核心素養(yǎng)視域下初中物理課外實驗探究能力的培養(yǎng)

周宇峰

【摘要】實驗與探究既是認(rèn)識物理問題的科學(xué)手段與過程，同時也是初中階段學(xué)生發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑.本文以發(fā)展學(xué)生實驗探究能力為目的，采取案例分析等方法對核心素養(yǎng)視域下物理課外實驗探究能力培養(yǎng)策略進行研究，并給出參考建議，即：創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣；指導(dǎo)方案設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維；指導(dǎo)信息整合，啟發(fā)學(xué)生理性思考；搭建展示平臺，促進學(xué)生實驗交流；組織評價反思，鞏固學(xué)生探索能力.

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；初中物理；課堂教學(xué)

新修訂的義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)對學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)提出了明確的要求，其中科學(xué)探究是學(xué)生應(yīng)具備的關(guān)鍵素養(yǎng)之一，而組織學(xué)生展開課外實驗對于提升科學(xué)探究素養(yǎng)具有顯著的作用.但是，目前在初中物理教學(xué)研究中，教育工作者多數(shù)側(cè)重于學(xué)生對于物理知識、操作技能、思維方法的內(nèi)化吸收，很少結(jié)合課外實驗有序增強學(xué)生的實驗探究能力、提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng).對此，初中物理教育工作者有必要在核心素養(yǎng)視域下對課外實驗進行研究，根據(jù)其中的育人價值對學(xué)生進行綜合培養(yǎng).

1創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣

問題情境是培養(yǎng)物理課外實驗探究能力的有效途徑.在核心素養(yǎng)視域下，初中物理課程教學(xué)目標(biāo)已由“關(guān)注知識”轉(zhuǎn)向“關(guān)注學(xué)生”，物理實驗指導(dǎo)過程要讓學(xué)生的情感和興趣始終處于最佳狀態(tài)，這就需要教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一些富有科學(xué)性、趣味性、實用性、創(chuàng)新性的問題，既可引起學(xué)生課外探索的興趣，又能潛移默化鍛煉學(xué)生科學(xué)探究能力[1].具體來講，教師可以從以下兩個角度探究問題情境的創(chuàng)設(shè)：

第一，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)課內(nèi)問題展開課外實驗探究.

例如在學(xué)習(xí)“聲現(xiàn)象”的相關(guān)知識后，教師基于課堂上提出的核心問題：聲音是如何產(chǎn)生的？引導(dǎo)學(xué)生進一步思考，并構(gòu)建生活化情境，促使學(xué)生借助生活中常見的工具、材料進行實驗.有學(xué)生對這一問題進行延伸，并認(rèn)為“聲音就是由物體振動產(chǎn)生的聲波”，然后自主設(shè)計實驗，即在一個玻璃杯上蒙上保鮮膜，在膜面上撒上小珠子，然后用手機播放節(jié)奏比較強烈的音樂，將手機靠近水杯，這時可以清晰地觀察到膜面上的小珠子在不停地跳動.通過這一實驗，學(xué)生對課內(nèi)研究的聲音現(xiàn)象進行了拓展，更加深刻地認(rèn)識到了“聲音是由物體振動產(chǎn)生的”這一原理.

第二，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活問題展開課外實驗探究.

例如有學(xué)生在生活中觀察到：一些金屬容器在碰撞后會發(fā)生“嗡嗡”聲，如果其中盛滿了水，則會出現(xiàn)水花四濺的情況.針對此，學(xué)生提出了疑問.并運用不銹鋼盆進行了實驗.通過實驗學(xué)生觀察到用手摩擦盆時，盆會隨著摩擦的頻率產(chǎn)生振動，當(dāng)盆中裝滿水后，水中會出現(xiàn)波紋，這就是振動的頻率.通過觀察實驗、查找資料、自主分析，學(xué)生逐漸理解了其中的原理：當(dāng)摩擦力引起的振動頻率和盆的固有頻率相等或接近時，盆壁產(chǎn)生共振，振動幅度急劇增大.但由于盆底的限制，使它所產(chǎn)生的波動不能向外傳播，于是在盆壁上入射波與反射波相互疊加而形成駐波.用手摩擦一個圓盆形的物體，最容易產(chǎn)生一個數(shù)值較低的共振頻率，盆上振幅最大處會立即激蕩水面，將附近的水激出而形成水花，就會出現(xiàn)水花四濺的現(xiàn)象.由此可見，學(xué)生在探究生活問題的過程中遷移了物理知識，拓寬了探究視野，也激發(fā)了他們運用實驗繼續(xù)探究生活中物理現(xiàn)象的興趣.

