基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的物理實驗資源開發(fā)和應(yīng)用

□ 江蘇省蘇州市第三中學(xué)校 李 祺

高中物理資源開發(fā)和應(yīng)用研究，為學(xué)科教學(xué)創(chuàng)造良好環(huán)境，為學(xué)生學(xué)科思維啟動帶來豐沛動力，教師需要有優(yōu)化整合意識，研究實驗資源儲備情況、規(guī)劃實驗資源利用計劃、實施實驗資源應(yīng)用策略、延伸實驗資源實踐維度，為學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)帶來更多便利條件。物理是一門實驗性自然學(xué)科，學(xué)生對物理實驗充滿期待，教師針對教學(xué)實際需要，深入研究實驗資源開發(fā)和應(yīng)用，組織學(xué)生參與實驗資源籌備活動，讓學(xué)生在實驗資源開發(fā)利用中建立學(xué)科認知基礎(chǔ)。

一、實驗資源開發(fā)路線探究

物理實驗需要資源材料的支持，教師對實驗材料來源進行科學(xué)評估，發(fā)動學(xué)生參與實驗材料的搜集整合活動，能夠順利調(diào)動學(xué)生實驗思維，還能夠培養(yǎng)學(xué)生良好學(xué)習(xí)意識和習(xí)慣。替代資源、類比資源、主題資源，教師從不同角度出發(fā)展開設(shè)計，為學(xué)生規(guī)劃清晰操作路線。

1.替代資源搜集

教師組織學(xué)生深入生活展開觀察和調(diào)查活動，尋找一些實驗替代材料，能夠有效解決實驗資源短缺的問題，還可以調(diào)動學(xué)生學(xué)科思維，讓學(xué)生在實驗材料搜集整合過程中建立實驗認知。物理實驗需要一些精密儀器的應(yīng)用，這些資源在生活中難以找到。如力學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等實驗，其替代材料眾多，教師組織學(xué)生主動尋找這些材料，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生實驗認知。

如教學(xué)人教版高中物理必修一“實驗：探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”，教師利用實驗室材料設(shè)計實驗裝置，讓學(xué)生觀看實驗操作過程，然后設(shè)計探索實驗方案，要求學(xué)生自行尋找實驗材料，在合作基礎(chǔ)上設(shè)置實驗裝置，展開實驗操作。小車替代材料選擇時，學(xué)生能夠找到木塊、塑料塊，利用紐扣等制作小車車輪。替代材料隨處可尋，教師鼓勵學(xué)生打開思維，對實驗操作程序進行梳理，對實驗材料進行整合，為學(xué)生提供實驗材料尋找方向，讓學(xué)生自然進入到實驗材料搜集活動之中。學(xué)生身邊有不少材料能夠利用，教師要給學(xué)生更多操作提示，引導(dǎo)學(xué)生自行制作實驗材料，確保實驗順利展開。教師演示實驗的目的是讓學(xué)生了解實驗程序，分析實驗結(jié)論，還要鼓勵學(xué)生自行尋找實驗材料，制作一些替代材料或者實驗器具，在不同實驗中都可以應(yīng)用。

2.類比資源開發(fā)

所謂類比性資源材料，是指特定實驗需要的資源，在生活條件下能夠找到類似的材料，即便不能完全起到替代的作用，也可以培養(yǎng)學(xué)生實驗意識和認知。物理實驗所用材料眾多，教師對實驗材料進行綜合分析，找出實驗材料的共性和個性特點，這樣可以矯正生活實驗材料尋找方向，順利找到適合的實驗資源。

實驗材料選擇時，可以進行類比分析，或者進行必要的改進，都可以形成嶄新應(yīng)用契機，教師需要做合理設(shè)計。如“自由落體運動”，教師拿出一張紙和一個鐵片，在同一高度同時放手，鐵片先落地。第二次操作時，將紙片揉成一個紙團，結(jié)果情況改變了，紙團和鐵片幾乎同時落地。學(xué)生親自觀察了實驗過程，并自行尋找實驗材料進行實際操作，對自由落體運動有了全新理解。這個實驗所需材料可以隨意選擇，目的是讓學(xué)生知道不同材料的自由落體運動存在共性規(guī)律，教師做示范操作，為學(xué)生提供直觀感受的機會。學(xué)生利用多種物品進行實驗操作，從中感受實驗體驗，分析實驗原理，自然建立實驗認知。教師有意識投放實驗方案，學(xué)生積極響應(yīng)，利用生活材料展開實驗操作，其學(xué)習(xí)認知內(nèi)化順利展開。

