初中物理探究實驗中發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)

摘?要：初中物理探究實驗中發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)就是通過對初中物理探究實驗過程中幾個環(huán)節(jié)的分析，挖掘?qū)W生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析、實驗、概括等能力，使學(xué)生的合作學(xué)習(xí)、實事求是和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度等學(xué)科素養(yǎng)進(jìn)一步提升.

關(guān)鍵詞：初中物理;核心素養(yǎng);實驗探究

文章編號：1008-4134（2020）02-0020?中圖分類號：G633.7?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

作者簡介：張軍民（1968- ），男，江蘇宿遷人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：初高中物理教學(xué)方法研究.

物理學(xué)科核心素養(yǎng)，是指學(xué)生在接受教育的過程中，逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格、價值觀念和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)而內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特征的品質(zhì).學(xué)生經(jīng)歷初中物理教育，應(yīng)該具備良好的思維品質(zhì)，掌握科學(xué)探究的基本方法，形成正確的物理觀念和科學(xué)態(tài)度.

實驗探究是在問題驅(qū)動下進(jìn)行的研究活動.一般包括提出問題、形成猜想或假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、進(jìn)行實驗操作、獲取和處理信息并基于證據(jù)得出結(jié)論、做出解釋等環(huán)節(jié).實驗與探究既是認(rèn)識物理問題的科學(xué)手段與過程，同時也是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中應(yīng)當(dāng)習(xí)得的能力，包括提出問題與猜想、設(shè)計與操作以及證據(jù)與論證等能力.

如何在初中物理探究實驗過程中發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，則是初中物理教師在新時代背景下必須研究的課題，也是初中物理探究實驗過程中必須解決的問題.

1?探究實驗過程中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要引導(dǎo)學(xué)生合理提出探究問題

物理學(xué)家愛因斯坦說過：“提出一個問題往往比解決一個問題更為重要，因為解決問題也許是數(shù)學(xué)上的或是實驗上的技能而已，而提出新的問題，新的可能性，從新的角度去看舊的問題，卻需要創(chuàng)造性的想象力;而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進(jìn)步.”在初中物理探究實驗中，思維的發(fā)生，始于探究問題的提出，如何提出探究問題？教師在課前要做足功課，在課堂上要創(chuàng)設(shè)物理情境，讓學(xué)生感受生活化的物理，并讓學(xué)生處于注意力最集中、思維處于最積極狀態(tài)，這樣，學(xué)生才能根據(jù)情境提出問題，并積極主動地進(jìn)行科學(xué)探究.

1.1?通過觀察自然現(xiàn)象，提出探究問題

自然界中許多現(xiàn)象都是與物理知識息息相關(guān)的，這些自然現(xiàn)象在日常生活中經(jīng)常呈現(xiàn)在學(xué)生面前.如果教師能積極地引導(dǎo)學(xué)生主動地去觀察，引起學(xué)生的興趣，就能激發(fā)學(xué)生的問題意識和求知的欲望.例如，在講授“密度”概念時，由于密度概念比較抽象，對于初中學(xué)生來說也比較陌生，教師可以通過創(chuàng)設(shè)問題情境的方式，激發(fā)學(xué)生視野聚焦、心生疑惑、主動探究.日常生活中常說，鐵塊比塑料塊重，是什么意思呢？通過這個自然現(xiàn)象，這個問題創(chuàng)設(shè)情境是：你能區(qū)分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊嗎？學(xué)生經(jīng)過分析、提練能主動提出自己的疑惑“物體的形狀相同，表面被涂成相同顏色，如何區(qū)別兩種物質(zhì)？”然后，學(xué)生會根據(jù)已有的知識對該問題進(jìn)行分析探索，進(jìn)而解決問題.學(xué)生在解決問題的過程中，對于密度概念的掌握、理解和運(yùn)用，自然就水道渠成.

