初中物理實驗教學中學生科學素養的培養

摘 要：實驗教學是物理教學的重要組成部分，對于培養學生的觀察能力、實驗技能和科學思維等科學素養具有不可替代的作用。分析了通過初中物理實驗教學培養學生科學素養的研究現狀和前沿動態，以及學生對物理實驗教學的需求和期望，提出了一些具體的物理實驗教學策略，如開展數字化實驗、開展虛擬仿真實驗和運用在線實驗平臺等，旨在培養學生的科學素養。

關鍵詞：初中物理；實驗教學；科學素養；數字化實驗；虛擬仿真實驗

作者簡介：黎世華（1984—），男，廣西壯族自治區百色市樂業縣同樂鎮初級中學。

隨著素質教育的深入推進，科學素養成為衡量學生綜合素質的重要指標之一。初中物理實驗教學是培養學生科學素養的重要途徑，但是當前的初中物理實驗教學存在一些問題，如實驗內容過于簡單、缺乏探究性，實驗教學方法單一、缺乏創新性等。這些問題不僅影響了物理實驗教學的質量，也制約了學生科學素養的發展。因此，開展關于初中物理實驗教學中學生科學素養培養的研究，具有重要的現實意義和理論價值。

一、初中物理實驗教學現存問題分析

當前，初中物理實驗教學在培養學生科學素養方面存在一些問題。首先，受傳統的教學觀念影響，一些物理教師更傾向于講理論知識，占據教學的主體地位，采取“灌輸式”的物理教學方式［1］。在這種方式下，實驗教學往往被視為理論教學的輔助手段，而非獨立的、重要的教學內容。若實驗教學僅僅是理論教學的附屬，學生便會缺乏主動參與、探索和發現的機會。物理是一門實驗科學，很多理論都是基于實驗進行觀察和推理得出的。如果學生沒有親自參與實驗，其理論知識的吸收和應用就會受到影響。因此，傳統的“重理論、輕實驗”的教學方式不利于學生對物理學的深入理解和探索。為了激發學生的興趣和積極性，提升他們的實踐能力和科學素養，物理教師需要積極轉變觀念，采用更加現代化和有效的教學方式。

其次，由于物理學科在初中階段的課程中占據重要的位置，物理考試成績會直接影響學生的升學情況，因此部分教師在教學過程中習慣將中考考點作為教學重點。這使得一些屬于“非重要考點”的物理實驗被忽略，相關的實驗教學設計較少甚至沒有，進一步導致學生的實驗機會減少，科學素養和實驗技能得不到全面發展。

二、學生對物理實驗教學的需求和期望

本文通過對三所初中的學生進行問卷調查和訪談，分析和總結學生對物理實驗教學的需求和期望，具體如下。

（一）完善實驗設備，保障實驗安全

在初中物理實驗教學中，學生需要完善的實驗設備來支持他們的學習。完善的實驗設備能夠保證實驗的準確性和可靠性，同時也能提升學生的學習興趣和積極性。學生希望學校能夠提供足夠的實驗器材和設備，讓他們得到更好的實踐體驗。學生還關注實驗的安全性，期望學校能夠提供安全的環境，確保實驗過程的安全［2］。此外，他們還期望教師能夠適當強調安全注意事項，讓他們了解如何避免實驗事故的發生，保證實驗順利進行。

（二）提高動手能力，深入理解物理學原理

物理是一門實踐性很強的學科，實驗教學能有效提高學生的動手能力。在實驗中，學生普遍希望自己能夠有更多的動手操作機會，以加強對物理知識的掌握。另外，學生期望教師能夠引導他們進行探究性學習，讓他們在實驗中發現問題、分析問題并解決問題，從而更加深入地理解物理學原理。

（三）貼近生活，激發物理興趣

物理實驗與生活實際相結合，不僅有助于學生理解物理學原理，還能激發他們對物理的興趣。在物理實驗中，當學生看到所學的理論知識能被用來解決生活中的實際問題時，他們會感受到物理的實用性，從而更有動力去學習和探索物理知識。生活化的物理實驗能讓學生更好地理解和記憶物理知識。有的理論知識抽象、難以理解，但如果將之與日常生活中的事物或現象相聯系，便能使其變得生動且易于理解。生活化的物理實驗還可以激發學生的學習興趣，當學生在實驗中獲得成功時，他們會感到興奮和滿足，對學習產生高漲的熱情。例如，在研究聲音的傳播時，教師可以讓學生通過制作簡易的樂器來感受聲音的振動和傳播。