3.主題資源整合

普通材料自身帶有某些共性特點，能夠適合不同的實驗，教師圍繞實驗主題進行設(shè)計和調(diào)度，讓學(xué)生先做實驗主題研究，然后進行實驗材料資源的整合處理，這樣能夠為學(xué)生規(guī)劃實驗資源開發(fā)的路線。實驗資源材料浩如煙海，如何提升整合品質(zhì)，教師需要做好前期研究，給學(xué)生提供更多學(xué)習(xí)參考，讓學(xué)生自覺進入材料整合活動之中，在對比、分析、討論、篩選、歸結(jié)中建立實驗認知。

物理實驗需要材料隨處可以找到，甚至利用人體攜帶的材料都可以參與到實驗之中。如教學(xué)“摩擦力”，教師要求學(xué)生用手掌平放在桌面上，施加一點力，推動手掌，可以感受到摩擦力的存在。摩擦力大小與哪些因素有關(guān)聯(lián)呢？利用哪些材料可以繼續(xù)實驗操作呢？學(xué)生開始實踐探索，找到一些粗糙的面板，或者用鞋底摩擦地面，光滑的和粗糙的地面，其摩擦力大小可以感覺出來。這些實驗沒有運用很精妙的物理器材，卻可以隨時打開實驗操作程序，教師適時推出實驗方案，為學(xué)生規(guī)劃清晰操作路線，確保實驗順利展開。

二、實驗資源運用策略設(shè)計

實驗資源豐富多樣，教師面對更多資源材料，需要對實驗方案做優(yōu)化處理，科學(xué)應(yīng)用這些實驗資源材料，深度發(fā)掘?qū)嶒灢牧蠎?yīng)用潛力，不僅能夠節(jié)省一些實驗資源，還可以給學(xué)生提供深入研學(xué)的機會，讓學(xué)生在廣泛互動中成長實驗操作能力。

1.改編實驗方案

實驗方案設(shè)計時，教師有意識考慮實驗材料的科學(xué)應(yīng)用，不妨對方案做出一些針對性調(diào)整或者修改，讓一些材料可以有使用的機會。特別是生活條件下的探索實驗、驗證實驗，需要學(xué)生全程參與其中，如果能夠合理運用生活材料，勢必創(chuàng)造更多學(xué)習(xí)機會。

教師組織學(xué)生展開實驗操作時，要充分考慮實驗材料的整合和運用，這樣才能提升實驗效率。如教學(xué)“力的合成和分解”這部分內(nèi)容，教師展示吊燈受到的拉力圖片，學(xué)生只能觀看，不能實際操作和體驗，為此，教師做出改變，讓學(xué)生找到細繩，系在一個小球上，或者其他替代品上，然后比較單根細線和雙根細線的拉力情況，兩根細線要形成一定夾角，感受到的拉力變化會更顯著。這個實驗也可以借助水桶來完成，用單根細繩和雙根細繩提拉，其拉力大小有顯著變化。教師有意識改變設(shè)計方案，讓實驗如期進行，借助生活中的材料，確保實驗順利展開，為學(xué)生帶來親身體驗的機會，其學(xué)習(xí)認知順利構(gòu)建。

2.優(yōu)化實驗主題

實驗有主題設(shè)計，確定實驗主題，對圈定實驗材料有指導(dǎo)作用，教師對實驗主題進行優(yōu)化設(shè)計，可以創(chuàng)造更多實驗材料應(yīng)用機會，為更多學(xué)生提供實驗參與機會。如果教師有意識組織學(xué)生展開實驗材料搜集整合行動，對這些實驗材料進行科學(xué)分類，也能夠建立科學(xué)的實驗材料資源庫，隨時調(diào)用相關(guān)材料參與物理實驗活動。即便不能將這些材料集中存放在一個固定的地方，也可以建立實驗材料搜集方案，為后面的實驗操作提供借鑒。