1.2?通過教師演示實驗，提出探究問題

教師也可以通過演示實驗來提出問題，引導(dǎo)學(xué)生對物理現(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)、持續(xù)的觀察，以此作為提出問題的事實前提和客觀依據(jù).教師在做演示實驗的過程中，引導(dǎo)學(xué)生對一些要點(diǎn)進(jìn)行細(xì)致的觀察、并針對實驗現(xiàn)象提出有層次的問題，通過層層質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、主動探索.例如，在探究光的色散時，教師通過在操場上利用噴霧器噴出的水霧讓學(xué)生在陽光下觀察現(xiàn)象（如圖1所示），學(xué)生通過觀察到彩虹現(xiàn)象，進(jìn)而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.在學(xué)生注意力還沒有消退之前，教師再通過課件播放多幅光現(xiàn)象圖片，讓學(xué)生觀察，針對演示實驗現(xiàn)象，學(xué)生很快就能提出下列問題：圖片中的光來源于哪里？光源都是天然的嗎？常見的太陽光只是一種白色光，還是由幾種顏色復(fù)合而成的？為什么只有一種顏色的光在陽光下會出現(xiàn)這么多彩的世界？

1.3?通過學(xué)生分組實驗，提出探究問題

實驗在引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、提問方面有著十分重要的作用.在物理教學(xué)過程中，教師可以設(shè)計一些趣味的分組實驗，引導(dǎo)學(xué)生通過對實驗現(xiàn)象的觀察和比較，自然地發(fā)現(xiàn)并提出科學(xué)探究問題.例如，在進(jìn)行“汽化”內(nèi)容教學(xué)時，可通過對比觀察引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)問題.首先，要引導(dǎo)學(xué)生將酒精棉球包裹在兩支溫度計的玻璃泡上，觀察溫度計示數(shù)的變化;接著，再引導(dǎo)學(xué)生將兩個酒精棉球分別包裹在兩支溫度計的玻璃泡上，并用扇子對其中一個酒精棉扇風(fēng)，同時觀察兩支溫度計示數(shù)變化情況.教師啟發(fā)學(xué)生：“實驗過程中，同學(xué)們觀察什么現(xiàn)象？通過這些現(xiàn)象可以提出哪些探究問題？”

2?探究實驗過程中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要引導(dǎo)學(xué)生大膽猜想

猜想是對研究對象或問題的分析、觀察、類比、實驗、歸納等，它是根據(jù)現(xiàn)有的材料和知識，找出一種對經(jīng)驗和事實的合理猜測想象的思維方式.猜想是一種合理的推斷，是一個綜合性較強(qiáng)的認(rèn)識過程并具有一定的直覺性.猜想是初中物理探究實驗教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)，是學(xué)生思維較活躍的階段.沒有猜想，探究就成為無源之水，猜想決定了科學(xué)探究的方向，科學(xué)合理的猜想能使探究活動有計劃、有目的、有步驟地展開，確保探究實驗有序地進(jìn)行.

2.1?通過日常生活經(jīng)驗，提出合理猜想

猜想不是憑空瞎想，而是建立在豐富的生活和知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)驗越豐富，猜想就越趨于合理.課堂上，要鼓勵學(xué)生多觀察、多體驗、多思考，積累豐富的生活經(jīng)驗和扎實的基礎(chǔ)知識，以便在探究實驗環(huán)節(jié)中進(jìn)行有效、合理的猜想.在“探究蒸發(fā)快慢的影響因素”的實驗中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合晾衣服的經(jīng)驗做出合理的猜想（如圖2所示），學(xué)生很自然地根據(jù)晾衣服的習(xí)慣猜想影響蒸發(fā)快慢可能與液體的溫度、液體表面積、液體表面上空氣流動快慢這三點(diǎn)有關(guān).

2.2?通過直覺感悟，提出合理猜想

直覺是指不受某種固定的邏輯規(guī)則約束，直接領(lǐng)悟事物本質(zhì)的一種思維形式.直覺有迅捷性、直接性、本能意識等特征.它作為一種心理現(xiàn)象貫穿于日常生活之中，也貫穿于科學(xué)研究之中.在探究牛頓第一定律時，師生一起做小車從斜面下滑到平面上的實驗，學(xué)生觀察到三種不同情況（如圖3所示），發(fā)現(xiàn)平面越光滑，小車就運(yùn)動得更遠(yuǎn)，學(xué)生憑直覺感悟到：如果平面非常光滑，則小車就會運(yùn)動得更遠(yuǎn).由以上直覺便可建立猜想：物體在不受外力作用時，總沿原來的方向、速度不變地永遠(yuǎn)運(yùn)動下去.這種方式不僅能培養(yǎng)學(xué)生的推斷、假設(shè)能力，同時也能培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析和綜合等思維能力.

2.3?通過對比和觀察，提出合理猜想

初中物理教學(xué)中，教師可以鼓勵學(xué)生通過對比和觀察，聚焦實驗結(jié)果差異性要素，自然地作出猜想.例如，影響電路中電流大小的因素可能有哪些？導(dǎo)致力使物體形變效果的因素可能有哪些？影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素可能有哪些？影響滑動摩擦力的因素有哪些？等等，對于此類任務(wù)，教學(xué)過程中，教師可以鼓勵學(xué)生在對比和觀察的基礎(chǔ)上，提出合理的猜想.

