指向創新能力培養的初中物理實驗教學策略

摘 要：實驗教學是國家課程方案和課程標準規定的重要教學內容，是培養學生創新能力的重要途徑。當前初中物理實驗教學存在實驗內容單調、方法陳舊和資源匱乏等問題，導致學生的創新能力得不到有效培養。為了激活學生的創新思維，提升學生的實踐能力，教師應從注重實驗方案的多樣化、豐富實驗內容的層次性、加強實驗的反思與討論、開發跨學科實踐項目和設計多元化的創意作業等方面，探索優化初中物理實驗教學的策略，培養學生的創新能力。

關鍵詞：初中物理；實驗教學；創新能力

中圖分類號：G63 文獻標識碼：A 文章編號：0450-9889（2024）19-0121-04

中小學階段是培養學生創新素養的關鍵時期，如何在這一重要階段對學生進行培根鑄魂、啟智潤心，賦予學生更多的創新精神和創新能力，是廣大中小學教育者面對的時代課題。實驗教學是國家課程方案和課程標準規定的重要教學內容，是培養學生創新能力的重要途徑。2019年11月，教育部在《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》中提出，實驗教學要強化學生實踐操作、情境體驗、探索求知、親身感悟和創新創造，著力提升學生的觀察能力、動手實踐能力、創造性思維能力和團隊合作能力，培育學生的興趣愛好、創新精神、科學素養和意志品質。初中物理實驗教學對培養學生的科學素養和創新能力等方面具有獨特優勢［1］。《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《2022年版物理課標》）要求教師高度重視實驗教學，充分發揮物理實驗教學的育人功能，培養學生的問題解決能力和創新精神［2］。然而，當前初中物理實驗教學存在實驗內容單一、方法陳舊和資源匱乏等問題，導致學生的創新能力得不到有效培養。筆者從實驗教學設計、教學方法、教學環境等多個維度出發，提出一系列指向創新能力培養的初中物理實驗教學策略，以期為學生的創新能力發展提供有力支持。

一、初中物理實驗教學與學生創新能力培養的問題

（一）實驗內容單調，缺乏創新性

當前的初中物理實驗教學，大部分實驗內容比較固定和單調，主要集中在驗證已知的物理原理和定律上，缺乏設計性和探索性的實驗內容。學生在實驗中更多的是按照既定的實驗步驟進行操作，很少有機會去嘗試和探索新的實驗方法和思路，從而限制了學生創新思維的發展。

（二）實驗方法陳舊，缺乏啟發性

受傳統教育觀念的影響，部分教師仍擺脫不了教師講解、學生全盤接受的傳統教學方式。一些初中物理教師在實驗教學中可能過于依賴傳統的講授和演示方式，缺乏對學生獨立思考和創新思維的引導。這種“填鴨式”的教學方法，容易讓學生陷入被動接受的狀態，缺乏主動探究意識，機械地對照教材完成物理實驗，難以培養學生的創新能力。

（三）實驗資源匱乏，缺乏實踐性

實踐操作是物理學習的關鍵環節，有助于學生將理論知識轉化為實際能力，激發創新思維。然而，一些初中學校由于實驗場地、儀器設備和材料等教學資源匱乏，導致學生沒有足夠的機會進行實踐操作。缺乏實踐操作的機會，導致學生難以直觀理解物理原理，限制了學生對物理知識的深入探索和運用。許多物理實驗教學更像是“走過場”，或者半途而廢改成了“講實驗”，學生最終不得不通過死記硬背來掌握實驗內容和結論，導致不利于學生物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等核心素養的培育和發展［3］。

二、初中物理實驗教學培養學生創新能力的原則

（一）以教師為主導，以學生為主體

在初中物理實驗教學中，教師作為引導者，需要轉變傳統的“填鴨式”教學模式，設計富有趣味性、挑戰性和啟發性的教學活動，激發學生的好奇心和求知欲，為學生創造探索物理世界的機會。教師精心設計驅動性問題，有目的、有針對性地引導學生“走向成功”，這比直接讓學生在物理實驗中盲目地摸索，教學效果更佳。學生作為學習的主體，應積極參與實驗探究活動，主動思考和探索，在實踐中發現問題、分析問題和解決問題，通過實踐操作來深化對物理知識的理解，培養創新思維和創造能力。

