提升學(xué)生實驗探究能力，優(yōu)化物理實驗教學(xué)

吉增群

[摘要] 實驗探究能力的培養(yǎng)是落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)合初中物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀，分析了存在問題的原因，提出了指向提升學(xué)生實驗探究能力的初中物理實驗教學(xué)策略：轉(zhuǎn)變物理教師觀念，加強自身專業(yè)研究能力;積極開展教學(xué)實踐，提升學(xué)生實驗探究能力;開發(fā)課外新型實驗，培養(yǎng)學(xué)生實驗創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 實驗探究;初中物理;實驗教學(xué);探究能力

物理實驗教學(xué)是落實物理課程標(biāo)準(zhǔn)的重要手段，也是提升學(xué)生實驗探究核心素養(yǎng)的重要途徑。然而，受思想認(rèn)識、實踐經(jīng)驗、升學(xué)壓力等諸多因素影響，物理實驗教學(xué)效果不佳、學(xué)生實驗探究能力不強一直是實際教學(xué)中普遍存在的問題。因此，如何在物理教學(xué)中提升學(xué)生的實驗探究能力，挖掘物理實驗的育人價值，已經(jīng)成為當(dāng)前物理教學(xué)改革的重要課題。

一、初中物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)下的物理實驗教學(xué)中，不少物理教師不太重視實驗教學(xué)，認(rèn)為做實驗不如看實驗，將動手演示實驗用課件“演示”代替，這樣不僅省時又省力，還避免了學(xué)生盲目看熱鬧，確保課堂中的每位同學(xué)都能看到視頻中的實驗現(xiàn)象和結(jié)論。殊不知，如果沒有做實驗，就不能有效聯(lián)結(jié)知識經(jīng)驗和操作技能，不利于物理思維的培養(yǎng)。

在學(xué)生實驗中，大部分教師采用先講解后學(xué)生自己操作的教學(xué)方式，缺乏思維調(diào)動，對解決問題的過程視而不見，過于關(guān)注解答問題。學(xué)生完全自主進(jìn)行實驗探究的機會微乎其微，基本按教師的設(shè)計思路進(jìn)行實驗。這樣，雖然學(xué)生做出了完美的實驗，但是對原本探究實驗中可能出現(xiàn)的問題或者失敗因素缺少了深層次的

思考。

另外，不少學(xué)校的實驗儀器年代久遠(yuǎn)，或多或少存在老化或缺失的情況，這嚴(yán)重影響了實驗效果，甚至使得很多實驗難以進(jìn)行。而大部分物理教師迫于升學(xué)壓力，很難抽出時間和精力對實驗中的問題進(jìn)行仔細(xì)研究，通過改進(jìn)實驗器材或開發(fā)創(chuàng)新性實驗來達(dá)到實驗效果的美好設(shè)想很難實現(xiàn)。這不但會使得學(xué)生對物理學(xué)科的興趣逐漸喪失，而且不利于學(xué)生實驗探究能力的

培養(yǎng)。

二、初中物理實驗教學(xué)問題分析

當(dāng)下，課程標(biāo)準(zhǔn)雖大力推進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)培育，但因長期受應(yīng)試教育影響，物理實驗教學(xué)更多被用來應(yīng)付考試中的實驗題。即便讓學(xué)生動手做實驗，也是提前將實驗流程準(zhǔn)備好，并且在實驗過程中，講解大于探究，不能充分舉證歸納，導(dǎo)致學(xué)生淺嘗輒止，很難深度理解和內(nèi)化所學(xué)知識，更不用說提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力了。

長期以來，物理中考對實驗探究的考查僅體現(xiàn)在試題的實驗題中，并沒有考查學(xué)生實際操作能力。另外，物理中考涉及的知識點較多，但物理課時有限，為了提高中考物理成績，教師通常會補充難度較大的解答題，幾乎沒有時間和精力花在物理實驗上。因此提升學(xué)生實驗探究能力、培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)往往并未落到實處。

