duì)話(huà)：“蠟燭、凸透鏡、光屏等器材都已經(jīng)備好，我現(xiàn)在該怎么做？”在此活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)講出“將蠟燭、凸透鏡、光屏依次安裝在光具座上”“點(diǎn)燃蠟燭，調(diào)整燭焰、凸透鏡、光屏高度，使三者中心在同一高度上”等指示。這樣，按照學(xué)生指示內(nèi)容進(jìn)行操作，不僅能夠?yàn)閷W(xué)生直觀呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象，還能使學(xué)生在觀察的過(guò)程中聯(lián)想、分析、歸納，從而明確物理學(xué)理論對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)意義，明確實(shí)驗(yàn)中自變量、因變量的內(nèi)在邏輯，形成物質(zhì)相互作用的觀念。

2.演示實(shí)驗(yàn)工具制作，培養(yǎng)物理眼光。實(shí)驗(yàn)工具在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮著重要作用。目前，多數(shù)教師使用批量購(gòu)買(mǎi)的工具組織操作活動(dòng)，常常按照教科書(shū)所示內(nèi)容搭建實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瓿上嚓P(guān)操作。這種教學(xué)方式固然能夠使初中生了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)的主題以及操作方法，但在一定程度上限制了學(xué)生自由想象、自由發(fā)揮，難以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新觀念。對(duì)于此類(lèi)情況，教師可在教學(xué)中為初中生演示實(shí)驗(yàn)工具的制作過(guò)程，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)的形式、方法并不是唯一的，從物理學(xué)的角度出發(fā)重新審視現(xiàn)實(shí)生活中的各種物質(zhì)，如紙板、燈泡、塑料瓶等。演示過(guò)程中，教師還可以圍繞工具制作方法、制作原材料提出問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)初中生聯(lián)想生活場(chǎng)景，提出工具制作創(chuàng)意，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生思維的靈活性。比如，在“探究：杠桿的平衡條件”這一實(shí)驗(yàn)中，教師可提出問(wèn)題：“猜一猜，我要使用什么代替杠桿？”“猜一猜，我要使用什么代替鉤碼？”通過(guò)提問(wèn)驅(qū)動(dòng)初中生在演示活動(dòng)中運(yùn)用物理學(xué)眼光分析實(shí)驗(yàn)器材，感悟現(xiàn)實(shí)生活事物與物理研究?jī)?nèi)容的深刻關(guān)系，逐漸樹(shù)立物質(zhì)觀念。

（二）借助實(shí)驗(yàn)活動(dòng)培養(yǎng)科學(xué)思維

從“教”的角度出發(fā)展開(kāi)講解、操作演示，固然能夠加深學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，但無(wú)法引發(fā)學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容的深度思考，不能實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)目的［4］。提升初中生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，需要組織更多調(diào)動(dòng)初中生思維的教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生在參與活動(dòng)的過(guò)程中基于已掌握的物理知識(shí)、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)探析客觀事物的本質(zhì)屬性，基于物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)物理事物的內(nèi)在規(guī)律。

1.組織猜想活動(dòng)培養(yǎng)分析綜合思維。亞里士多德說(shuō)過(guò)：“思維從疑問(wèn)和驚奇開(kāi)始。”只有讓初中生在學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行猜測(cè)、推理、抽象，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生思維的有效訓(xùn)練。猜想活動(dòng)以確切實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為基礎(chǔ)，鼓勵(lì)初中生基于已形成的物理學(xué)經(jīng)驗(yàn)猜測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、現(xiàn)象、結(jié)論，鍛煉學(xué)生物理分析能力。在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)初中物理課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況適時(shí)提出相應(yīng)問(wèn)題，使學(xué)生在分析、思考相應(yīng)問(wèn)題的過(guò)程中提出猜想，做出假設(shè)。例如，在滬科版八年級(jí)物理全一冊(cè)“科學(xué)探究：牛頓第一定律”一課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師準(zhǔn)備三個(gè)帶斜面的平臺(tái)與三輛完全相同的小車(chē)，分別在三個(gè)平面上鋪上毛巾、棉布以及木板，然后與學(xué)生對(duì)話(huà)：“你來(lái)猜一猜，哪輛小車(chē)從斜面上滑下來(lái)跑得更遠(yuǎn)？”針對(duì)實(shí)驗(yàn)提出的猜測(cè)并不是憑空產(chǎn)生的，需要學(xué)生綜合考慮實(shí)驗(yàn)變量，分析不同表面給小車(chē)造成的阻力。學(xué)生紛紛提出猜想，如毛巾表面的小車(chē)滑動(dòng)的距離更近、木板表面的小車(chē)滑動(dòng)的距離更遠(yuǎn)等。基于學(xué)生提出的猜想，還可與學(xué)生展開(kāi)討論：“你為什么這樣猜想？有什么理論依據(jù)？”由此驅(qū)動(dòng)學(xué)生聯(lián)系課上已學(xué)習(xí)的牛頓第一定律等知識(shí)解釋猜想內(nèi)容，訓(xùn)練學(xué)生從物理學(xué)視角出發(fā)闡述物質(zhì)本質(zhì)屬性的分析思維，達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)目的。

