陳志寅

【摘要】考慮到物理學(xué)科的實(shí)驗性特征，為幫助學(xué)生提升物理觀念、科學(xué)探究能力以及思維品質(zhì)，本文認(rèn)為需結(jié)合核心素養(yǎng)要求，配合學(xué)生自主性實(shí)驗以及教師演示實(shí)驗方式，引導(dǎo)學(xué)生更為全面、深刻地理解物理基本技能和知識，即配合有效且科學(xué)的實(shí)驗活動設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).本文在簡要概括核心素養(yǎng)以及物理實(shí)驗教學(xué)設(shè)計模式后，結(jié)合三類實(shí)驗活動設(shè)計討論初中物理實(shí)驗活動設(shè)計模式，然后針對性地提出相關(guān)優(yōu)化物理實(shí)驗活動設(shè)計的建議，希望可以提高學(xué)生核心素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗教學(xué)；初中物理；核心素養(yǎng)

依托核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，完善初中物理實(shí)驗活動設(shè)計模式，促使學(xué)生在教師指導(dǎo)、同伴合作以及自身努力后，通過實(shí)驗活動高效率學(xué)習(xí)物理知識、物理技能，然后更為客觀、全面地基于物理視角看待事物及現(xiàn)象，更為全面地利用物理學(xué)科思維方式及觀點(diǎn)，解決現(xiàn)實(shí)問題，從而逐步建立物理與科技領(lǐng)域、社會領(lǐng)域和人類領(lǐng)域的關(guān)聯(lián)性.總體來說，就是結(jié)合初中物理實(shí)驗教學(xué)，推動學(xué)生形成、發(fā)展核心素養(yǎng).因此，文章提出創(chuàng)設(shè)實(shí)驗情境，建立物理觀念等多條建議，希望能夠有效提升物理實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量與效率.

1 基礎(chǔ)概述：指向核心素養(yǎng)的初中物理實(shí)驗活動設(shè)計模式

1.1 核心素養(yǎng)

指向核心素養(yǎng)的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會發(fā)展、實(shí)現(xiàn)終身發(fā)展的品格及能力.如果將核心素養(yǎng)聚焦到物理學(xué)科，則按照六大核心素養(yǎng)基礎(chǔ)，可將物理核心素養(yǎng)歸結(jié)為物理觀念、實(shí)驗探究、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面.其中，在核心素養(yǎng)子項實(shí)驗探究中，強(qiáng)調(diào)要通過“提出物理問題、進(jìn)行猜想與假設(shè)、實(shí)現(xiàn)信息獲取與處理、得出結(jié)論并解釋”一系列流程，培養(yǎng)學(xué)生對實(shí)驗過程進(jìn)行探究與交流、對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行反思和評估的能力.

1.2 物理實(shí)驗教學(xué)設(shè)計模式

物理學(xué)是現(xiàn)代技術(shù)以及自然科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性特征.但對于初中階段的學(xué)生來說，整個教學(xué)環(huán)節(jié)的物理實(shí)驗活動相對簡單，主要包括探究類實(shí)驗、測量類實(shí)驗以及驗證類實(shí)驗.

2 實(shí)驗設(shè)計：指向核心素養(yǎng)的初中物理實(shí)驗活動模式探究

2.1 驗證類實(shí)驗活動設(shè)計

2.1.1 概述

驗證類實(shí)驗在初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中占比較少，具體表現(xiàn)為阿基米德原理的驗證.對于物理科學(xué)研究而言，驗證性實(shí)驗是重要基礎(chǔ)，是指在初步認(rèn)識研究對象后提出的某種假說，是對假說或認(rèn)識是否正確進(jìn)行驗證的一種實(shí)驗過程.所以，驗證性實(shí)驗著重培養(yǎng)和提高學(xué)生的分析能力與推理能力，有助于訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗技能.

2.1.2 模式

結(jié)合驗證類實(shí)驗特點(diǎn)，按照提出問題、提出假說、驗證實(shí)驗或修正假說，總結(jié)規(guī)律的步驟設(shè)計驗證類實(shí)驗教學(xué)活動.其中，在提出問題環(huán)節(jié)，需要幫助學(xué)生做好驗證性實(shí)驗的思想準(zhǔn)備，引導(dǎo)學(xué)生樹立一般科學(xué)方法論思想，并推動學(xué)生實(shí)現(xiàn)感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的過渡；在提出假說環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)教師要與學(xué)生共同討論，并引導(dǎo)學(xué)生通過觀察和思考，完成實(shí)驗歸納，通過增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗參與感，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯能力，讓學(xué)生更為直觀地感受科學(xué)發(fā)展過程；在驗證實(shí)驗與修正假說環(huán)節(jié)，主要是結(jié)合實(shí)驗驗證假說演繹預(yù)言現(xiàn)象.如果實(shí)驗結(jié)果與假說一致，則可進(jìn)一步推廣相關(guān)假說；如果實(shí)驗結(jié)果與假說不符，則需要進(jìn)行后續(xù)假說修正，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的作用.