三、加強初中物理實驗教學(xué)的策略探究

（一）轉(zhuǎn)變物理教師觀念，加強自身專業(yè)研究能力

要改變物理教師忽視實驗探究中能力培養(yǎng)和思維訓(xùn)練這一現(xiàn)狀，學(xué)校應(yīng)為教師多提供專業(yè)學(xué)習(xí)的機會，教師也應(yīng)主動學(xué)習(xí)先進(jìn)的教育理念，改變陳舊的教育觀念，以發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)為目標(biāo)，潛心研究教材中的實驗，對物理實驗教學(xué)的各個角度進(jìn)行變革，變單一驗證為科學(xué)探究。例如，課堂演示實驗利用現(xiàn)代教學(xué)手段，或在教學(xué)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點切入一些創(chuàng)新實驗，通過探究實驗來化解教學(xué)難點，促進(jìn)學(xué)生深層次理解;學(xué)生實驗則摒棄之前按部就班的驗證實驗，真正讓學(xué)生動手、動腦，基于真實學(xué)情切實提高實驗操作能力;課后則鼓勵學(xué)生多做家庭小實驗，通過動手做實驗，熟知實驗探究步驟，發(fā)現(xiàn)實際操作中的疑難問題，進(jìn)而思考解決問題的辦法。以上做法目的都是將學(xué)生物理核心素養(yǎng)培育融入實驗教學(xué)中，緊跟時代步伐，培養(yǎng)新時代創(chuàng)新人才。

（二）積極開展教學(xué)實踐，提升學(xué)生實驗探究能力

物理學(xué)科的理論性和實踐性都很強，在教學(xué)過程中，要注重學(xué)生的動手實踐，積極開展實驗教學(xué)，不斷鼓勵學(xué)生通過觀察、比較、實驗、歸納、類比等研究方法提出各種假設(shè)和猜想，鼓勵學(xué)生善于動手、勤于動手，在腦、手、口的協(xié)作中激發(fā)自己的潛能，提高實驗操作能力，同時，培養(yǎng)積極探索的精神和創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生思考和解決實際遇到的新問題的能力。

1.創(chuàng)設(shè)研究情境，確定實驗探究問題

一切思維都是從問題開始的。初中物理實驗教學(xué)需要創(chuàng)設(shè)真實的實驗問題情境，以引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突為起點，引導(dǎo)學(xué)生分析知識內(nèi)容，結(jié)合已有經(jīng)驗提出疑問，討論并確定感興趣、可操作的實驗探究問題，并將實驗探究的問題整理出來。

例如蘇科版八年級物理下冊“浮力”教學(xué)中的活動實驗，探究下沉的物體是否受到浮力。在實驗過程中，金屬塊或者石塊浸入水中前后，彈簧測力計的實際讀數(shù)變化并不明顯。為進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，教師向?qū)W生展示了雄偉的長江大橋，并提出問題“橋墩是否受到水的浮力作用”，他們結(jié)合實驗結(jié)論，對已有經(jīng)驗產(chǎn)生了質(zhì)疑。此時，教師提示“密度是物體質(zhì)量和體積之比”，激發(fā)學(xué)生來思考“物體浮力大小是否與物體的體積、密度有關(guān)，是否與浸入液體的密度有關(guān)”，從而自然過渡到學(xué)生實驗“探究影響浮力大小的因素”。在此過程中，教師在課堂中先創(chuàng)設(shè)科學(xué)實驗探究情境，將學(xué)生的錯誤認(rèn)知的現(xiàn)象作為探究問題拋出，激發(fā)學(xué)生的實驗探究興趣，再鼓勵他們討論后整理出實驗探究的問題。真正做到答疑解惑，避免學(xué)生被錯誤認(rèn)知誤導(dǎo)。

2.精心設(shè)計問題，進(jìn)行合理猜想與假設(shè)

在課堂上，教師要不斷打破傳統(tǒng)教學(xué)思維的束縛，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生實驗探究為主的教學(xué)模式，敢于創(chuàng)新教學(xué)策略，精心設(shè)計啟發(fā)式問題來改善教學(xué)效果，讓學(xué)生敢于猜想與假設(shè)、主動協(xié)作、主動探索。

例如，蘇科版八年級物理下冊第六章第四節(jié)“密度知識的應(yīng)用”中，“設(shè)計與實驗”環(huán)節(jié)列出金屬螺母、石塊、玻璃球三種物質(zhì)，要求選擇其中一個測量密度。以測石塊的密度為例，常規(guī)方案是先用天平稱量石塊的質(zhì)量，在量筒中注入一定體積的水，讀出讀數(shù)V1;再用細(xì)線捆綁石塊浸入量筒的水中，讀出此時的讀數(shù)V2，兩次讀數(shù)的差值就是石塊的體積，最后計算質(zhì)量與體積的比值就可以得到石塊的密度。如果教師按照常規(guī)實驗方案進(jìn)行教學(xué)，則仍然是照本宣科的驗證性實驗，無法滿足學(xué)生的實驗探究欲望，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力。