3?探究實驗過程中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗并制訂計劃

實驗設(shè)計具有很強(qiáng)的邏輯性、綜合性和創(chuàng)造性，需要學(xué)生綜合運(yùn)用已有的知識、經(jīng)驗，創(chuàng)造性地構(gòu)思、設(shè)計實驗開展的途徑和方法.由于實驗具有很強(qiáng)的靈活性與開放性，對于要解決的問題，根據(jù)不同的實驗條件，可以設(shè)計不同的方案;即使是相同的實驗條件，也可以進(jìn)行不同的設(shè)計.可見，通過實驗方案的設(shè)計，能夠提高學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)造能力.

3.1?根據(jù)實驗?zāi)康?，明確實驗原理

初中物理探究實驗的方案制定，首先明確探究實驗的目的，究竟是探究什么事實或規(guī)律、要解決什么樣的問題，探究目的源自探究問題，探究計劃的具體任務(wù)或?qū)嶒灧桨傅木唧w要求源自基于問題的猜想.制定探究實驗的方案，本質(zhì)上就是從操作的角度，將猜想具體化、程序化.在制定探究實驗方案的過程中，會出現(xiàn)多種探究方法和路徑，需要根據(jù)探究需求和現(xiàn)有條件，經(jīng)比較、選擇、合并、優(yōu)化形成最終的探究實驗方案.

3.2?根據(jù)實驗需要，選擇適當(dāng)?shù)钠鞑?/p>

不同的實驗，需要的實驗器材不同，選擇實驗器材時，需要考慮多方面的因素：實驗步驟、器材安全、減小誤差、方便操作等.教師可以鼓勵學(xué)生在制定探究計劃時，要考慮需要哪些實驗器材，根據(jù)以上因素等方面來考慮器材的規(guī)格等問題，合理選擇實驗器材的意識，逐步地提高選擇實驗器材的能力.同時，還應(yīng)該提倡實驗中多采用日常生活常見的器具來進(jìn)行實驗，這有利于學(xué)生產(chǎn)生對實驗探究的親近感以及發(fā)展學(xué)生在實驗器材選擇方面的創(chuàng)造力.

3.3?根據(jù)實驗特點(diǎn)，選擇合適的實驗方法

探究實驗的設(shè)計過程中，還要考慮實驗方法的選擇，在初中物理探究實驗過程中，常見的實驗方法有：控制變量法、比較法、轉(zhuǎn)換法、放大法…….其中轉(zhuǎn)換法，學(xué)生相對掌握難度較大.在初中物理實驗中，一些物理量，如果直接測量會存在這樣或那樣的困難，轉(zhuǎn)換法就可以很好地解決這類問題，例如：在測量影響動能大小因素時（如圖4所示），把它轉(zhuǎn)換成測量木塊在水平方向移動的距離大小.

3.4?根據(jù)實驗要求，設(shè)計規(guī)范表格

初中物理有很多探究實驗需要通過多個儀器測量不同維度的數(shù)據(jù)，為了減小誤差或發(fā)現(xiàn)內(nèi)在規(guī)律，需要進(jìn)行多次測量.這就要求，探究實驗的實驗數(shù)據(jù)不是一個、兩個簡單數(shù)據(jù)，而是多組數(shù)據(jù).在這種情況下，使用表格記錄實驗數(shù)據(jù)就是一種比較好的形式.

4?探究實驗過程中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要引導(dǎo)學(xué)生操作實驗并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)

實驗操作是一種手腦并用的活動，學(xué)生在動手的同時必然要動腦.手腦并用就會使大腦里最特殊的、最積極的、富有創(chuàng)造性的區(qū)域積極活動起來，學(xué)生的思維能力將得到迅速發(fā)展.

4.1?根據(jù)不同器材要求，規(guī)范操作

不同的實驗需要不同的實驗器材，在理解儀器工作條件和操作要求的前提下，應(yīng)該按照要求正確地操作儀器，把基本規(guī)范落實到實驗操作中去.教師要培養(yǎng)學(xué)生使用基本儀器的技能和規(guī)范，要將儀器的使用方法與觀察理解儀器的原理結(jié)合起來，使學(xué)生有利鞏固實驗方面的知識，也可以理解為什么要這樣使用儀器，這樣，學(xué)生操作起來才會更加自覺、主動.如：在用溫度計測量容器中的水溫時，應(yīng)該將溫度計的玻璃泡完全浸沒在水中，避免玻璃泡與容器底或器壁接觸;連接電路時，應(yīng)先接線路，后接電源，拆卸電路時，應(yīng)先斷電源、后拆線路等.