三、通過初中物理實驗教學培養學生科學素養的策略方法

隨著現代信息技術的發展，數字化實驗、虛擬仿真實驗、在線實驗平臺等新型實驗教學方式逐漸受到關注。這些新型教學方式可以彌補傳統實驗教學的不足，為學生提供豐富多樣的實驗學習體驗。

（一）創新實驗器材，更新教育觀念

物理實驗教學方式需要適應科技的發展和教育的需求，以更好地培養學生的科學素養。創新物理實驗教學方式離不開創新實驗器材，如果物理實驗教學受限于實驗器材，那么實驗效果和學生的探究欲望也會在一定程度上受到限制。信息時代背景下，很多新型實驗器材涌現，這些器材不僅新穎，而且貼近生活，能夠很好地模擬物理現象，幫助學生深入理解物理學原理。比如：數字化的溫度計、熱流計等熱學實驗器材，能夠精確測量溫度和熱流，幫助學生探究熱傳遞規律以及熱量與溫度的關系；智能化的電壓表、電流表等電學實驗器材，可以實時顯示電流、電壓等電學參數，學生可以利用這些器材開展電路設計、與歐姆定律相關的電學實驗，深入理解電學知識；高精度計時器、在線數據采集器等儀器，能夠提高測量的精度和效率，有助于學生記錄和分析實驗數據，提高其數據處理和分析能力。

創新實驗器材的應用，不僅可以突破傳統實驗方式的局限，提高實驗的準確性和可靠性，而且可以增強實驗的趣味性和探究性，激發學生的好奇心和探究欲望。通過使用創新實驗器材，學生可以在動態的真實情境中進行探究，培養實踐能力。創新實驗器材的應用需要教師具備相應的素質和能力。教師需要及時更新自己的教育觀念，掌握新的教學方法和技術，不斷提高實驗教學水平，以便更好地引導學生進行實驗學習。

（二）數字化實驗

隨著科技的不斷發展，數字化技術深入滲透到各個領域。在初中物理實驗教學中，數字化實驗已經成為一種趨勢。數字化實驗利用數字傳感器技術、數據處理技術、數據分析與可視化等技術［3］，為學生提供更加豐富、精確的實驗數據和良好的實驗體驗，有助于培養學生的科學素養和實驗技能。

數字傳感器技術是數字化實驗的核心技術之一。利用數字傳感器可以實時采集實驗數據，減小傳統實驗中手動讀取數據的誤差，使實驗數據更精確可靠，學生更好地理解物理規律。在數字化實驗中，數據分析與可視化是關鍵環節。通過數據分析，學生可以了解實驗數據的分布、趨勢和規律；通過可視化，學生可以將數據以圖表、圖像等形式呈現出來，直觀地理解物理規律。例如，學生使用數字化光度計和角度傳感器，可以精確測量入射角和折射角的大小，并計算折射率；使用磁場傳感器和數據采集器，可以實時測量感應電流的大小和方向，通過改變磁場的方向和強度，觀察感應電流的變化，理解電磁感應現象的基本原理。在數字化實驗中，學生能夠準確地測量和處理實驗數據，提高實驗的可信度和說服力，培養科學探究能力。

此外，在線實驗管理系統是數字化實驗中實現實驗數據遠程傳輸、監控和管理的重要工具。通過在線管理系統，教師可以方便地對學生的實驗數據進行監控和管理，及時了解學生的實驗進展和問題，提升實驗教學的效果和質量。

（三）虛擬仿真實驗

虛擬仿真實驗是利用計算機技術模擬真實實驗環境的實驗方式。通過虛擬仿真實驗，學生可以在計算機上模擬物理實驗，理解物理學原理。虛擬仿真實驗具有較高的安全性、便捷性和可重復性［4］，同時可以幫助學生掌握正確的實驗操作技巧，提高他們的實驗能力和科學素養。