為此，教師精心設(shè)計了如下問題引導(dǎo)學(xué)生思考：

（1）教材提到如何測“形狀不規(guī)則的物體”的密度，如果是比水輕的物體，比如泡沫呢？我們?nèi)绾螠y量泡沫的密度？（2）如果是能溶于水的糖，又如何測量其密度？對于問題（1），學(xué)生注意到泡沫會浮在水面上，經(jīng)過討論，他們很容易猜想用一根細(xì)鐵絲將泡沫壓在水里，使泡沫全部浸入水中后，再根據(jù)兩次讀數(shù)差值，算出泡沫的體積。對于問題（2），由于糖塊形狀不規(guī)則且易溶于水，學(xué)生一時無法想到如何測出其體積。教師適時啟發(fā)：不能用排水法測體積，能不能用其他固體或液體來代替？學(xué)生恍然大悟，有的猜想可用細(xì)沙或者食用油來代替水，有的提出可用橡皮泥將糖塊包裹住，間接測出其體積。教師肯定了這些想法，并在課后帶領(lǐng)他們進(jìn)行自主實驗探究。學(xué)生們主動探索、積極體驗，通過動手操作驗證自己的各種猜想，在知識的探索和獲取過程中，由被動變?yōu)橹鲃樱瑢χR點的理解更加透徹和深刻。

3.注重思維培養(yǎng)，設(shè)計并實施探究方案

實驗探究中伴隨著一系列的思維和認(rèn)知的碰撞，高質(zhì)量的實驗探究對學(xué)生高階思維的培養(yǎng)具有十分重要的作用。在實驗探究中，教師可以適當(dāng)啟發(fā)學(xué)生變換實驗條件，提出新的實驗挑戰(zhàn)，引導(dǎo)學(xué)生在面對新問題時正確判斷、質(zhì)疑，從而讓學(xué)生設(shè)計出科學(xué)合理的實驗探究方案，并且參與實驗活動的各個環(huán)節(jié)的思維進(jìn)階，在深化理解中遷移應(yīng)用，進(jìn)而將碎片化的知識形成結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從而建構(gòu)正確的物理觀念。

仍然以測物體密度為例，基于學(xué)生已掌握以上固體和液體的密度測量方法，此時教師將生活元素融入實驗情境中，激發(fā)學(xué)生“跳一跳摘到桃”的勇氣，提出“如果現(xiàn)在只有天平、燒杯、水和橙汁，如何測量橙汁的密度？”因為缺少了量筒，橙汁的體積無法直接測量，很多學(xué)生囿于思維定式，不知如何解決。教師提醒他們實驗材料中有水，仍然可以利用上述的替換法來思考。學(xué)生們紛紛開動腦筋，經(jīng)過熱烈討論，認(rèn)為可以用體積替換法來設(shè)計出實驗方案：第一步，調(diào)節(jié)天平平衡，測出空燒杯的質(zhì)量m1;第二步，在燒杯中加滿水，測出燒杯和水的總質(zhì)量m2;第三步，倒出水，在燒杯中加滿橙汁，測出橙汁和燒杯的總質(zhì)量m3;第四步，計算出橙汁的體積：V橙汁=V水=（m2-m1）/ρ水，橙汁的質(zhì)量：m橙汁=m3-m1，從而得出橙汁的密度。為了促進(jìn)學(xué)生的高階思維，教師可以繼續(xù)變換條件：現(xiàn)有天平（無砝碼）、燒杯、水、量筒，如何測量酒精的密度？氣體的密度又如何測量？這些問題是教材實驗內(nèi)容的拓展，當(dāng)學(xué)生遇到困難時，啟發(fā)他們靈活改變思路，不斷鼓勵他們進(jìn)行思考、探索及變通，將科學(xué)知識和方法遷移，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生遷移能力，發(fā)展學(xué)生的高階思維。