教師推出實驗方案時，要明確設(shè)計意圖，理清實驗?zāi)繕?，要求學(xué)生自然進入到實驗環(huán)節(jié)。如《共點力的平衡》，教師先展示一張圖片：這是一個人，傾斜身姿站立，借助一根拐杖保持身體平衡，不妨自行操作，這根拐杖對身體的作用力方向是垂直向上的嗎？學(xué)生找到可以替代品做成拐杖，開始實際體驗，分析拐杖支持方向。經(jīng)過反復(fù)體驗，學(xué)生給出正確答案：這根拐杖對身體的作用力方向不是豎直向上的。教師隨時推出實驗內(nèi)容，要求學(xué)生做親身嘗試，體會分析實驗原理，促使學(xué)生自然建立實驗認知。

3.規(guī)劃實驗路線

物理實驗程序啟動后，教師需要做跟進觀察和指導(dǎo)，根據(jù)實驗材料應(yīng)用情況做出程序調(diào)整，優(yōu)化實驗材料應(yīng)用方案，都能夠創(chuàng)造更多實驗材料的應(yīng)用機會。教師組織學(xué)生參與實驗程序規(guī)劃和歸結(jié)行動，也能夠給學(xué)生帶來一些學(xué)習(xí)啟示，特別是材料應(yīng)用方案的互動交流，學(xué)生有了發(fā)言權(quán)，能夠?qū)嶒灢牧蠎?yīng)用進行整體規(guī)劃，以提升實驗材料應(yīng)用適合性，促進學(xué)生實驗材料應(yīng)用意識的培養(yǎng)。

在“實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”這個實驗中，需要用到小車、砝碼、細繩、定滑輪、光滑的木板等材料，教師課前設(shè)計實驗材料準備任務(wù)，要求學(xué)生借助生活材料進行適當(dāng)改進，自行制作小車，根據(jù)實驗要求裝設(shè)材料。這個實驗操作很簡單，關(guān)鍵是實驗裝設(shè)要符合要求，砝碼可以用替代材料，小車可以改裝，其他環(huán)節(jié)所用材料都比較好解決，學(xué)生進入實驗操作環(huán)節(jié)后，教師跟進指導(dǎo)，確保實驗順利進行。教師設(shè)計實驗方案，組織學(xué)生展開實驗操作，分析實驗結(jié)論，得出實驗成果。實驗材料隨處可見，教師要做好規(guī)劃設(shè)計，讓學(xué)生自然進入到實驗環(huán)節(jié)，在主動探索中建立實驗認知基礎(chǔ)。

三、實驗資源應(yīng)用技巧研究

實驗資源應(yīng)用過程中，教師鼓勵學(xué)生主動獻計獻策，對實驗進行優(yōu)化應(yīng)用，創(chuàng)造學(xué)習(xí)研究機會。如果能夠推出一些生活化實驗任務(wù)，讓學(xué)生借助身邊生活材料進行一些物理實驗操作，無疑可以激發(fā)學(xué)生實驗操作熱情，教師需要做好科學(xué)規(guī)劃。

1.延伸實驗訓(xùn)練

實驗訓(xùn)練設(shè)計時，教師要注意滲透實驗材料應(yīng)用內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生借助生活環(huán)境展開實驗材料整合行動，對這些實驗材料進行科學(xué)配置，以發(fā)揮實驗材料的應(yīng)用作用。學(xué)生對生活條件下的實驗操作比較有興趣，教師不妨與學(xué)生協(xié)商，推出一些生活化實驗任務(wù)，鼓勵學(xué)生自行設(shè)計、自行操作、自行歸結(jié)，寫出實驗操作報告。延伸實驗訓(xùn)練設(shè)計有多重選擇，教師要對實驗方案進行創(chuàng)新設(shè)計。

教師布設(shè)實驗方案時，要融入一些實驗操作內(nèi)容，這樣可以創(chuàng)造更多實驗材料運用機會。如教學(xué)“牛頓第二定律”這部分內(nèi)容，教師設(shè)計了彈簧、小球?qū)嶒灢僮魅蝿?wù)：將彈簧固定在桌面上，小球從高處下落，落在彈簧上，彈簧開始壓縮到一定程度，這樣可以測量小球的加速度大小，從小球接觸到彈簧，到彈簧停止形變，小球接觸彈簧達到最低點，其速度先增大后減小。這是一個操作實驗，學(xué)生找到這些實驗材料并不難，在反復(fù)操作中探索物理現(xiàn)象，驗證牛頓第二定律，可以開啟學(xué)生實驗思維，在主動探索學(xué)習(xí)中建立實驗認知。