以原子光譜的虛擬仿真實驗為例，在這一實驗中，學生可以通過虛擬仿真技術，模擬不同能級上的原子光譜線，探究光譜線的特征和規律，并深入理解原子的結構和性質。首先，學生從軟件提供的原子模型中選擇一種自己感興趣的原子，如氫原子、氦原子，觀察所選原子的內部電子云分布和能級結構，了解不同能級之間的能量差異。然后，通過軟件模擬不同能級之間的躍遷，觀察產生的光譜線。對比模擬生成的光譜線與已知的原子光譜圖譜，分析光譜線的特征和規律，了解不同能級躍遷產生的光譜線類型和它們對應的波長范圍，并結合原子內部結構和光譜線特征，深入理解原子的性質和行為。最后，使用數據采集與分析工具，記錄實驗數據，整理成表格或圖表的形式，分析和比較不同原子模型的光譜線特征。根據實驗數據和觀察結果，總結實驗結論，理解原子光譜與原子結構之間的關系，以及它們是如何體現原子的性質的。

（四）在線實驗平臺

在線實驗平臺教學是一種基于互聯網的實驗教學方式，通過在線實驗平臺，學生可以在自己方便的時間進行實驗。只要有互聯網連接，學生就可以隨時隨地進行在線實驗［5］，大大節約時間成本，獲得更多的學習機會。另外，在線實驗平臺一般整合了大量的實驗資源，包括詳細的實驗指導、視頻教程、實驗模擬器等，有利于學生理解實驗的原理和操作步驟。此外，學生可以實時提交實驗數據和結果，獲取教師的反饋和建議，從而進一步理解實驗中的問題，并進行相應的改進。在線實驗平臺還鼓勵學生自主學習。在沒有教師現場指導的情況下，學生需要自主查找資料、設計實驗方案、分析數據和得出結論，這可以培養學生獨立思考和解決問題的能力。

在線實驗平臺為物理實驗教學帶來了巨大的變革和機遇，它不僅為學生提供了更靈活、便捷的學習方式，還促進了學生的自主學習。隨著科學技術的持續進步和教育理念的不斷更新，我們有理由相信，在線實驗平臺將在未來的物理教學中發揮越來越重要的作用，成為一類不可或缺的實驗教學工具。

（五）生活化實驗

物理學作為一門揭示自然界運行規律的學科，常常因為其抽象的概念和理論讓學生感到困擾。如何將物理知識生動、直觀地呈現給學生，讓他們真正感受到物理學的魅力呢？生活化實驗為我們提供了一個極好的途徑。

將實驗內容與生活相結合，可以讓學生意識到物理并不遙遠，而是與生活息息相關的，從而激發學生的學習興趣，使他們更加主動地投入物理學習中［6］。利用日常生活中的物品進行實驗，能讓學生直觀地看到物理學原理在現實中的應用，加深對知識的理解。由于實驗材料源于生活，學生在操作時會有更多的新鮮感和學習熱情。通過生活化實驗，學生能夠將物理知識應用到實際生活中，實現知識遷移。例如，利用自行車進行力學實驗，探究自行車的機械能轉化。學生騎行自行車，記錄起始速度和結束速度，測量行駛距離和所用時間，然后計算自行車的平均速度和功率，分析自行車行駛過程中的機械能轉化情況，探究不同情況下的能量損失和效率。在這一實驗中，學生可以探究自行車行駛過程中的機械能轉化情況，了解不同情況下的能量損失和效率，以及功率的概念和應用，為設計和改進自行車提供理論支持。

生活化實驗不僅有助于提高學生對物理知識的理解能力，還能激發他們的學習興趣，提升其實踐能力。教師應該多引入生活化實驗到物理課堂中，幫助學生理解和應用物理知識，為他們的全面發展打下堅實的基礎。

結語

總之，初中物理實驗教學中學生科學素養的培養需要從多方面入手。教師在教學中應該關注實驗方法的發展，注重對學生科學思維的引導和科學探究精神的激發，根據實際情況采取有效的教學策略和方法，提高學生的科學素養水平。未來，我們可以進一步探討如何將人工智能技術與實驗教學相結合，創新實驗教學方式，提高實驗教學的趣味性和實效性。另外，教師還需要加強實驗教學評價，全面了解實驗教學的效果和學生科學素養的發展狀況，為進一步完善實驗教學提供有力支持。

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