科學探究能力培養的初中物理實驗教學

【摘要】本研究以人教版“用電流表測量電流”實驗為例，結合當下初中物理實驗教學實際情況，對ADI教學模式進行優化，從課前、課中、課后三個階段落實實驗教學新模式。課前以激發學生興趣為主；課中以實驗教學實踐為主，注重學生主體性，培養學生科學探究能力；課后以總結評價為主，對學生科學探究能力進行強化。希望通過此次實驗教學模式研究，提升學生的科學探究能力，為其未來的科學學習和創新實踐奠定堅實基礎。

【關鍵詞】科學探究能力；初中物理；實驗教學；用電流表測電流

ADI教學模式是由美國科學教育專家Michael J. Padilla和Jo Meyer設計并提出的，其原理是將科學論證融入科學教學中。該模式的核心思想在于通過實踐推動學生論證，將科學實驗、科學推理、科學討論有機結合，以促進學生學習科學的主動性。其包含了8個階段的探究活動，受我國初中教學模式的影響，難以在一節課的實踐內，完成實驗教學活動，并且ADI教學模式會直接給出學生所研究的問題，不利于學生科學探究能力的培養[1]。本文通過對ADI教學模式進行優化，以學生科學探究能力培養為主要目標，探究實驗教學新模式。

一、基于科學探究能力培養的初中物理實驗教學模式流程

為培養學生科學探究能力，在初中物理實驗教學中，以ADI教學模式為基礎進行優化。按照課前、課中、課后三個階段，對ADI教學模式的8個環節進行拆分，在滿足初中物理課堂時間限制的基礎上，強化學生科學探究能力。其中課前活動以提問、猜想與假設為主，教師根據課程標準要求，研讀教材內容，制定實驗手冊，并將實驗手冊上傳至在線教學平臺，提醒學生接收實驗手冊。學生在接收到實驗手冊后，根據實驗手冊提出問題、猜想以及假設，并回傳至在線教學平臺。教師根據學生反饋的實驗手冊，了解學生課前準備情況，以便后續針對性調整實驗教學策略。與此同時，教師需要提前準備好實驗器材。

在課中階段，學生為學習的主體，實驗方案的設計、實驗過程中的信息獲取以及處理分析，均由學生小組共同完成。教師在此過程中，做好引導作用，對學生疑問進行答疑解惑，關注學生實驗安全。在學生完成實驗后，教師組織學生小組輪流展示實驗結果，引導全班同學對實驗現象、實驗結果進行技能型交流討論。

課后階段，教師通過在線教學平臺，為學生分發實驗手冊，學生根據課堂實驗過程，認真填寫實驗手冊，學生根據評分標準進行自我評價，隨后回傳至在線教學平臺。接下來，教師對學生實驗手冊填寫情況進行綜合評定，從問題的提出、問題解決過程、問題驗證等三個方面，全面評價學生的科學探究過程。最后，利用在線教學平臺，上傳物理知識總結性教學視頻，要求學生完成觀看，強化學生科學探究能力，以此形成教育閉環[2]。

二、基于科學探究能力培養的初中物理實驗教學實踐

根據前述實驗教學流程，以人教版“用電流表測電流”實驗為例，開展實驗教學活動，落實《義務教育物理課程標準（2022年版）》中培養學生科學探究能力的核心素養。

1.課前實驗準備：奠定科學探究基礎

基于前述流程，教師需要根據“用電流表測電流”實驗的內容，為學生制定實驗手冊。教師在制定實驗手冊時，需要注意以下幾點：（1）問題的設置要基于真實的生活情境，幫助學生將理論知識與實際生活相結合，深化對物理現象的理解；（2）手冊內容需要包括詳細的實驗步驟和操作指南，以便學生在實驗過程中能夠準確無誤地執行；（3）實驗手冊應包含實驗數據的記錄和分析部分，數據的準確記錄是實驗分析的基礎，而深入的分析則能幫助學生更好地理解實驗現象背后的物理規律；（4）手冊中應設置反思與討論環節，反思有助于學生總結實踐經驗，找出實驗中的不足之處，為后續的實驗探究提供改進的方向。

基于上述要求，教師可以為學生設置如下問題情境，幫助學生明確“用電流表測電流”實驗的目的。“在日常生活中，我們常常觀察到燈泡發光的現象，其背后實則是因為有持續的電流通過。然而，有時我們會發現家里的燈泡會忽明忽暗，這一現象究竟是何原因所致？在這種情境下，電路中的電流又會發生怎樣的變化？更進一步地說，燈泡的亮度與電流大小之間又存在著怎樣的內在聯系？”

通過設置生活化的問題情境，能夠引導學生將理論知識與實際生活情境相結合，深入思考電流與燈泡亮度之間的關系。通過觀察和思考，學生將能夠逐步明確實驗的目的，即探究電流與燈泡亮度之間的具體聯系，進而深化對電流概念的理解。