2.組織歸納活動(dòng)培養(yǎng)科學(xué)論證思維。論證思維是科學(xué)思維的重要組成部分，是一種將現(xiàn)實(shí)情況與真實(shí)數(shù)據(jù)作為證據(jù)進(jìn)行推理、歸納的一種思維［5］。教師可以在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中組織歸納活動(dòng)，驅(qū)動(dòng)初中生基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)探索物理規(guī)律，訓(xùn)練學(xué)生基于物理事實(shí)得出觀點(diǎn)、推理結(jié)論的論證思維。例如，在“探究影響動(dòng)能大小的因素”實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以出示小球從斜面滾落推動(dòng)平面上方塊前進(jìn)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)調(diào)控小球質(zhì)量（如將小球改成塑料球、鋼球等）、調(diào)節(jié)斜面坡度觀察不同情況下方塊前進(jìn)的距離，并將其如實(shí)記錄下來(lái)。在演繹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、呈現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)后，組織學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行推理論證：在保持斜面坡度不變、改變小球質(zhì)量的情況下，小球質(zhì)量越大，其落下推動(dòng)方塊前進(jìn)的距離越大；在保持小球質(zhì)量不變，斜面坡度改變的情況下，斜面坡度越大，小球速度越快，下落后推動(dòng)方塊前進(jìn)的距離越大。由此類(lèi)演繹推理可知：物體動(dòng)能大小取決于物體的質(zhì)量與速度，其速度越大、質(zhì)量越大，動(dòng)能也就越大。這樣，讓學(xué)生經(jīng)歷觀察、分析、推理、論證的全過(guò)程，并基于實(shí)驗(yàn)情況、數(shù)據(jù)演繹出物理原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生論證思維的有效培養(yǎng)。

（三）借助實(shí)驗(yàn)任務(wù)促進(jìn)科學(xué)探究

科學(xué)探究素養(yǎng)由提出問(wèn)題、形成猜想、實(shí)施方案等關(guān)鍵能力構(gòu)成。在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)教學(xué)，有利于初中生的綜合發(fā)展。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)背景下，學(xué)生缺乏獨(dú)立操作、合作探究學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，對(duì)操作實(shí)驗(yàn)器材、調(diào)控實(shí)驗(yàn)變量等方法理解不透徹。任務(wù)教學(xué)法是一種圍繞具體任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生實(shí)踐的教學(xué)方法。教師可以將此教學(xué)方法應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，通過(guò)布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)驅(qū)動(dòng)初中生實(shí)踐學(xué)習(xí)，確保學(xué)生在實(shí)踐中獲取經(jīng)驗(yàn)，形成良好的科學(xué)探究能力。首先，教師可以布置實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)。基于課程主題組織初中生以小組為單位合作討論，敲定實(shí)驗(yàn)探究主題，并基于現(xiàn)實(shí)生活提出物理問(wèn)題，發(fā)出質(zhì)疑與猜想。通過(guò)布置此任務(wù)，使初中生形成發(fā)現(xiàn)物理問(wèn)題、提出猜想、制定處理方案的探究能力，為學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)探究奠定基礎(chǔ)。然后，可以布置操作任務(wù)，要求學(xué)生基于已設(shè)計(jì)的方案應(yīng)用小車(chē)、彈簧測(cè)力計(jì)等工具組裝實(shí)驗(yàn)器材，調(diào)控實(shí)驗(yàn)變量，記錄數(shù)據(jù)，從而鍛煉學(xué)生按步驟操作的實(shí)操能力。最后，可以布置總結(jié)任務(wù)，要求學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)過(guò)程、現(xiàn)象與數(shù)據(jù)做出結(jié)論，鍛煉學(xué)生物理抽象的評(píng)估能力。

（四）借助實(shí)驗(yàn)作業(yè)培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

許多物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容取材于現(xiàn)實(shí)生活。培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法解釋以及解決現(xiàn)實(shí)生活問(wèn)題的科學(xué)態(tài)度，既滿(mǎn)足“新課標(biāo)”對(duì)初中生物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)教學(xué)要求，又符合初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀。打破專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活的隔閡，教師可以從布置家庭作業(yè)入手。實(shí)際上，許多物理實(shí)驗(yàn)可以應(yīng)用生活工具完成，如土電話(huà)實(shí)驗(yàn)、卡斯卡裂桶實(shí)驗(yàn)等。教師可以圍繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)主題布置家庭實(shí)驗(yàn)作業(yè)，要求學(xué)生應(yīng)用生活中常見(jiàn)的工具探究雞蛋的沉浮、沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系、水果電池的制作，使學(xué)生在應(yīng)用常見(jiàn)物品完成物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中形成探索自然、嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)態(tài)度，提高學(xué)生核心素養(yǎng)水平。

綜上所述，培養(yǎng)初中生物理學(xué)科核心素養(yǎng)是“新課標(biāo)”提出的關(guān)鍵要求，目的是促進(jìn)初中生身心健康成長(zhǎng)與核心素養(yǎng)提升。作為物理教學(xué)課堂的組織者與管理者，教師有必要肩負(fù)起育人責(zé)任，將核心素養(yǎng)培育要素有機(jī)融入物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、組織、操作等教學(xué)活動(dòng)當(dāng)中，在潛移默化中落實(shí)物理觀念、科學(xué)思維等素養(yǎng)培育工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生物質(zhì)觀、論證思維、實(shí)踐操作等綜合能力的有效培養(yǎng)。