（二）培養發散性思維，鼓勵質疑挑戰

發散性思維是獲得創造性解決問題的思路和方法的有效途徑。在初中物理實驗教學中，教師可以通過設置問題情境、引導學生從多角度去思考問題、鼓勵學生提出自己的見解和方案等方式，培養學生的發散性思維；通過讓學生自行設計實驗方案、分析實驗結果、提出改進建議，培養學生的獨立思考能力和創新能力。同時，教師還需要給予學生充分的支持和鼓勵，讓學生敢于嘗試、敢于創新、敢于面對失敗和挑戰。這樣，學生才能在不斷的探索中提升創新能力。

三、初中物理實驗教學培養學生創新能力的策略

教育家劉佛年先生說過，學生只要在學習過程中有點新思想、新觀念、新意圖、新做法、新方法等，都可以稱得上創新。在初中物理實驗教學中，學生可以通過自主設計實驗方案、進行實驗操作、觀察實驗現象、分析實驗結果等一系列的學習過程，激發創新思維，培養創新能力。

（一）注重實驗方案的多樣化，拓展學生的探索空間

物理實驗能有效激發學生學習物理的興趣，提高學生對物理實驗現象的關注度和探究意識。因此，教師應結合教學內容和學生的生活實際，引入具有創新性和挑戰性的實驗項目，激發學生的探究欲望和創新思維。例如，在學習人教版物理八年級上冊第一章第2節“運動的描述”時，為了讓學生知道機械運動，能說明機械運動的相對性，教師設計了“一起拍電影”小組合作實驗：利用白云墻紙、孫悟空貼畫、透明線等小道具，模擬孫悟空竄上天的鏡頭。教師引導學生自主設計實驗方案、觀察實驗現象、分析實驗結果，這種自主探究的過程不僅可以深化學生對物理知識的理解，而且有助于培養學生的創新思維。

多樣化和富有探究性的實驗主題，能夠為學生提供廣闊的探索空間。學生通過自主選擇實驗材料和設計實驗方案，在探索中發現問題、分析問題和解決問題，逐漸培養創新思維和實踐能力。例如，“探究不同材料對熱傳導性能的影響”的教學目標是通過實驗探究不同材料對熱傳導性能的影響，理解熱傳導的基本原理。教師提供金屬、塑料、木材等多種不同材料的樣本，以及加熱設備、溫度計、絕緣材料等，鼓勵學生獨立思考，根據實驗目的自主選擇實驗材料、設計實驗方案，并進行實驗驗證。教師提供必要的指導和支持，但不過多干預學生的實驗過程。學生在材料的選擇和比較中培養了對比分析能力，在對實驗現象的觀察、思考和質疑的過程中發現新問題、發展了創新思維，在推理和實驗驗證中鍛煉了解決問題的能力。

（二）豐富實驗內容的層次性，提升學生的認知能力

認知能力是創新的基礎，創新則是認知能力的升華。認識能力越強的學生，越能發現新問題、提出新見解。通過不斷地嘗試和突破，學生能夠將所學知識轉化為新穎的觀點和方法，從而推動創新能力的發展。在物理實驗教學中，教師可以根據實驗目的和學生的認知水平，設計富有層次與挑戰的開放性實驗，引導學生層層深入地探索物理知識，提升認知能力。教師從基礎實驗入手，逐步引入復雜實驗，讓學生在實踐中不斷挑戰自我，深化對物理知識的理解。

實驗內容的層次性對學生認知能力的提升至關重要。教師設計具有不同難度層次的實驗內容，引導學生逐步深入探究，從而增強學生的理解力和分析力。例如，學生學習了人教版物理八年級下冊第七章第2節“彈力”后，針對課本實驗“練習使用彈簧測力計”，教師可以設計項目式學習活動“彈簧測力計DIY學習手冊”，要求學生利用身邊的材料，自主設計、制作一個彈簧測力計并進行優化。“彈簧測力計DIY學習手冊”包含以下子任務：認識彈簧測力計—設計彈簧測力計—制作彈簧測力計—優化彈簧測力計—評價彈簧測力計。學生完成項目式學習活動，掌握了彈簧測力計的結構、功能、原理和使用方法。這樣有層次的學習任務，學生可以逐步從基礎知識掌握，到復雜問題分析，再到創新應用實踐，實現認知能力的全面提升。