2.課中實驗實施：落實科學探究培養

（1）設計實驗方案。教師引導學生以分組形式開展活動，每組由3-4名學生組成。小組內，學生圍繞“用電流表測電流”實驗展開深入的討論，明確影響實驗結果的自變量與因變量。通過分析實驗原理，理解電流與燈泡亮度之間的關系，進而思考如何通過調整變量來觀察電流的變化。在充分討論的基礎上，各小組根據實驗目的和所提供的器材，精心選擇實驗裝置，并設計出具體的實驗方案。

學生通過討論分析，可以明確電流的變化與電源相關，可將電流作為自變量，而燈泡亮度作為因變量。通過增加電池數量，改變電路電流，完成實驗探究。在設計實驗方案的過程中，不僅能夠鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，還能培養其嚴謹的科學態度和科學探究能力。

（2）獲取信息。在科學實驗探究中，數據等信息不僅是實驗結果的直接體現，更是學生理解、分析和解釋科學現象的基礎，同時也是推動科學交流和合作的重要工具。因此，在初中物理實驗探究過程中，教師需要注重培養學生的信息獲取能力，為科學探究能力培養提供科學依據。

在“用電流表測電流”實驗中，教師需要組織學生小組討論在該實驗中，通過收集何種信息，能夠進行實驗現象分析。例如，通過觀察小燈泡的亮度變化，可以間接推斷出電路中電流的大小；通過比較不同電流下電池節數的差異，可以進一步探究電流與電源之間的聯系；改變電路中電流表的位置，觀察電流示數變化情況。

在整個信息獲取的過程中，教師還需特別強調實驗的安全性，確保學生在操作電流表等器材時遵循正確的安全規范；教師還應關注數據收集的準確性，指導學生正確使用電流表的方法，以獲取可靠的實驗數據；教師應確保每個學生都能在小組中發揮自己的長處，共同為實驗的成功貢獻力量。

（3）處理與分析信息。獲取實驗信息后，學生需要對所收集的信息進行處理和分析。在“用電流表測電流”實驗中，學生需要對測得的電流值進行整理、比較和分析。學生可以使用表格、圖表等形式呈現數據，以便更直觀地分析數據之間的關系和規律。

在分析數據時，學生需要運用所學的物理知識和實驗原理來解釋實驗現象。例如，學生可以通過分析電流示數與小燈泡亮度之間的關系來解釋電流值的變化。通過分析數據，學生不僅能夠加深對物理知識和實驗原理的理解，還能夠培養批判性思維和問題解決能力。學生需要學會從數據中發現問題、提出假設并進行驗證，從而不斷提升自己的科學探究能力。

（4）成果展示與交流。首先，各實驗小組需將實驗數據、記錄及分析結果整理成報告，以圖表和文字形式清晰呈現。該過程不僅要求學生準確記錄實驗數據，還需對數據進行深入分析，挖掘數據背后的科學規律。通過撰寫報告，學生的邏輯思維和表達能力得到鍛煉。

其次，每個小組輪流上臺展示實驗成果。在展示過程中，學生需詳細介紹實驗過程、數據分析及結論，并回答其他同學或教師的提問。該環節不僅考驗學生的表達能力，還要求學生具備應對突發問題和質疑的能力。通過展示與交流，促使學生之間的思想發生碰撞，有助于深化其對實驗原理和科學規律的理解。

最后，教師還需對學生的展示內容進行評價與反饋。對于展示中的亮點和創新點，教師應給予肯定和鼓勵；對于存在的問題和不足，教師應提出具體建議和指導，幫助學生進一步完善實驗報告，提升學生科學探究能力。

3.課后實驗總結：強化科學探究能力

科學探究能力的形成，并非能夠通過課堂教學快速實現。課堂教學活動為學生提供基本的理論知識和方法指導，然而，真正的科學探究能力卻需要在實踐中不斷磨礪和提升[3]。因此，初中物理教師需要充分利用線上教學平臺，引導學生完成實驗總結，強化學生科學探究能力。

（1）完成實驗手冊。完成實驗手冊不僅是對實驗過程的梳理，更是對實驗知識和技能的鞏固。學生通過填寫實驗手冊，能夠系統回顧實驗目的、原理、步驟及結果，深入反思實驗中的得失，進一步加深對科學探究的理解。

