淺談基于學生科學探究能力培養的初中物理實驗教學

摘 要：實驗是落實物理課程育人要求的重要載體。教師要發揮實驗課程的綜合育人功能，按照《義務教育物理課程標準（2022年版）》的指示規范實驗教學，關注實驗原理的科學性、方案的可行性、器材的合理性、操作的安全性與規范性，引領學生參與完整的實驗課程活動，經歷物理概念、規律、定律等知識的生成過程。基于此，文章先分析了基于學生科學探究能力培養的初中物理實驗教學的價值，然后探索了基于學生科學探究能力培養的初中物理實驗教學策略，旨在促進初中物理實驗教學改革，提升學生物理學科核心素養的發展水平。

關鍵詞：初中物理；科學探究能力；實驗教學

中圖分類號：G427" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2097-1737（2024）33-0017-03

《義務教育物理課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）將“科學探究”歸為物理學科核心素養之一。科學探究能力是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想與假設、設計實驗與制訂方案、獲取與處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。科學探究主要包括問題、證據、解釋、交流等要素。眾所周知，物理實驗的開展與學生科學探究能力的培養是相輔相成的，二者的目的都是促進學生核心素養的發展。因此，初中物理教師應遵循《課程標準》的要求，以培養學生的科學探究能力為導向，優化實驗教學，引領學生參與富有邏輯、彰顯體系的實驗探究活動，深層認知、剖析、建構、遷移知識。

一、基于學生科學探究能力培養的初中物理實驗教學價值

（一）有利于驅動學生主動發現知識

教師從培養學生科學探究能力的視角出發實施物理實驗教學時，強調學生的實驗探究過程，注重讓他們充分利用已有的知識經驗主動觀察教師給出的實驗材料，并對材料進行分析、反思、加工，進而提出問題、形成猜想、制訂方案、獲取信息、推理思辨、總結闡述[1]。學生不再是被動的知識接受者，而是主動的知識求索者，他們將基于自身的思考，敢于提出質疑，勇于借助實驗驗證猜想，從而保持持久的探究欲。這種主動發現知識的狀態強調學生個體在實踐探究中所展現出來的內驅力，重視學生自主探索的過程，可以彰顯“學生本位”。

（二）有利于促進學生系統建構知識

以培養學生的科學探究能力為出發點實施物理實驗教學，有助于學生循序漸進地建構物理實驗知識體系。學生在參與實驗探究活動的過程中會積累豐富的實驗探究經驗，進而促進自身科學探究能力的提升。教師結合實驗教學內容，引導學生按照科學探究的步驟完成實驗，將促使學生經歷“建構—聯系—遷移—創新—再建構”的完整知識內化過程[2]。在實驗教學中，學生將以具體的實驗為支點，在科學探究中獲取知識信息，驗證自己的觀點，發展高階思維，拓展知識建構維度，不斷創新完善并優化自身知識結構。

（三）有利于學生達到知行合一狀態

基于科學探究能力培養的初中物理實驗教學活動更強調學生“做中學”“學中創”“創中思”。實驗教學強調學生通過動手操作來探索客觀規律、獲取理論知識。在實驗探究中，學生不僅能縱向串聯新舊知識，還能橫向拓展知識維度[3]。因此，物理實驗教學的過程有著啟發與引導的重要作用，可助力學生通過實驗發展科學探究能力；同時物理實驗教學強調“做”的科學性、方向的正確性以及目的的導向性，從而激發學生的“做中學”熱情。這種教學方式將促進高質高效的物理實驗課堂的形成，推動學生達到知行合一的學習境界。

二、基于學生科學探究能力培養的初中物理實驗教學策略

（一）問題：創設情境，提出假設

“問題”這一要素指的是學生應具備科學探究的意識，能在不同情境中發現問題、提出猜想、形成假設。因此，教師要善于創設不同的情境，引導學生想問、敢問、善問，能根據已有的知識經驗去質疑[4]。在學生質疑的過程中，教師要對學生進行點撥、啟發和引導，并為他們提供豐富的素材，以使其猜想更合理，繼而以合理猜想形成假設，為后續的實驗探索奠定基礎。

