核心素養(yǎng)背景下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

王錫龍

摘 要：隨著物理新課程改革的不斷深入，在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中教師應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢龈叩囊螅e極組織學(xué)生開展物理實(shí)驗(yàn)。文章主要圍繞創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法、開展實(shí)驗(yàn)背景知識探究、培養(yǎng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)思維以及提高學(xué)生物理綜合素養(yǎng)這幾方面展開討論，進(jìn)而分析核心素養(yǎng)下開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略。

關(guān)鍵詞：物理;核心素養(yǎng);教學(xué)策略

物理是一門實(shí)驗(yàn)性的科學(xué)，在物理學(xué)的發(fā)展過程當(dāng)中，理論和實(shí)踐相輔相成，互相依賴，因此進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，對于理解和掌握物理知識起著關(guān)鍵的作用。實(shí)驗(yàn)主要是運(yùn)用儀器和設(shè)備再現(xiàn)某一種物理現(xiàn)象，通過在實(shí)驗(yàn)室人為再現(xiàn)的方式，有目的性地研究某一種物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在物理學(xué)的發(fā)展歷史過程中，實(shí)驗(yàn)扮演著重要的角色，正因?yàn)橛锌茖W(xué)的物理實(shí)驗(yàn)，物理學(xué)家們可以總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，最終得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

一、 創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

現(xiàn)如今，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中普遍存在以練習(xí)代替實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，這反映出許多教師對于實(shí)驗(yàn)不夠重視，教師認(rèn)為學(xué)生可以通過習(xí)題訓(xùn)練的方式掌握物理實(shí)驗(yàn)。然而“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，教師通過考試實(shí)驗(yàn)習(xí)題的方式，大幅度地壓縮了物理實(shí)驗(yàn)的課時，長此以往，會導(dǎo)致學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室形同虛設(shè)，學(xué)生埋頭于題海之中，逐漸減弱學(xué)生對于物理實(shí)驗(yàn)的興趣。這會導(dǎo)致學(xué)校不采購相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材，使得物理實(shí)驗(yàn)室無法滿足實(shí)驗(yàn)條件，導(dǎo)致教師無法開展實(shí)驗(yàn)課程，只能通過口述講解的方式代替操作實(shí)驗(yàn)。新課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出要培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》越來越注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科之間的串聯(lián)能力。筆者采用將物理實(shí)驗(yàn)課堂與數(shù)學(xué)課堂相結(jié)合的方式，根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫出數(shù)學(xué)函數(shù)圖像（如圖所示）讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中，親自記錄物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并探究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，運(yùn)用物理與數(shù)學(xué)兩門學(xué)科相互交叉的方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

為開展物理創(chuàng)新課堂，筆者為學(xué)生設(shè)計了新型物理實(shí)驗(yàn)，例如，在學(xué)習(xí)“探究凸透鏡成像規(guī)律”時，利用一根蠟燭，一個凸透鏡，還有一塊光屏作為實(shí)驗(yàn)器具。首先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，依次將這三種實(shí)驗(yàn)器具擺放在標(biāo)尺上，將點(diǎn)燃的蠟燭放置在標(biāo)尺的原點(diǎn)處，通過改變凸透鏡和成像光屏的位置，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，蠟燭在光屏上的成像也是不同的。當(dāng)蠟燭距離凸透鏡之間的距離為16厘米的時候，光屏上呈現(xiàn)出了一個清晰的等大的蠟燭像，根據(jù)物理公式可以得出U=2F（物體距離等于二倍的焦距時，光屏成像與物體等大），通過標(biāo)尺可以知道U=16厘米，因此不難算出F=8厘米。接著，教師可以讓學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)的過程中記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，主要包括蠟燭到凸透鏡的距離（U）以及成像到凸透鏡的距離（V），然后匯總出學(xué)生記錄下來的數(shù)據(jù)，作出以下函數(shù)圖像，如下圖所示。

教師向?qū)W生講解相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)原理，并告訴學(xué)生當(dāng)物體到凸透鏡的距離，與成像到凸透鏡的距離相同的時候，會在光屏上看到一個倒立著的和實(shí)際物體大小相同的成像，并且此時根據(jù)算式可以列出物理算式，U=V，而此時可以明確物體距離U等于二倍的凸透鏡焦距，從而就能夠測算出來凸透鏡的焦距。此外在該物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，筆者準(zhǔn)備了不同類型的凸透鏡，有一些凸透鏡的焦距比較大，有一些凸透鏡的焦距較小。通過多次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以自己測量出凸透鏡的焦距，從而畫出不同的函數(shù)圖像。當(dāng)學(xué)生遇到類似的數(shù)學(xué)函數(shù)與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的題目時，就能夠迎刃而解了。

