淺談提升初中物理教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)的策略

張瑋琪　倪亞賢

摘要：實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的重要組成部分，結(jié)合中學(xué)物理基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的分析，本文總結(jié)了教師應(yīng)具備的實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)：設(shè)計(jì)情境探究式實(shí)驗(yàn)課堂的能力;深入理解教材，將實(shí)驗(yàn)探究活動落實(shí)在核心問題上;量化分析實(shí)驗(yàn)原理，做出現(xiàn)象明顯的演示實(shí)驗(yàn).

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng);策略

1 問題的提出

義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年）中明確提出：將科學(xué)探究列入“課程內(nèi)容”，旨在讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行相似的探究過程，主動獲取物理知識，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神.對新課標(biāo)的要求進(jìn)行解讀不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是特點(diǎn)鮮明的情境教學(xué)模式，是學(xué)生針對具體情境或教師提出的問題主動設(shè)計(jì)創(chuàng)造進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并在探究的過程中獲取知識、鍛煉實(shí)驗(yàn)技能.但是，在目前的中學(xué)課堂中，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)并沒有真正落實(shí)在學(xué)生自主探究上，更多的是教師帶領(lǐng)學(xué)生“觀看”探究過程，并做一些簡單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)流于形式，沒有真正發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的.因此，情境探究式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅需要教師有較強(qiáng)的動手能力運(yùn)用好實(shí)驗(yàn)器材，更需要教師有較專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng).基于以上分析，如何提升教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)是現(xiàn)在物理教學(xué)中亟待解決的問題.下面筆者將結(jié)合一些具體實(shí)例探求提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)的策略.

2 樹立理論知識與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)觀，設(shè)計(jì)情境探究式的實(shí)驗(yàn)課堂

知識是鮮活的實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心應(yīng)該是“自主探究”，在實(shí)踐中獲得知識.縱觀如今的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂，不論是教師演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上并未真正做到讓學(xué)生“經(jīng)歷與科學(xué)工作者相似的探究過程”.日常教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)教師更加傾向于讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的基本原理以及操作方法，欠缺了學(xué)生的實(shí)踐參與.結(jié)果是實(shí)驗(yàn)教學(xué)單純只為考試服務(wù)，沒有做到發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).而學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中更多的教師傾向于讓學(xué)生在掌握知識的前提下機(jī)械的重復(fù)教師的操作，關(guān)注教而忽略學(xué)，只重視知識的掌握，未把實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重心真正落到探究活動上來，知識與實(shí)踐是完全分離的狀態(tài).

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是情境認(rèn)知的過程，強(qiáng)調(diào)理論知識與實(shí)踐相互作用，在實(shí)踐過程中由學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，掌握基本知識.如蘇科版九下《電磁感應(yīng)》中探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件，教材上直接列出表格給出三種導(dǎo)體在磁場中的運(yùn)動情況，再讓學(xué)生實(shí)際操作“探究”哪種方法可以產(chǎn)生感應(yīng)電流.看似合理，但實(shí)際上卻是已經(jīng)明確告訴學(xué)生磁場可以產(chǎn)生電流的結(jié)論，再將學(xué)生的思維禁錮在三種運(yùn)動方式中來讓學(xué)生驗(yàn)證哪種方式能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流而已，依舊沒有跳出先教授理論知識再進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的怪圈，并不能將其稱之為探究活動.情境探究式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是教師給學(xué)生提供一個(gè)具體的情境或者問題支架，學(xué)生在該情境或問題下自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來解決問題，在實(shí)踐操作、不斷反思、解決問題的過程中獲得理論知識，并且發(fā)展實(shí)驗(yàn)素養(yǎng).