4.2?根據(jù)實驗異常，排除故障

在操作實驗過程中，往往由于各種原因，實驗過程中難免出現(xiàn)這樣或那樣的問題，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識對實驗過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，并及時排除故障，提高學(xué)生解決實際問題的能力.如：在測量小燈泡電功率實驗過程中，就需要根據(jù)電路故障的不同現(xiàn)象表現(xiàn)，分析電路問題并進(jìn)行排除.如果電壓表示數(shù)為零，電流有示數(shù);往往可能是燈泡短路;如果電壓表有示數(shù)，電流表示數(shù)為零，可能是燈泡斷路等.

4.3?準(zhǔn)確讀數(shù)，正確記錄數(shù)據(jù)

在實驗過程中，除了能夠正確地動手操作實驗儀器外，還需要正確地觀察、讀取儀器示數(shù)，不同的測量工作，讀數(shù)方法也有區(qū)別.如：測量長度時，不同最小分度的刻度尺，在記錄數(shù)據(jù)時，估讀也是不一樣的.

5?探究實驗過程中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)得出結(jié)論

實驗數(shù)據(jù)不是探究結(jié)論，實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)是對實驗事實的客觀記錄，探究結(jié)論是在實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過分析論證所得出的具有普遍意義的規(guī)律.學(xué)生需要整理現(xiàn)象、信息、數(shù)據(jù)，形成證據(jù)，并對證據(jù)進(jìn)行分析，應(yīng)用科學(xué)的思維和方法，通過分析和歸納，找出規(guī)律，進(jìn)而得出實驗結(jié)論.

5.1?根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行規(guī)律歸納

在經(jīng)歷了對實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確記錄、比較和對可能的因果關(guān)系進(jìn)行分析之后，離科學(xué)探究的結(jié)果僅有一步之遙，也就是歸納出科學(xué)規(guī)律.為此，就要尋找數(shù)據(jù)之間相互關(guān)系的特征，這些特征通常表現(xiàn)為相等、之和、之差、乘積以及比值等數(shù)學(xué)關(guān)系.師生在分析歸納時，就要通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，歸納得出實驗結(jié)論.如：串聯(lián)電路中的電流處處相等，只要通過實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單分析比較就容易得出結(jié)論.又如：在杠桿平衡條件實驗中，需要將有關(guān)數(shù)據(jù)的乘積進(jìn)行比較，就能發(fā)現(xiàn)和歸納出它們的規(guī)律.啟發(fā)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)之間規(guī)律的過程，是發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維的過程.

5.2?對實驗現(xiàn)象，做出合理解釋

物理結(jié)論得出后，還要對實驗現(xiàn)象做出科學(xué)合理的解釋.如果得到的結(jié)論不能解釋與之相關(guān)的物理現(xiàn)象，表明得到的物理結(jié)論缺乏適用性、缺失準(zhǔn)確性，也意味著得到的結(jié)論存在片面性;如果得到的結(jié)論能很好地解釋相關(guān)的物理現(xiàn)象，表明它既能體現(xiàn)規(guī)律本身的解釋性功能，也能幫助學(xué)生在學(xué)以致用的過程中深化理解能力、提升知識的應(yīng)用水平.如：在探究凸透鏡成像活動后，得到相關(guān)的成像特點(diǎn)，就能解釋一系列相關(guān)物理現(xiàn)象：為什么使用放大鏡時總要手持放大鏡靠近被觀察物體;為什么要調(diào)大投影儀在幕布上的像時要搬動投影儀使之遠(yuǎn)離幕布……

綜上分析，探究實驗過程中物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要注重對學(xué)生的基礎(chǔ)知識、技能、態(tài)度、動手、分析以及概括等能力的培養(yǎng)，通過實驗探究，使學(xué)生的自主發(fā)展、探索實驗的素養(yǎng)進(jìn)一步提升;通過實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)、實事求是和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度素養(yǎng).我們相信，在探究實驗過程中注重對探究過程各個環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)，尤其是實驗探究素養(yǎng)將得到進(jìn)一步的提升.

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（收稿日期：2019-09-26）