二、 開展實(shí)驗(yàn)背景知識探究

物理需要學(xué)生學(xué)習(xí)到的知識通常都和學(xué)生的生活息息相關(guān)，對于初中階段的學(xué)生而言，他們正處于對這個世界充滿好奇心的階段。作為一名初中教師，應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生善于思考，善于發(fā)問的習(xí)慣。一些有趣的物理小實(shí)驗(yàn)背后往往也有十分有趣的背景知識，教師可以借助生活當(dāng)中的事件或者現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生開展探究活動，讓學(xué)生體會到物理實(shí)驗(yàn)在生活中的作用。物理課本當(dāng)中寫了這樣一個小故事：2000多年前，古希臘學(xué)者阿基米德需鑒定國王的王冠是否是用純金制造的，所以要測量出王冠的體積，而王冠是一個不規(guī)則的物體，因此他冥思苦想了很久，都沒有想出測量王冠體積的方法。而某一天當(dāng)他跨進(jìn)浴缸時，觀察到浴缸中水向外溢出，這一現(xiàn)象給了他靈感，當(dāng)物體浸在液體當(dāng)中時，會排開一定的液體體積，那么排出的體積會是物體的體積嗎？隨即他進(jìn)行了深入的科學(xué)研究，從而發(fā)現(xiàn)了浸到液體中物體的體積等于物體排開液體的體積，從而順利測量出了王冠的體積。

當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)了“浮力”相關(guān)知識后會了解：阿基米德原理是計算浮力大小的重要方法，因此，有很多學(xué)生以為阿基米德原理實(shí)驗(yàn)是獲得浮力大小的實(shí)驗(yàn)，而這樣的理解并不是完全正確的，阿基米德原理包括的內(nèi)容很多，學(xué)生把這一原理的適用范圍變窄了。在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)之后，有必要向?qū)W生更深一步講解實(shí)驗(yàn)的相關(guān)背景知識。隨著物理學(xué)科的發(fā)展，人們也逐漸認(rèn)識到了浸在液體中的物體都會受到液體向上的浮力。后人將阿基米德原理公式總結(jié)為：F浮=G排。即浮力等于排出液體的重力。因此，學(xué)生所理解的阿基米德原理實(shí)驗(yàn)并不是為了計算物體所受浮力的大小，而是探究物體所受浮力大小與物體排開的液體重力之間的關(guān)系。這樣的表述方式才更加嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確，更加符合物理實(shí)驗(yàn)學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)精神。

為了讓學(xué)生更加清晰地看到實(shí)驗(yàn)的過程，在開展“探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，筆者在實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材，包括：彈簧測力計、金屬塊、量筒和一定量的水。首先，筆者向?qū)W生介紹彈簧測力計這一實(shí)驗(yàn)器材的用法，彈簧測力計是一種能測量物體重力的儀器，首先把金屬塊掛在彈簧測力計的下方掛鉤處，此時彈簧被拉長，在紙表盤上也會顯示出一個數(shù)值，此時這個數(shù)值就表示金屬塊的重力大小，記為F1。第二步，在量筒當(dāng)中倒入適量的水，記錄下水的體積，記為V1，接下來手提彈簧測力計，將金屬塊浸沒到水中，要使得金屬塊完全沒入水中，此時再記錄一下量杯里水的最高刻度記為V2，此時觀察手中彈簧測力計的數(shù)值，不難發(fā)現(xiàn)，此時掛著金屬塊的彈簧測力計上顯示的數(shù)值已經(jīng)與第一次顯示的數(shù)值不一樣了。根據(jù)測力計上兩次顯示數(shù)值的差值計算出金屬塊在水中的浮力，即為物體所受的浮力（F浮=F1-F2）。再計算出兩杯當(dāng)中水體積的差異，從而得到物體排開液體的體積為（V2-V1），再通過液體重力計算公式，計算出水的重力：G水=ρ（V2-V1）g，最后比較所得數(shù)據(jù)的關(guān)系，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)浸在液體中的物體受到的浮力大小，與物體排開液體的重力相同，即F浮=G水。通過比較發(fā)現(xiàn)：物體受到的浮力恰好等于排開液體的重力。而且無論是什么物體和什么液體，也無論物體在液體中是完全浸沒還是浸入一部分，也無論物體在液體中是漂浮還是下沉，通過實(shí)驗(yàn)我們都會發(fā)現(xiàn)：物體受到的浮力都等于排開液體的重力。由此總結(jié)出了阿基米德原理的內(nèi)容：浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力。