2.1.3 案例

本文以驗證阿基米德原理為實(shí)驗案例，通過設(shè)計如圖1所示的實(shí)驗過程，學(xué)生通過重現(xiàn)阿基米德浴缸情境，探究浮力大小與排開水量的關(guān)系，并由教師引導(dǎo)學(xué)生提出F_浮= G_排的假設(shè).在實(shí)驗驗證階段，教師需要與學(xué)生共同完成實(shí)驗方案的討論，并結(jié)合物體排開液體重力以及浮力測量方法，明確實(shí)驗器材，然后將實(shí)驗數(shù)據(jù)記錄到實(shí)驗表格中.最后，教師需要與學(xué)生共同交流和驗證假設(shè)，并在交流過程重溫阿基米德研究浮力的歷史，通過這樣的過程，可引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的態(tài)度.

2.2 測量類實(shí)驗活動設(shè)計

2.2.1 概述

初中物理課程中常見的測量類實(shí)驗包括用滑動變阻器改變電路電流、測量物質(zhì)密度、用電流表測電流，電壓表測電壓、用彈簧測力計測力、測定小燈泡電功率、用電流表，電壓表測電阻這六個.對于測量類實(shí)驗教學(xué)，要求物理教師明確實(shí)驗操作順序以及研究方法，掌握實(shí)驗儀器及儀表的操作規(guī)則.

2.2.2 模式

結(jié)合測量類實(shí)驗特點(diǎn)，文章認(rèn)為可將這種類型實(shí)驗過程劃分準(zhǔn)備、操作以及總結(jié)三個階段.并著重結(jié)合實(shí)驗案例，讓學(xué)生思考不同階段需要解決的重點(diǎn)問題，繼而幫助學(xué)生突破實(shí)驗難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗反思.

2.2.3 案例

本文以用天平和量筒測量固體密度為實(shí)驗案例，通過設(shè)計如圖2所示的實(shí)驗過程，在學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)密度概念后，按照準(zhǔn)備、操作以及總結(jié)的實(shí)驗流程，引導(dǎo)學(xué)生測定物質(zhì)密度.首先，在實(shí)驗準(zhǔn)備階段，教師需要向?qū)W生提供充足的實(shí)驗器材，并與學(xué)生商討具體的實(shí)驗方案；在實(shí)驗操作階段，教師需引導(dǎo)學(xué)生用排水法測量物體體積，用天平測量物體質(zhì)量，用密度公式求解物體密度；最后，在實(shí)驗總結(jié)階段，教師需要向?qū)W生傳遞多次測量、應(yīng)用先進(jìn)測量工具和測量技術(shù)可減少實(shí)驗誤差的思想，幫助學(xué)生逐步提高自身核心素養(yǎng).

2.3 探究類實(shí)驗活動設(shè)計

2.3.1 概述

常見的探究性實(shí)驗包括內(nèi)容如下：探究凸透鏡成像規(guī)律、探究平面鏡成像特點(diǎn)、探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)及相關(guān)因素、探究二力平衡條件、探究物體質(zhì)量與體積關(guān)系、探究杠桿平衡條件、探究導(dǎo)體中電流和電壓的關(guān)系.對于探究類實(shí)驗來說，強(qiáng)調(diào)學(xué)生結(jié)合自主思考與自主探究，通過發(fā)現(xiàn)并總結(jié)科學(xué)規(guī)律，逐步強(qiáng)化自身科學(xué)素養(yǎng).

2.3.2 模式

完整的探究活動過程包括如下六個方面：提出問題、進(jìn)行猜想、實(shí)驗方案設(shè)計、進(jìn)行實(shí)驗、得出結(jié)論、交流與表達(dá).雖說整個實(shí)驗過程包括以上六個步驟，但按照探究實(shí)驗難度等級及其他要素，上述流程在不同的探究實(shí)驗中各有側(cè)重.

2.3.3 案例

文章以探究杠桿平衡條件為實(shí)驗案例，首先，實(shí)驗前對杠桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，“左高右調(diào)，右高左調(diào)”；其次，假設(shè)OA、OB分別為動力臂和阻力臂，在動力臂一端掛上鉤碼，在阻力臂一端掛上彈簧測力計代替鉤碼，在保證左側(cè)鉤碼不變的情況下，在右側(cè)改用彈簧測力計向下拉，保持杠桿平衡.隨后，分別進(jìn)行保持作用點(diǎn)不變，改變拉力方向；保持拉力方向不變，改變作用點(diǎn)的實(shí)驗流程.通過設(shè)計如圖3所示的實(shí)驗過程，讓學(xué)生在實(shí)際參與、親身體驗的過程中，猜想杠桿平衡的條件.