本節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可設(shè)計(jì)為基于情境問題層層遞進(jìn)的三個(gè)探究活動.首先活動一“探究磁場能否產(chǎn)生電流”，此活動作為引入可建構(gòu)在學(xué)生已學(xué)習(xí)的奧斯特實(shí)驗(yàn)上，提出問題：“既然電流能產(chǎn)生磁場，那么磁場可以產(chǎn)生電流嗎？”給出具體的情境問題，利用奧斯特實(shí)驗(yàn)原本的實(shí)驗(yàn)器材，讓學(xué)生設(shè)計(jì)探究磁場能否產(chǎn)生電流的方法.逆向思維式的提問方式，很容易提示學(xué)生設(shè)計(jì)出逆向操作式的實(shí)驗(yàn)方案.如圖1所示，轉(zhuǎn)動小磁針，觀察電流表的指針偏轉(zhuǎn)情況.這時(shí)由電流表指針不偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生討論原因以及可能的解決方案，教師此時(shí)可以基于學(xué)生的回答情況引入新知識的教學(xué).如學(xué)生回答電流太小，電流表分度值太大，希望有更加精確的電流表就可以介紹靈敏檢流計(jì)的使用;學(xué)生回答實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)欠佳可能是磁場太弱或者導(dǎo)線不夠長可以介紹條形磁鐵和螺線圈的使用;學(xué)生回答磁場不能產(chǎn)生電流則可以引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的猜想等等.通過學(xué)生的自主探究來發(fā)現(xiàn)問題，教師作為引導(dǎo)的角色介紹新知識，讓學(xué)生重新設(shè)計(jì)或改善實(shí)驗(yàn)方案，由此過渡到活動二“再探磁場能否產(chǎn)生電流”.

在活動一的基礎(chǔ)上，學(xué)生認(rèn)識了新器材——檢流計(jì)和螺線圈，自主對實(shí)驗(yàn)方案改進(jìn)，同時(shí)教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)如圖2所示的裝置.此時(shí)可以讓不同小組來展示自己的實(shí)驗(yàn)過程，其他小組進(jìn)行評價(jià)，在此過程中找出問題并加以改進(jìn).在評價(jià)改進(jìn)的過程中學(xué)生不僅完善了實(shí)驗(yàn)方案，而且學(xué)會了本實(shí)驗(yàn)中需要注意的細(xì)節(jié)問題.通過改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)很容易觀察到檢流計(jì)的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，教師從而介紹感應(yīng)電流的相關(guān)概念，將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果上升到理論概念的高度，

在進(jìn)入活動三“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”之前，不宜直接讓學(xué)生猜想原因.學(xué)生在日常生活中對電磁感應(yīng)現(xiàn)象并沒有深刻的認(rèn)識，對涉及的基本科學(xué)原理的感性認(rèn)知甚少，為猜想與假設(shè)帶來困擾.為此，需要創(chuàng)設(shè)引領(lǐng)猜想與假設(shè)的物理情景，有了對情境的充分感知，猜想才會自然生成.基于以上理論，在進(jìn)行活動三之前可以讓學(xué)生再次進(jìn)行活動二的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生改變相關(guān)條件，觀察現(xiàn)象的不同.如改變磁鐵插入的方向;開關(guān)的閉合與否等等，此時(shí)學(xué)生可觀察到檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)方向的改變和不偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象.引導(dǎo)學(xué)生思考原因并討論如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)來探究，針對學(xué)生的回答，教師加以引導(dǎo)設(shè)計(jì)出活動三的實(shí)驗(yàn)方案，如圖3所示.條件一閉合回路比較簡單，可讓學(xué)生自主嘗試開關(guān)閉合與否，比較現(xiàn)象的區(qū)別并總結(jié)結(jié)論.條件二切割磁感線，該因素的探究可讓學(xué)生嘗試沿不同方向移動線圈，同時(shí)觀察指針偏轉(zhuǎn)情況并記錄在表格中，如表1所示，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，同時(shí)教師予以介紹切割的概念，最后總結(jié)得出切割磁感線時(shí)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，

同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生再次嘗試從表格中發(fā)現(xiàn)值得探究的問題，發(fā)現(xiàn)切割方向的不同帶來指針偏轉(zhuǎn)方向的不同，進(jìn)而思考問題“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究影響感應(yīng)電流方向的因素”.提供了以上的問題支架，接下來就可以讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，可對調(diào)磁極和改變切割方向，最后教師加以輔助得出改變電流方向的兩個(gè)因素. 三個(gè)實(shí)驗(yàn)活動環(huán)環(huán)相扣，基于具體情境或問題，學(xué)生反復(fù)試誤和反思來尋求結(jié)論，在錯誤中發(fā)展判斷力和創(chuàng)造力.這種科學(xué)的分析論證和判斷決策素養(yǎng)一旦養(yǎng)成，就會受用一生.知識與實(shí)踐是有機(jī)的整體，如果兩者分離，知識就會處于惰性和放置不用的狀態(tài)，僅僅靠死記硬背和題海戰(zhàn)術(shù)是達(dá)不到與學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)探究相同的效果的.