例如，在“摩擦力”這一課中就涉及了實驗“研究影響滑動摩擦力大小的因素”。該實驗需要學生結合生活經驗感受“摩擦力”的含義，并提出與實驗內容相關的猜想，而后完成探究實驗。在讓學生提出猜想形成假設時，教師應結合具體的實驗內容，創設豐富的教學情境。比如，教師可以利用微課視頻來創設直觀的教學情境，為學生播放一系列生動有趣的視頻，如落地后的球會滾動但最后都會靜止、在冰面上可以滑行但在水泥路上卻難以滑行等現象。學生觀看視頻后會結合生活現象進行深入思考，產生疑問，自主進入生活化的學習情境中。學生經過一番討論之后，教師從物理學的角度為學生解釋這些常見的生活現象，并順勢引出“滑動摩擦力”的概念。而后教師可以精心創設問題情境，向學生提問“什么因素可能影響滑動摩擦力的大小呢？”，鼓勵學生積極動手嘗試。學生經過實踐及思考后，提出了以下猜想：

猜想一：用手推桌子時，桌子很難移動；用手推文具盒時，文具盒能夠輕松移動。桌子比文具盒重，所以比較難推動。

猜想二：因為冰面比水泥地面更光滑，所以人在冰面上更容易滑行。

學生從生活實例出發進行思考，并從中歸納出了具體的影響因素，發展了歸納概括與科學探究能力，而后形成了合理假設：滑動摩擦力的大小可能與接觸面所受壓力大小、粗糙程度有關。

（二）證據：參與實驗，收集證據

“證據”這一要素指的是學生要具有科學設計實驗方案及獲取探究證據的能力。在學生提出合理假設后，教師可讓學生以小組為單位確定實驗步驟，選取實驗器材，合理展開實驗，并仔細觀察實驗現象，收集證據，為后續的結論總結與闡述作鋪墊[5]。

例如，學生在“研究影響滑動摩擦力大小的因素”

這一實驗中假設滑動摩擦力可能與接觸面所受壓力大小、粗糙程度相關，教師則可為學生提供科學方法指引，讓學生以小組為單位，運用“控制變量法”設計實驗方案并完成實驗，收集實驗證據。具體過程如下。

1.探究滑動摩擦力的大小與接觸面所受壓力是否有關系。

實驗方案：在木塊上分別放置不同重量的砝碼，使用彈簧測力計，沿水平方向勻速拉動木塊，讀出彈簧測力計示數。實驗數據見表1。

2.探究滑動摩擦力的大小與接觸面粗糙程度是否有關系。

實驗方案：將木塊分別放置在平板、棉布及毛巾上，使用彈簧測力計沿水平方向勻速拉動木塊，讀出彈簧測力計示數。實驗數據見表2。

教師指導學生根據自己的假設完成了實驗方案的設計，并參與了實驗，收集了實驗證據，極大地提升了他們的科學探究能力，為其后續進行信息分析與總結做好了準備。

（三）解釋：分析數據，論證結果

“證據”這一要素指的是學生要具有科學分析及論證的能力，能對實驗數據進行分析和判斷，而后依此解釋并論證實驗結果。教師需要引領學生根據自己的實驗探究過程及所獲得的結果進行分析、歸納與總結，從而得出具有一定規律性的結論，使學生親身體驗知識的獲取過程。

例如，學生在完成“研究影響滑動摩擦力大小的因素”這一實驗后，獲得了豐富的數據。此時，教師就要帶領學生分析實驗數據，論證結果。學生結合直觀數據，可以得出兩個結論：結論一，滑動摩擦力的大小與接觸面所受壓力有關；結論二，滑動摩擦力的大小與接觸面粗糙程度有關。

以上兩個結論是學生經過實驗可以直接得出的。而后教師可繼續深化，讓學生結合實驗數據思考滑動摩擦力與接觸面所受壓力和粗糙程度有什么關系。學生結合表1的數據可以得出如下結論：接觸面粗糙程度一定時，滑動摩擦力大小與接觸面所受壓力大小成正比。學生結合表2中的數據可以得出如下結論：接觸面所受壓力一定時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力就越大。

