基于物理觀念培養(yǎng)的初中物理實驗教學探究

摘要：物理是一門以實驗為基礎的課程，其中涉及的所有知識點都從實驗中得來，又需要應用到實踐中去，課堂上的實驗教學本質上是對理論教學的延伸與深化，是培養(yǎng)和鞏固學生物理思維、物理觀念和物理意識的有效路徑。而物理觀念是物理學科核心素養(yǎng)的重要組成部分，主要指學生在物理學視角下形成的對物質的基本認識和深層認知，是學生學習物理的前提與基礎。本文就初中物理實驗教學展開論述，先是簡單介紹了物理觀念的內涵和實驗數學對于培養(yǎng)學生物理觀念的意義，再是結合實際探究了基于物理觀念培養(yǎng)的初中實驗教學策略。

關鍵詞：物理觀念 初中物理 實驗教學

引言

著名物理學家勞厄曾對教育的本質進行過剖析，認定教育給予人們的就是遺忘過后所剩下的東西，包括各種理念、觀點、思維與技能。從這一視角出發(fā)，教師在課堂上對學生的教育就需要跳出知識灌輸的框架，將重心放在理念、觀點、思維與技能的培養(yǎng)上，物理教學尤是如此。物理觀念指的是學生在物理視角下對物質的認知，不同于書本上明確寫出的物理知識，更加抽象，也更加深刻，能夠對學生未來對物理的學習與探究產生更為深遠的影響。而在以物理觀念為核心與目標，設計并開展的實驗教學活動中，教師還需要在實驗以外，借助信息技術、生活元素、實驗原理、認知沖突等教育載體，為課上的教學和學生的學習奠定堅實的理論基礎、參與基礎、延伸基礎和探究基礎，潛移默化地實現對學生的認知熏陶，為學生物理觀念的形成與發(fā)展提供助力。

一、物理觀念的內涵

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課標》）對物理學科的核心素養(yǎng)做了明確的解釋，其中有關“物理觀念”素養(yǎng)的表述包含如下內容：1.物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識；2.物理概念和規(guī)律等知識在頭腦中的提煉與升華；3.物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。綜合《課標》中的表述可以得出，物理核心素養(yǎng)中的物理觀念素養(yǎng)實際就是一種對客觀物質與事物的理性認識，以物理知識為載體，以物理知識儲備為基礎，強調對物理知識的深層探究與細致解讀，是將物理知識遷移應用于問題解決過程的前提與基礎。在物理教學中培養(yǎng)學生的物理觀念有助于讓學生形成對物理和物理知識的正確認識，能對學生科學精神的培養(yǎng)和科學素養(yǎng)的提升起到推動作用。

考試中對學生物理觀念的評價主要分為三種方式：一種是考查學生是否形成了從物理角度去觀察、分析、解釋和解決問題的意識，以此來判斷學生的物理觀念是否形成；一種是考查學生能否將所學物理知識和規(guī)律轉化成富有邏輯的結構體系，以此來判斷學生的物理知識結構是否完整；還有一種是考查學生是否能夠用物理觀念和物理規(guī)律來解釋自然現象與解決實際問題，以此來判斷學生建構的物理觀念是否能夠應用于實踐。雖然物理知識和物理觀念都屬于抽象層面的概念，但人的思維活動足以將這些抽象的概念轉化和遷移到現實生活中，為現實問題的解決奠定基礎和提供助力。物理觀念來源于物理知識，卻又不等同于物理知識，因此教師在培養(yǎng)學生物理觀念的過程中，著重需要強調的是物理知識在學生頭腦中的升華與提煉。

二、借實驗教學培養(yǎng)學生物理觀念的意義

（一）實驗能夠提升學生物理學習的興趣

相對于課堂上單純的理論講解，以實驗為載體開展的物理教學趣味性更強，也更符合初中學生的個性特征與興趣愛好。物理作為基礎科學的組成部分，知識內容存在著一定的抽象性和枯燥性。學生在學習物理的過程中極其容易混淆一些相似的概念，或是陷入特定的思維誤區(qū)，進而產生畏難與厭倦的心理，教師需要為培養(yǎng)和維持學生學習物理的興趣而做出努力。物理觀念是一種依靠課程的滲透和積累而形成的素養(yǎng)。實驗教學本身就是物理教學的重要組成部分，實踐性強、直觀性強，更容易勾起學生學習物理的興趣與積極性，讓學生更加積極地參與各項學習活動。在這種高參與性的物理課堂上，學生學習物理的專注度更高，潛意識里能夠接收到的有關物理的知識與技能更多，教師再加以引導的話，學生就能夠自然而然地形成科學的物理觀念。