教師布置開放性的實驗任務，鼓勵學生自主設計、探索和實踐，能夠激發學生的創新思維，培養學生的問題解決能力。通過開放性實驗，學生能在實踐中深入理解物理原理，探索未知并發現新規律，從而激發創新潛能，為未來的科學研究和技術創新奠定堅實基礎。例如，學生學習了人教版物理八年級下冊第十一章“功和機械能”后，教師要求學生設計并制作一個能夠將重力勢能轉化為動能的機械裝置。學生根據實際需要，選擇木塊、繩子、滑輪、小車、彈簧、電動機、傳感器等材料設計實驗，創造出不同的機械裝置來實現重力勢能向動能的轉化。這個實驗任務具有開放性，允許學生自由發揮想象，嘗試不同的解決方案。學生在實際操作中活用方法、巧用工具，培養了動手實踐能力，豐富了想象力和創造力。

（三）加強實驗反思與討論，推進實驗手段的數字化

加強實驗反思與討論不僅能加深學生對知識的理解和掌握，而且能讓學生從多個角度審視實驗，提出疑問，評估實驗方法的優缺點。反思與討論的過程有助于培養學生的批判性思維能力、交流合作能力和問題解決能力，對學生的全面發展具有積極作用。學生在交流討論中拓寬思維視野，激發創新靈感，通過對實驗器材、實驗現象、實驗結果進行分析，進而提出改進方案，利用現代技術工具進行實驗模擬和數據分析，提高實驗的精度。《2022年版物理課標》提出，當有些物理實驗無法通過傳統實驗器材完成，或很難達到預期的效果時，可借助信息技術手段，通過數字實驗設備完成。目前，現代實驗技術——數字化信息系統（DIS）已融入初中物理教材與課堂，為實驗教學注入了嶄新活力。

利用DIS實驗可實現動態數據實時測量、記錄，獲得大量可靠數據，依據大量數據樣本即時繪制規律圖像，使實驗現象直觀化，便于學生觀察、分析。DIS實驗促使傳統實驗由定性分析向定量探究推進，增強學生的實踐體驗。例如，在人教版物理八年級下冊第十章第2節“阿基米德原理”一課教學中，學生發現課本中“探究浮力的大小與排開液體所受重力的關系”的實驗方案，無法連續測量排開液體所受重力的關系，且吊著重物的彈簧測力計的下降難以保證勻速，導致測量結果不準確。教師組織學生分學習小組進行討論，想辦法改進實驗方案。在教師的引導下，學生想到要保證重物靜止，就需要一個不會收縮的測力計，可以使用DIS力學傳感器，以提高測量的科學性和準確性。學生改進實驗方案如圖1所示，利用DIS力學傳感器讀出重物所受到的浮力大小，以及小桶承接到的排開水的重力大小，使得同時讀數更為方便和準確。

推進實驗手段的數字化，不僅能豐富實驗內容，而且能培養學生的信息素養和創新能力。DIS實驗系統能夠大幅提高實驗的測量精度和數據處理效率，實現動態數據的實時測量與記錄，便于學生直觀地觀察實驗現象，分析實驗結論，還能促使實驗教學由定性分析向定量探究過渡。因此，在初中物理實驗教學中，教師應引導學生加強對實驗的反思與討論，讓學生利用傳統實驗器材和DIS實驗進行實驗創新，有效增強學生的實踐體驗，進一步培養學生的創新思維和科學探究能力。

（四）開發跨學科實踐項目，激發學生的自主探索精神

《2022年版物理課標》提出，跨學科實踐主題內容的設計與日常生活、工程實踐及社會熱點問題密切相關，旨在發展學生跨學科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力，培養學生積極認真的學習態度和樂于實踐、敢于創新的精神。開設初中物理跨學科實踐項目的校本課程，旨在讓學生從多角度、多領域探索物理知識，拓展學生的知識視野，激發學生的自主探索精神。學生在跨學科實踐活動中，能夠自主發現問題、解決問題，形成跨學科的知識體系和思維方式，全面提升創新能力和綜合素養。

真實情境下的跨學科實踐項目更能激發學生的學習興趣和學習動力，促使學生主動探索、自主學習，通過跨學科的學習促進思維進階［4］。教師可以開發基于真實情境的跨學科實踐項目，包含但不限于圖2所示內容。跨學科實踐項目將物理知識與社會生活、其他學科知識緊密結合，讓學生在真實情境中運用物理知識解決跨學科問題。跨學科實踐活動要求物化學習成果，增強學生的知識遷移運用能力和動手操作技能，培養學生的跨學科思維。跨學科實踐項目豐富了學生的學習體驗，幫助學生構建完整的知識體系，有利于提高學生的綜合素質和未來的競爭力。