2.激發(fā)實驗思維

啟動學(xué)生實驗思維，這是延伸實驗設(shè)計的重要目標追求。教師適時推出觀察實驗、探索實驗、驗證實驗，或者是利用軟件設(shè)計模擬實驗，都能夠為學(xué)生提供實驗操作和思考的機會，特別是模擬實驗的設(shè)計，可以開闊學(xué)生學(xué)習(xí)視野，如果能夠吸納學(xué)生參與意見，借助信息資源展開相關(guān)行動，其調(diào)動作用更為豐富。學(xué)生對物理實驗有不同期待，教師掌握學(xué)情展開實驗訓(xùn)練設(shè)計，其適合性會更高。

物理訓(xùn)練需要一些實踐操作，教師鼓勵學(xué)生自制實驗裝置，利用身邊的物品進行實驗材料操作，可以調(diào)動學(xué)生實驗思維。如“牛頓運動定律的應(yīng)用”，教師設(shè)計物理實驗操作題目，要求學(xué)生尋找適合的木板、彈簧、小球，設(shè)計一個光滑的斜面，將彈簧固定在斜面上端，小球系在彈簧上，在斜面上裝設(shè)擋板，當(dāng)放開小球時，小球滑向擋板，彈簧沒有形變……這個實驗可以計算出小球從擋板開始運動到小球的速度達到最大，其經(jīng)歷的最短路程，同時可以分析多種物理量。這是一個比較簡單的物理實驗，所需要的材料可以通過多種渠道獲取，也能夠?qū)⑦@些材料進行簡單加工，確保實驗順利操作。

3.豐富實驗活動

實驗活動形式豐富多樣，教師精選活動形式，能夠創(chuàng)造更多實驗材料應(yīng)用機會，也能夠啟動學(xué)生實驗思維，形成嶄新訓(xùn)練起點。實地觀察、生活操作、材料梳理、互動交流、方案改進、軟件應(yīng)用、學(xué)習(xí)反思、小課題研究等，都與實驗學(xué)習(xí)相對接，教師為學(xué)生提供更多實驗探索機會，布設(shè)更多實驗操作任務(wù)，成功調(diào)動學(xué)生學(xué)科思維，培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)。

如教學(xué)“超重和失重”這部分內(nèi)容時，教師先介紹超重和失重的概念，并利用一些小實驗進行直觀演示，對超重失重現(xiàn)象做詳細分析。在課堂訓(xùn)練設(shè)計環(huán)節(jié)，教師推出一組小實驗，讓學(xué)生自己操作和探究，分析實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果。如：第一個實驗，將一些物體疊加放在一起，讓其自由下落，這些疊加的物體會分離嗎？分析其實驗現(xiàn)象。第二個實驗，將兩本書隔頁重合，然后向兩側(cè)拉書，會發(fā)現(xiàn)什么情況呢？第三個實驗，找到一個礦泉水瓶子，在側(cè)面打出小孔，將瓶子灌滿水，瓶子上的小孔會噴水，如果瓶口敞開，將瓶子自由下落，這些噴水現(xiàn)象會發(fā)生什么樣的改變？解讀實驗現(xiàn)象。這些小實驗都是比較簡單的，而且實驗材料在生活中都可以找到，教師根據(jù)學(xué)習(xí)需要做對應(yīng)設(shè)計，成功激發(fā)學(xué)生實驗興趣，借助生活材料展開實驗操作。

物理實驗離不開材料資源的支持，教師科學(xué)利用現(xiàn)有實驗材料，發(fā)動學(xué)生參與替代材料的搜集工作，推出一些生活化實驗任務(wù)，傳授一些實驗材料應(yīng)用技巧，都能夠為學(xué)生帶來全新實驗體驗。物理學(xué)科實驗對材料要求不是太高，在生活條件下可以找到一些替代材料，教師組織學(xué)生進行替代實驗材料搜集活動，不僅是可行的，也是必要的，對全面提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)有積極促進作用。