3 加深對教材的理解，將探究活動落實(shí)在核心問題上

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是圍繞核心問題展開的探究活動，因此要求教師不僅對教材有深刻的理解，也需要教師有合理的指導(dǎo)技巧，

中學(xué)階段的物理課程內(nèi)容是螺旋式的組織形式，初中階段學(xué)生已經(jīng)接觸到了完整的物理學(xué)框架，對于各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解則是停留在表面的層次上，因此有效的探究活動需要教師的合理引導(dǎo)，將探究活動真正聚焦在核心問題上.如蘇科版九上《物質(zhì)的比熱容》，該節(jié)課的核心活動是探究不同物質(zhì)的吸熱升溫現(xiàn)象，核心問題是不同物質(zhì)在吸熱升溫時(shí)的規(guī)律.但在引導(dǎo)學(xué)生猜想假設(shè)時(shí)，通常教師會設(shè)問“物質(zhì)吸收熱量時(shí)，升高溫度的多少可能與什么有關(guān)”，此時(shí)學(xué)生最容易回答出一些與實(shí)驗(yàn)無關(guān)的變量而教師又無法很好的解釋原因，例如密度、體積等，結(jié)果往往是教師自問自答，將探究問題引導(dǎo)到不同物質(zhì)與升高溫度的關(guān)系上來，不僅沒有解決學(xué)生的疑問也讓猜想假設(shè)環(huán)節(jié)流于形式.正確合適的引導(dǎo)應(yīng)該遵循建構(gòu)主義的原則，建立在學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)上，比如可以以海邊游玩為例，“為什么中午沙子很燙海水很涼”、“為什么晚上沙子很涼海水比較溫”.從實(shí)例出發(fā)，學(xué)生從控制變量法出發(fā)就很容易聯(lián)想到物質(zhì)的不同導(dǎo)致溫度的不同，接下來就自然而然地開始探究不同物質(zhì)吸熱升溫的規(guī)律，探究物質(zhì)比熱容的科學(xué)問題.比熱容是物質(zhì)的屬性，引入比熱容概念的目的是為了表征物質(zhì)的這種特性.教師朝著此方向引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想，恰當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)了探究方向，將探究活動落實(shí)到了核心問題上.

再比如探究影響滑動摩擦力大小的因素時(shí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前往往會猜想滑動摩擦力與物體的重力有關(guān)，實(shí)際上教師口頭上難以向?qū)W生解釋物體重力與物體對接觸面壓力的區(qū)別，而用實(shí)驗(yàn)來證明不僅浪費(fèi)大量的課堂時(shí)間而且這也不是該實(shí)驗(yàn)探究的核心問題.因此，教師不妨創(chuàng)設(shè)一個(gè)簡單的情境，幫助學(xué)生區(qū)別重力和壓力的區(qū)別，就地取材，讓學(xué)生將同一本書分別從一堆書的最上方和最下方抽出，回答感受上的不同以及可能原因.以這樣的體驗(yàn)為基礎(chǔ)，學(xué)生很快就意識到之所以從最下方抽出書時(shí)感到困難是因?yàn)樯戏降臅鴮ζ涫┘恿藟毫?經(jīng)過簡單的摩擦力與壓力關(guān)系的體驗(yàn)，教師就可以順理成章地跟學(xué)生一起進(jìn)行科學(xué)探究.不僅回避了學(xué)生的認(rèn)識誤區(qū)，也將本實(shí)驗(yàn)的探究活動落實(shí)到壓力與摩擦力的關(guān)系這個(gè)核心問題上.

高效的探究活動首先需要教師吃透教材，其次也需要一定的教學(xué)藝術(shù).建構(gòu)主義理論告訴我們“學(xué)生是帶著個(gè)人獨(dú)特的日常概念進(jìn)入課堂的”，因此，教師應(yīng)該從學(xué)生已有的日常生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，給予適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，把探究活動落腳到核心問題上來，提高實(shí)驗(yàn)課堂的效率.