1.環境監測與保護：學生可以利用物理學的知識和技術，如溫度、濕度、風速等的測量，來監測環境變化。通過實際觀測和數據分析，學生深入了解物理測量原理，還能提出保護環境的措施，實現物理與地理、生物學等學科的交叉融合。

2.能源調查與效率提升：學生可以探究太陽能、風能等不同類型能源的應用，評估它們的效率并嘗試改進。這個項目結合了物理中的能量轉化原理和數學的數據分析，同時也涉及環境科學和社會學的內容，有助于學生全面了解能源問題。

3.設計與制造：學生可以設計并制造一個小型機械裝置或電子設備。這個項目結合了物理中的力學、電學和電磁學知識，同時涉及設計思維和工程實踐，有利于培養學生的創新精神和實踐能力。

4.物理與體育跨學科實踐：通過分析引體向上、跳繩、擲實心球、拔河等體育項目中的物理原理，學生可以更好地理解力學知識，并將理論知識運用于實際情境中。

（五）設計多元化的創意作業，指導學生體驗多樣化的科技活動

作業是課堂教學的延伸、補充和拓展。初中物理實驗教學中，教師可以在課堂或課后設置問題解決情境創意作業，激發學生的創新思維。教師布置課外小實驗、小制作、小發明等與物理知識緊密聯系的作業，鼓勵學生利用身邊的物品和器材進行實驗，可以有效彌補學校物理實驗設備、材料的不足，讓學生在實踐操作中感受物理的趣味和價值。例如，以生活物品設計物理實驗作業，作業內容包括自制密度計、設計制作簡易潛望鏡、設計制作萬花筒、探究雙面鏡成像個數與鏡成夾角的關系等，學生將制作或探究過程寫成一份實驗報告，從而實現深度學習。教師設計多元創意作業，讓學生經歷更多的實踐和探究，不斷提升創新能力［5］。

科技活動涵蓋了物理知識的探索、實驗操作的實踐和科學原理的應用等多個方面，為學生提供了挑戰和展示自我的平臺，提供了更多動手實踐的機會。在動手實踐過程中，學生會遇到一些問題，自然會開動腦筋思考解決問題的辦法，同時也會提出更多相關的問題，而這些問題反過來會進一步激發學生的探索欲望。學生在參與科技活動過程中實現“玩中學”“學中玩”，在競賽中互學互鑒、共同提升，實踐能力、創新意識和科學素養都得到全面提高。例如，南寧市第二中學物理教師課外指導學生設計富有創意和趣味性的物理游戲、創新實驗展示等，參加學校每年舉辦的科技節，鼓勵學生展示自己的才華和創新能力；組織和指導學生參加每年的全國青少年勞動技能與智能設計大賽，學生在進行設計和比賽的過程中，動腦想、動手做，體會物理原理的應用與價值，培養和提高跨學科思維、勞動技能、創新能力和綜合素質。通過參與科技活動，學生能在不同領域感受物理的魅力，拓寬視野，為未來的科技創新奠定堅實基礎。

總之，創新能力的培養離不開寬松民主的學習氛圍，創造性思維的發展離不開挑戰性問題與實踐活動。在初中物理實驗教學中，教師注重激發學生的創新潛能，通過設計具有啟發性和挑戰性的實驗項目，引導學生主動探索、積極實踐，開發跨學科實踐項目、設計多元化的創意作業和指導學生體驗多樣化的科技活動，拓寬學生的創新思路，有效培養學生的問題解決能力和創新能力。

參考文獻

［1］張健，李春密.促進創造性思維發展的物理實驗教學策略與實踐［J］.物理教學，2023，45（9）：7-11.

［2］中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2022年版）［S］.北京：北京師范大學出版社，2022：43-44.

［3］王海宇，黎雪，莫海浪.創新實驗教具與方案 培養學生科學探究核心素養：以滬粵版物理八年級上冊“3.2探究光的反射規律”為例［J］.廣西教育，2022（22）：81-84.

［4］馬蕓青.基于學習力提升的生活化物理作業設計優化策略［J］.中小學課堂教學研究，2023（3）：37-40.

［5］曹蘊瑞.基于核心素養的初中物理作業設計例析［J］.中學物理教學參考，2023，52（5）：6-8.

注：本文系南寧市教育科學“十四五”規劃2021年度課題“核心素養下的初中物理深度學習教學實踐研究”（2021C015）的階段研究成果。

（責編 韋榕峰）