4.分析實驗數(shù)據(jù)，交流評價中得出結(jié)論

物理學(xué)中的定律通常從物理實驗中概括、歸納出來，因此，有針對性地觀察實驗中的現(xiàn)象、記錄實驗中的數(shù)據(jù)尤為重要。在實驗前需要準(zhǔn)備好記錄的圖表;實驗中需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙Υ龑嶒灒龅讲僮髡_、善于觀察、詳細(xì)記錄;實驗探究結(jié)束后，需要針對實驗過程進(jìn)行合理地評價和總結(jié)，對實驗現(xiàn)象進(jìn)行匯總，對記錄的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得到結(jié)論。

例如，蘇科版物理九年級上冊探究電流和電壓關(guān)系、電流和電阻關(guān)系的學(xué)生實驗中，學(xué)生采用控制變量法，在滿足控制量的條件下對實驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)變化量之間的關(guān)系與數(shù)學(xué)學(xué)科中所學(xué)的函數(shù)關(guān)系相似，結(jié)合坐標(biāo)圖處理實驗數(shù)據(jù)。在保持電阻一定時，電流隨電壓的增大而增大，且電壓與電流的比值不變，符合數(shù)學(xué)中正比例函數(shù)圖像特征。當(dāng)電壓一定時，電流隨電阻的增大而減小，畫出電流和電阻的關(guān)系圖，符合數(shù)學(xué)中反比例函數(shù)特征。同時，在實驗探究過程中，教師應(yīng)用好評價的手段。學(xué)生可以自評，分析探究過程中出現(xiàn)的問題，并找出原因，對整個實驗探究過程進(jìn)行評價;也可以小組間互評，找出各組實驗方案或過程的優(yōu)劣，取長補短，最終得到實驗結(jié)論。通過交流評價，學(xué)生不僅更好地掌握實驗本身，動手能力得到相應(yīng)提高，還促進(jìn)了他們的合作、溝通和表達(dá)能力的提高。

（三）開發(fā)課外新型實驗，培養(yǎng)學(xué)生實驗創(chuàng)新能力

教師和學(xué)生需要積極改進(jìn)實驗器材或開發(fā)創(chuàng)新型課外實驗，充分挖掘?qū)W生的潛力，注重提高學(xué)生動手實踐能力和創(chuàng)新能力，以在潛移默化中提升物理學(xué)科素養(yǎng)。同時，學(xué)校還要積極引導(dǎo)家庭與社會組織學(xué)生開展實踐活動，持久激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，增強學(xué)生的自主探究能力，構(gòu)建一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

例如，學(xué)生可以利用電鈴工作原理制造出“小雞啄米”的兒童玩具;電梯運行時，站在體重計上，觀察其示數(shù)如何變化，由此增強學(xué)生對超重、失重狀態(tài)下人的受力平衡的理解;在“測量平均速度”實驗中，為減小摩擦力，用小玻璃球和電線槽做來改進(jìn);將用塑料膜包好的手機藍(lán)牙音響放入水中，用話筒將水內(nèi)的聲音送到擴音器內(nèi)，全班學(xué)生都能聽到原來水下聽不到的聲音;利用凸透鏡原理，用裝有水的礦泉水瓶對著太陽光照射，在最亮點處放一個易燃物，根據(jù)實驗現(xiàn)象，告知他人車上隨便放礦泉水會有潛在危險等。

通過這些創(chuàng)新型實驗的探究，不僅大大激發(fā)了學(xué)生的探究熱情，增強了學(xué)生的創(chuàng)新意識，還有助于理解物理知識難點，獲得學(xué)習(xí)物理的成就感。

教師是物理實驗教學(xué)活動的引導(dǎo)者、設(shè)計者、組織者，也是學(xué)生實驗探究活動的參與者、推動者。教師應(yīng)注重與教材有機結(jié)合，提供更加靈活和多樣的實驗探究方式，通過實驗教學(xué)不斷培養(yǎng)和深化學(xué)生的核心素養(yǎng)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉梅，鄭淵方.情境教學(xué)法在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用——以“認(rèn)識浮力”為例[J].理科愛好者，2021（22）：253-254.

[2]羅正瓊.初中生物理實驗探究能力培養(yǎng)的研究[D].昆明：云南師范大學(xué)，2019.

[3]李剛.聚焦實驗研究 促進(jìn)深度教學(xué)[J].物理教師，2021（12）：37-39.