4 量化分析實(shí)驗(yàn)原理，做出現(xiàn)象明顯的演示實(shí)驗(yàn)

演示實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂中重要的組成部分，我國物理教育家朱正元先生說過：千言萬語說不清，一看實(shí)驗(yàn)便分明.一句話說明了演示實(shí)驗(yàn)直觀性的重要意義，清晰明確的演示實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力的重要前提.因此，在實(shí)驗(yàn)課堂中，需要教師鉆研演示實(shí)驗(yàn)的技巧，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生在觀察中獲得深刻、生動的印象.

但是，在日常教學(xué)時(shí)教師往往會有這樣的困惑：“明明是按照教材的要求和實(shí)驗(yàn)操作方法進(jìn)行的演示實(shí)驗(yàn)，但是卻得不到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果甚至是完全看不到任何效果”.此時(shí)一部分教師會把原因歸咎于實(shí)驗(yàn)器材老化或是環(huán)境因素影響，另一部分教師則會在演示實(shí)驗(yàn)中“作假”以得到想要的現(xiàn)象.這都是不可取的，違背了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的科學(xué)性原則，造成這樣現(xiàn)象的原因是教師沒有站在一個(gè)更高的角度來理解實(shí)驗(yàn)原理.演示實(shí)驗(yàn)的操作不能僅僅局限于書本上的結(jié)論，中學(xué)階段大部分的演示實(shí)驗(yàn)往往是定性的研究，學(xué)生交流討論得到的結(jié)論也是定性的結(jié)論，但是演示實(shí)驗(yàn)的操作卻需要教師在備課時(shí)做好定量研究.比如蘇科版八年級下《氣體的壓強(qiáng)》中的低壓沸騰實(shí)驗(yàn)，如圖4所示.

為了得到明顯的水在低溫時(shí)沸騰的現(xiàn)象，需要教師對氣壓與沸點(diǎn)的關(guān)系了如指掌，根據(jù)克拉伯龍方程可以推導(dǎo)得到沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系：

經(jīng)過量化分析后的結(jié)果可知實(shí)驗(yàn)成功的幾個(gè)注意點(diǎn)：一是水溫不能太低，至少在80℃以上，不然對應(yīng)的氣壓太小難以做到;二是瓶內(nèi)水不能太少，至少保證抽氣后瓶內(nèi)剩余空氣體積增大1倍以上，這樣氣壓就降到原來的一半以下，水的沸點(diǎn)降低到80℃左右;三是橡皮管不能太長太軟，氣密性也必須良好，滿足以上三個(gè)要求也就解決了本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵問題，確保了實(shí)驗(yàn)的成功，現(xiàn)象的明顯.

充分挖掘演示實(shí)驗(yàn)，適應(yīng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，要求教師站在更高的角度量化分析實(shí)驗(yàn)原理，精心設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié).

5 總結(jié)

物理是認(rèn)識世界的工具，實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)物理的方法.做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)中的重要工作，新課標(biāo)也對教師的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)提出了更高的要求.設(shè)計(jì)情境探究式實(shí)驗(yàn)課堂的能力、深刻的教材研究、量化處理實(shí)驗(yàn)的能力等實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)不僅需要教師結(jié)合自身實(shí)際在日常教學(xué)中不斷實(shí)踐來提升，而且需要教師在實(shí)踐過程中不斷反思、改進(jìn)和創(chuàng)新，真正掌握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的技巧.通過切實(shí)有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，真正提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，將中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的作用落在實(shí)處.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]李寶銀.初中物理核心素養(yǎng)與關(guān)鍵能力的研究——對“實(shí)驗(yàn)探究”教學(xué)的建議[J].湖南中學(xué)物理，2018，33 （12）：47- 49.

[3]晉文梅，鄭威.核心素養(yǎng)下物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].中小學(xué)教師培訓(xùn)，2018（ 09）：69 - 71.

[4]盧慕稚，徐力.從實(shí)踐案例看物理教師學(xué)科素養(yǎng)對探究教學(xué)的影響[J].物理教師，2013 （02）：17 -18.

[5]張德啟，李新鄉(xiāng)，陶洪，王崇光.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[M].北京：科學(xué)出版社，2005：1 -23.

[6]夏經(jīng)國，夏億謙.熱力學(xué)第二定律一個(gè)間接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)[Jl.浙江林學(xué)院學(xué)報(bào)，1995（ 04）：446 - 448.