在解釋環節，教師引領學生根據實驗所得證據進行了數據分析和推理論證，一共得出了四個結論。學生在此過程中實現了對知識的深層探索，經歷了系統、科學分析數據的過程，大幅提升了科學探究能力。

（四）交流：合理評估，拓展延伸

“交流”這一要素指的是學生要具有合作交流的意識與能力，包括善于傾聽他人意見、能準確表達自己的觀點，并對實驗過程與結果進行科學評估與反思。教師要先讓學生對實驗過程與結果進行評估，隨后組織學生互相交流，共同分析其中可優化的環節及創新的潛在點。在此基礎上，教師可以進一步拓展實驗內容，鼓勵學生根據已有的實驗探究基礎進行合作與分工，在拓展實驗中收獲對知識的新認知，持續完善實驗操作技能，提升科學探究能力。

例如，在學生總結了“研究影響滑動摩擦力大小的因素”這一實驗的結論后，教師可帶領學生交流反思，評估實驗，而后拓展延伸，繼續完成課后實驗探究。具體過程如下。

1.評估實驗

在學生評估實驗時，教師可讓學生圍繞實驗原理、過程、步驟、器材等分析其中的不足之處，并根據自身的實驗操作經驗提出優化方法。例如，有的學生表示在此次實驗中很難讓木塊做勻速直線運動，這樣就導致滑動摩擦力的大小并不時刻都與彈簧測力計的拉力保持平衡，造成讀數的誤差比較大。該學生經過思考，提出了改進方案：將彈簧測力計固定，改為拉動木板。這樣做的原因是木板相對于桌面是靜止的，所以不需要勻速拉動木板。這樣的改動將使整個實驗更為便捷，而彈簧測力計也處于靜止狀態，將更便于讀取數據，使整個實驗過程更為合理。

2.拓展延伸

學生完成了實驗評估后，教師可讓他們展開合作交流，以“探究滑動摩擦力的大小與接觸面大小是否有關”為實驗探究內容，根據優化后的實驗方案，繼續完成實驗，啟發他們的實驗探究思維，使其實現科學探究能力的發展。

三、結束語

綜上所述，教師實施基于培養學生科學探究能力的實驗教學能使實驗活動更有條理，也能使學生經歷有意義的實驗探究過程。因此，初中物理教師應明晰科學探究的內核，從問題、證據、解釋、交流等四個要素出發，優化實驗教學活動，通過創設情境，引導學生提出合理假設；驅動學生參與實驗，收集證據；引導學生分析數據，論證結果；點撥學生合理評估，拓展延伸，使得實驗探究的全過程更科學合理、高質高效，從而助力學生物理學科核心素養的發展。

參考文獻

譚雪梅.基于科學探究能力培養的初中物理實驗教學模式研究[D].廣州：廣州大學，2023.

賀桐杰，楊明，王健.淺談初中物理實驗教學中科學探究能力的培養：從深圳市2020年中考物理實驗題說起[J].物理之友，2021，37（07）：18-20.

沈文笑.初中物理實驗教學中培養學生科學探究能力的策略研究[D].延安：延安大學，2021.

石海生.初中物理實驗中常見科學方法教育策略研究[D].成都：四川師范大學，2021.

毛銀芹.基于科學探究素養培養的初中物理實驗教學現狀調查研究[D].昆明：云南師范大學，2019.

基金項目：本文系甘肅省教育科學“十四五”規劃2023年度課題“學科核心素養視域下物理中考復習的開展策略研究”（課題立項號：GS〔2023〕GHB1062）的研究成果。

作者簡介：馬好文（1976.12-），男，土族，甘肅武威人，任教于甘肅省武威市天祝藏族自治縣天堂鎮天堂學校，天祝縣初中物理教研員，高級教師，本科學歷，曾獲武威市初中物理課堂教學競賽三等獎，武威市農村骨干教師。