（二）實驗能夠降低學生物理學習的難度

對于物理這類抽象性和理論性都很強的學科來說，知識學習難度的降低與學生學習熱情的上升是一組對照關系。學習難度降低會讓學生更愿意主動學習物理，從而促使學生實際學習的效率和效果能夠得到極大提升。實驗是物理知識的來源和驗證，借實驗形式展開的對物理知識的介紹，相對于文字形式來說抽象性會降低，更便于學生的理解，映射在視覺感官中的物理現象也能夠讓學生形成聯動記憶，綜合起來便大大降低了學生學習物理的難度。物理觀念本質上是一種對客觀事物的理性認識，這種理性認識由知識基礎作為支撐，學生在實驗教學中學習物理的有效性會隨著學習難度的降低而提升。

（三）實驗能夠促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展

在新課標的大背景下，無論教師選擇通過哪種方式來開展教學活動，根本的方向與目標都是培養(yǎng)和發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。物理觀念作為物理核心素養(yǎng)的重要組成部分，自然也能夠在實驗教學這種指向明確的教學活動中得到培養(yǎng)與提升。具體而言，學生在進行實驗操作時，可以借助實驗現象來建立起對物理概念和物理規(guī)律的具象認知，再疊加對實驗結果的觀察與總結，學生對書本上文字知識的學習與理解便能夠進入新的領域，即內化、遷移和應用的領域。學生既能夠通過實驗來明確理論知識在現實問題中的應用方法，又能夠通過實驗來明確知識在現實生活中的表現形式。也正是在這樣的背景下，學生能夠在形成物理觀念的同時，對抽象知識形成更加深刻和全面的理解。

三、基于物理觀念培養(yǎng)的初中物理實驗教學策略

（一）以信息技術為手段，為物理實驗教學奠定理論基礎

信息技術是新時代課堂教學活動中十分關鍵的輔助教學工具，既能夠精準篩選出課內外相關資源，豐富課堂教學的內容，又能夠多元調整課堂教學的形式，增強教學的趣味性，在指向理論或實踐的教學活動中都能夠發(fā)揮出特定的作用。打好理論基礎才更有可能保證實驗教學的順利開展，也才能夠為學生物理觀念的形成與發(fā)展奠定基礎，對此教師就需要將信息技術充分融入實驗教學，在對抽象知識進行簡單化處理的同時，借信息技術設備來向學生完整展示實驗的步驟與原理。

以滬粵版九年級物理上冊第十一章第三課“如何提高機械效率”為例，本課中有三個關鍵的物理概念，即有用功、額外功和機械效率，而機械效率實際上指的就是有用功在總功中所占的比例，比例越高，機械的工作效率越高，提高機械效率實際上就是提高有用功在總功中的占比。而在實驗教學前的理論講解中，教師可以先利用信息技術來向學生展示生活中各種機械做功的現象，強化學生對有用功、額外功和機械效率這三個基礎物理概念的理解與認知，然后再向學生展示一些課堂條件不允許做到的物理實驗視頻，為學生提供一個觀察大型機械運作規(guī)律的機會，以此來幫助學生建立最基礎的物理知識架構，為學生后續(xù)在實驗教學活動中的實際操作奠定基礎，也為學生物理觀念的形成奠定基礎。

（二）以生活元素為補充，為物理實驗教學奠定參與基礎

生活化的實驗元素與實驗環(huán)境不僅更容易拉近學生與實驗之間的距離，也更容易調動學生參與實驗的熱情與積極性。在初中物理學科的實驗教學活動中，生活是一個十分常見且有效的教學切入點，生活元素在教學活動和教學內容中的滲透不僅有助于鞏固理論教學成果，還有助于讓學生掌握遷移理論知識來解決現實問題的技巧與方法，進而實現對學生包含物理觀念在內的物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。對此，教師在設計與開展實驗教學活動時，還應適當引入生活元素作為補充，以便于調動和維持學生參與實驗活動的積極性。

以滬粵版九年級物理上冊第十三章第二課“電路的組成和連接方式”為例，電路的組成和連接方式主要有兩種，一種是串聯，另一種是并聯，在不同的使用環(huán)境下可以做出不同的選擇。電是社會生產生活中不可或缺的一種能源，現實中常見的輸電電路、印刷電路、家庭電路等都是由串聯或并聯這樣簡單的電路組合而成的。在設置電路設計與連接相關的實驗教學活動時，教師可以將實驗背景設置為生活中常見的情境，將實驗的核心任務設置為“設計一條電路，讓房間里所有的電器都能夠同時安全地運作起來”。在物理實驗中引入生活元素或生活問題，最直觀的作用就是幫助學生養(yǎng)成用物理思維來思考現實問題的意識與習慣，而學生在實驗中的主動參與又反作用于自身物理思維與物理觀念的發(fā)展。