3 實(shí)施對策：指向核心素養(yǎng)的初中物理實(shí)驗活動優(yōu)化建議

3.1 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗情境，建立物理觀念

學(xué)生在初中階段所學(xué)習(xí)的物理知識主要來自自然現(xiàn)象及生活現(xiàn)象，因此在學(xué)習(xí)過程中可結(jié)合已有生活經(jīng)驗、科學(xué)知識及認(rèn)知經(jīng)驗進(jìn)行加強(qiáng)練習(xí).即物理教師在設(shè)計實(shí)踐活動時，需要結(jié)合學(xué)生常見、熟悉、感興趣的案例、素材及現(xiàn)象，創(chuàng)建有較強(qiáng)形象性、真實(shí)性、生動性和有趣性的實(shí)驗情境，讓學(xué)生能夠在實(shí)驗教學(xué)情境中產(chǎn)生認(rèn)知沖突，從而形成較強(qiáng)的求知欲與好奇心.此時，教師就可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合物理觀念，客觀看待實(shí)驗現(xiàn)象及實(shí)驗過程，從而達(dá)到依托實(shí)驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的效果.

3.2 評估分析實(shí)驗，發(fā)散學(xué)生思維

基于核心素養(yǎng)教學(xué)要求，物理教師在設(shè)計物理實(shí)驗活動時，需要擺脫教材實(shí)驗器材、實(shí)驗方案、實(shí)驗條件等方面的限制，通過改變實(shí)驗器材以及實(shí)驗條件的限定原則，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維，提升學(xué)生思維品質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合轉(zhuǎn)換法及替代法多元化實(shí)驗方法，打破實(shí)驗條件的桎梏，從而在反復(fù)論證后得出具體的實(shí)驗結(jié)果.鑒于此，文章建議物理教師在實(shí)施實(shí)驗教學(xué)工作后，結(jié)合設(shè)置實(shí)驗評估與分析流程，全面發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng).

3.3 探究物理實(shí)驗，培養(yǎng)探究能力

初中生在學(xué)習(xí)物理學(xué)科時，進(jìn)行科學(xué)探究是最基礎(chǔ)的核心素養(yǎng).而想要實(shí)現(xiàn)這一目的，要求教師能夠依托學(xué)生自身生活經(jīng)驗、基本技能以及物理知識，在討論生活以及自然常見現(xiàn)象后，提出相關(guān)實(shí)驗問題，并合理猜想與假設(shè)問題解決方案.然后，教師需要圍繞提出的問題及實(shí)驗?zāi)康?，通過制定實(shí)驗方案、實(shí)驗計劃，讓學(xué)生在觀察、記錄、溝通后結(jié)合實(shí)驗數(shù)據(jù)，進(jìn)一步證實(shí)或證偽自身猜想與假設(shè)，最終得出正確實(shí)驗結(jié)論，提出新的問題.

3.4 重視拓展延伸，實(shí)現(xiàn)學(xué)生互評

立足于核心素養(yǎng)，物理教師在設(shè)計實(shí)驗活動過程中，需要特別關(guān)注在實(shí)驗活動內(nèi)引入物理史料、物理學(xué)家事跡等相關(guān)拓展性內(nèi)容，希望通過延伸教材之外的知識，讓學(xué)生對學(xué)習(xí)物理產(chǎn)生較高的熱情，學(xué)生能夠認(rèn)識到學(xué)習(xí)物理學(xué)科的實(shí)用性價值，從而有效提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng).此外，文章認(rèn)為，除了要依托教師評價進(jìn)行實(shí)驗結(jié)果性評價工作外，還需要結(jié)合學(xué)生互評以及學(xué)生自評等方式，落實(shí)實(shí)驗過程性評價，以求在整個實(shí)驗活動設(shè)計過程全面結(jié)合核心素養(yǎng)理念要求.即教師需要在完成評估分析、實(shí)驗探究以及拓展延伸等工作后，設(shè)置學(xué)生互評及學(xué)生自評環(huán)節(jié)，讓學(xué)生通過不斷反思與總結(jié)實(shí)驗過程、結(jié)果及方法，學(xué)習(xí)科學(xué)探究技能，理解物理學(xué)科思想方法，從而逐步提升自身物理學(xué)科綜合核心素養(yǎng).

4 結(jié)語

綜上所述，依托核心素養(yǎng)設(shè)計物理實(shí)驗活動，要求物理教師要遵循物理實(shí)驗設(shè)計基本原則，在領(lǐng)會核心素養(yǎng)內(nèi)涵后，結(jié)合多種物理實(shí)驗類型，依托物理實(shí)驗案例，進(jìn)一步探究指向核心素養(yǎng)的初中物理實(shí)驗活動設(shè)計模式，然后通過引導(dǎo)學(xué)生參與物理實(shí)驗探究過程，讓學(xué)生結(jié)合實(shí)驗論證，進(jìn)一步接觸科學(xué)家們物理定律發(fā)現(xiàn)過程及歷史，從而在多方面的刺激下，促使學(xué)生實(shí)現(xiàn)均衡發(fā)展、全面發(fā)展的目標(biāo).

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