在“用電流表測電路”實驗手冊填寫過程中，學生應詳細記錄實驗的全過程。從實驗器材的準備開始，學生應列出所需器材清單，并說明器材的用途。接著，學生應詳細描述實驗步驟，包括電路搭建、器材連接、數據測量等，確保每一步都清晰明了。在實驗結果部分，學生應記錄所獲得的數據，并繪制相應的圖表。此外，學生還應分析實驗結果，解釋實驗現象，并與理論預期進行比較，提出對實驗以及物理現象的見解和疑問。學生在填寫完實驗手冊后，需要總結自身在實驗過程中遇到的問題，并思考在后續實驗探究活動中，如何避免此類問題的再度發生。隨后將實驗手冊上傳至班級教學平臺，以便教師能夠在線審批。通過完成實驗手冊，學生不僅能夠加深對實驗內容的理解，還能夠提升自身的實驗技能和科學探究能力。

（2）評審實驗手冊。實驗手冊中包含學生對自身實驗過程的反思，但受限于學生認知水平，反思難免存在片面性。因此，教師在學生全部上傳實驗手冊后，可以利用在線教學平臺智能審批功能，對學生實驗手冊進行評審，以便能夠發現學生未發現的問題，進而提出具體的改進建議。具體而言，教師在評審學生實驗手冊時，需要注重以下幾點：①檢查實驗手冊的完整性，確保學生詳細記錄了實驗的每一個步驟和結果；②關注實驗數據的準確性和可靠性，檢查學生是否按照實驗要求進行正確的測量和記錄；③分析學生的實驗結果分析部分，評估學生是否能夠運用所學知識對實驗結果進行合理解釋和討論；④關注學生的反思與改進部分，了解學生在實驗過程中的收獲和不足，并提出具體的改進建議；⑤注重與學生的溝通和交流。對于學生的優點和亮點，應給予充分的肯定和表揚；對于學生的問題和不足，應提出具體的改進建議和指導；⑥應鼓勵學生之間的相互評價和交流，讓學生在相互學習中不斷進步。

通過評審實驗手冊，學生不僅能夠認識到自身在實驗中的不足和需要改進的地方，還能夠從他人的優秀表現中汲取經驗，進一步提升自身的科學探究能力。以此來增強學生的責任感和自信心，激發其對科學探究的熱情和興趣。

（3）總結與反饋。總結與反饋是本次實驗教學模式的最后環節，也是培養學生科學探究能力教學模式的閉環步驟。通過總結與反饋，學生得以全面審視實驗過程，深化對實驗內容的理解，進而強化自身的科學探究能力。

在實驗結束后，教師應組織學生進行實驗總結。該過程中，學生需要回顧實驗目的、原理、步驟和結果，分析實驗中的成功與不足，思考如何改進實驗方法和提高實驗效果。并且，教師應引導學生對實驗過程中遇到的問題進行梳理和反思，探討問題產生的原因和解決方案，培養學生的問題解決能力。

在總結的基礎上，教師應給予學生具體的反饋。反饋內容應涵蓋學生在實驗設計、操作、數據分析和結論得出等方面的表現。教師還應關注學生在實驗總結與反饋過程中的態度變化。該過程有助于培養學生的批判性思維、創新能力和團隊合作精神，為學生在未來的學習和工作中奠定堅實的基礎。

三、基于科學探究能力培養的初中物理實驗教學反思及建議

本次實驗教學探究在實踐過程中，仍存在以下兩方面問題：一方面，教學評價形式亟待優化。當前的評價方式往往側重于實驗結果和書面報告，對學生的實驗過程、思維發展和問題解決能力等方面的評價需進一步升華。為更好地培養學生的科學探究能力，后續需要構建多元化的評價體系。將實驗操作的規范性、實驗設計的創新性、實驗數據的處理與分析能力、團隊合作與溝通能力等多個方面內容加入評價體系中。通過綜合評價學生在各個方面的表現，以便更準確地評估學生的科學探究能力，并針對性地提供指導和幫助。另一方面，信息技術在實驗教學中的應用不足，也是當前需要關注的問題。在本次教學實踐中，只利用了線上教學平臺以及智能批改功能，虛擬實驗室等技術應用程度不深。為改進該狀況，后續實驗教學中，需加強信息技術在實驗教學中的應用。具體而言，可以利用多媒體技術展示實驗原理和過程，提高學生的學習興趣和參與度；利用虛擬實驗軟件模擬復雜實驗，降低實驗成本和風險等。

四、結語

綜上所述，本次初中物理實驗教學以培養學生科學探究能力為根本目標。在ADI教學模式的基礎上進行優化，以滿足當下初中物理教學的實際情況。通過課前精心準備、課中有效實施以及課后及時總結與反饋，學生能夠在實驗中不斷發現問題、解決問題，從而逐步提升科學探究能力。

【參考文獻】

[1]周飛.以初中物理實驗教學培養學生科學探究能力[J].數理化解題研究，2022（32）.

[2]楊洪云，李秀燕.基于科學探究能力培養的初中物理PBL教學模式初探—以“空氣的‘力量’”為例[J].中學理科園地，2022（03）.

[3]馮秀女.重視物理實驗教學培養學生科學探究能力[J].現代農村科技，2021（01）.