（三）以實驗原理為路引，為物理實驗教學奠定延伸基礎

《課標》中有關物理觀念的解釋中指出了“物理觀念是理論概念和規(guī)律的升華”，而實驗中涉及的理論概念與規(guī)律通常可以被歸納為實驗原理。因此，對實驗原理的深入探究和細致分析就成了培養(yǎng)學生物理觀念的路徑之一，更容易幫助學生掌握升華物理理論概念和規(guī)律的技能，而對實驗原理的清晰認知也更有利于幫助學生完成物理觀念的構建。在分析實驗原理的過程中，教師可以借助信息技術來將物理學中對物質、運動、能量等要素的抽象認知轉化為具象的呈現形式，為學生提供一個可以直觀“看到”物理概念的機會，以此來幫助學生逐步形成自己的物理觀念。

以滬粵版九年級物理下冊第十七章第二課“探究電動機轉動的原理”為例，這一課中最關鍵的實驗對象是電動機，而整體的實驗目標就是對電動機轉動原理的探究。在圍繞電動機設置的實驗教學活動中，教師可以一邊做實驗，一邊結合實驗的步驟與現象來引導學生探究各種實驗現象產生的原因。電動機轉動的本質是磁極間的相互作用，即同極相斥、異極相吸，通電的導體在磁場中會受到來自不同方向的作用力，并在不同作用力的交叉作用下運動起來。以對實驗原理的解析為路引，教師不僅可以很輕松地完成對課堂教學內容的延伸，也可以讓學生對物質運動的本質和特征形成更全面的認知，讓學生更加明確物理現象的出現和存在有哪些合理性，進而真實感受到物理學習和物理實驗的樂趣所在。

（四）以認知沖突為載體，為物理實驗教學奠定探究基礎

物理觀念指的是站在物理視角下對客觀物質形成的理性認識，與學生腦海中依靠生活經驗形成的感性認識存在差異，甚至完全對立。而所謂的認知沖突，實際上就是感性認識與理性認識的沖突，學生物理觀念形成過程中極為重要的一環(huán)就是對錯誤觀念的糾正。對此，教師在以培養(yǎng)學生物理觀念為目的設計實驗教學活動時，需要充分發(fā)揮認知沖突的載體作用，借實驗中的探究來糾正學生的錯誤觀念，幫助學生建立對物理知識的理性認識。

以滬粵版九年級物理下冊第二十章第三課“能的轉化與能量守恒”為例，自然界中本身就存在著各種各樣的能量，包含機械能、光能、電能、化學能等，學生在生活中最容易形成的錯誤觀念就是“能量由人創(chuàng)造”或“能量會消失”。對此，教師在設計與開展實驗教學活動中就需要將重心放在能量的轉移和轉化上，借實驗來幫助學生探究與理解能量守恒的規(guī)律與原理，在解決學生認知沖突的過程中培養(yǎng)學生的物理觀念。具體而言，從認知沖突出發(fā)，對學生錯誤觀念的轉化，教師尤其需要注重對比實驗情境的創(chuàng)造，一方面從錯誤觀念的生成出發(fā)，通過所謂的“科學性”和“合理性”來推翻學生的錯誤認知，另一方面從正確觀念的形成出發(fā)，通過正向邏輯下的實驗推導來幫助學生建構對于物理現象和物理概念的正確認知。在這種模式下，物理概念的本質特征能夠真實呈現在學生面前，幫助學生落實物理觀念。

四、結語

總而言之，實驗是物理教學活動十分重要的載體，尤其能夠為學生動手實踐能力和學科核心素養(yǎng)的發(fā)展提供助力。在以學生為主體且指向趣味教學的初中物理實驗活動中，教師需要更加注重理論與實踐的結合，讓學生真正參與到實驗過程中，借實驗過程中的實際體驗與感悟來推動學生思維與能力的發(fā)展。新時代的課堂教學要以學科核心素養(yǎng)為導向，而每一個學科的核心素養(yǎng)都會因為教學內容的不同而產生差異。物理觀念就是物理學科核心素養(yǎng)中最為基礎的構成部分，教師需要將對學生物理觀念的培養(yǎng)融入教學的各個環(huán)節(jié)中，尤其是各種指向實踐的教學模塊，通過教學方法上的創(chuàng)新與教學內容上的延伸來對學生進行潛移默化的熏陶，以保證和提升物理實驗教學的有效性，并進一步落實對學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

參考文獻：

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責任編輯：趙瀟晗