綜上，問題是學(xué)生展開課外實驗探究的第一步.教師從不同角度提出問題，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，激發(fā)了學(xué)生展開課外實驗探究的動機，發(fā)展了科學(xué)探究素養(yǎng).

2指導(dǎo)方案設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

設(shè)計實驗與制定方案是學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要體現(xiàn).在初中物理教學(xué)中，許多課內(nèi)實驗都是現(xiàn)成的，學(xué)生缺乏參與實驗設(shè)計、方案制定的機會，所以實驗探究能力的發(fā)展也受到了一定的限制.在核心素養(yǎng)視域下，教師可以利用物理課外實驗機會，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所發(fā)現(xiàn)的問題、所形成的猜想自主設(shè)計實驗、制定方案，以發(fā)展科學(xué)思維能力.具體來講，教師可以抓住以下兩點對學(xué)生的課外實驗探究進行指導(dǎo)：

第一，幫助學(xué)生理清思路，明確實驗設(shè)計的要點.根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，實驗設(shè)計一般包括問題的提出、器材的選取、實驗步驟的設(shè)計、實驗現(xiàn)象的分析、結(jié)論的概括、表達式的推導(dǎo)以及對整體過程的評估等.在課外實驗探究中，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生抓住上述要點一一進行突破，讓整個設(shè)計指向最終的實驗?zāi)康?

例如有學(xué)生通過生活觀察發(fā)現(xiàn)壺中的水比壺中的食用油干得快，涂在手上的酒精比涂在手上的水干得快等現(xiàn)象，于是學(xué)生在教師的啟發(fā)和指導(dǎo)下進行了猜想：液體蒸發(fā)得快慢可能與液體的種類有關(guān).然后圍繞“實驗器材的選擇”“實驗步驟的設(shè)計”“實驗現(xiàn)象的分析”“實驗結(jié)論的得出”等重點內(nèi)容進行設(shè)計，并形成了較為清晰的實驗探究思路.

第二，指導(dǎo)學(xué)生批判思考，完善設(shè)計，形成實驗方案.課外實驗探究活動對學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力提出了挑戰(zhàn)，因此，在他們在實驗設(shè)計環(huán)節(jié)難免會出現(xiàn)問題，如現(xiàn)象表述不精練、實驗器材不齊全、操作順序混亂等.對此，教師應(yīng)提醒學(xué)生反復(fù)斟酌、批判分析，不斷優(yōu)化實驗設(shè)計，最終形成科學(xué)、可行的實驗方案.

例如在上述驗證“液體蒸發(fā)得快慢可能與液體的種類有關(guān)”這一猜想的過程中，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下對實驗設(shè)計過程不斷進行反思，最終形成了相對完整的實驗方案.其中實驗器材包括：質(zhì)量相同的水和酒精、兩個完全相同的小燒杯、調(diào)平的托盤天平.實驗步驟：先將兩個完全相同的小燒杯分別裝上質(zhì)量相同的水和酒精，然后將盛水的小燒杯放在調(diào)好的天平左盤上，盛酒精的小燒杯放在天平的右盤上，在相同的環(huán)境放置一段時間，最后觀察天平指針向哪個方向偏轉(zhuǎn).實驗現(xiàn)象與結(jié)論：一段時間后，若指針向左偏轉(zhuǎn)，則說明酒精比水蒸發(fā)快；若指針向右偏轉(zhuǎn)，則說明水比酒精蒸發(fā)快，這兩種情況都說明液體蒸發(fā)快慢與液體種類有關(guān).若指針不偏轉(zhuǎn)，則說明液體蒸發(fā)快慢與液體種類無關(guān).由此可見，這一實驗方案科學(xué)、可行，是學(xué)生科學(xué)思維的重要體現(xiàn).

綜上，在課外實驗探究中指導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗、制定實驗方案，不僅有利于學(xué)生將對物理現(xiàn)象的感性認(rèn)識轉(zhuǎn)化為理性思考，還有利于學(xué)生遷移課內(nèi)實驗探索的經(jīng)驗，也有利于學(xué)生科學(xué)思維和實驗探究能力的發(fā)展.

3指導(dǎo)信息整合，啟發(fā)學(xué)生理性思考

在課外實驗探究中學(xué)生通常會面臨信息獲取與處理的難題.針對此，教師應(yīng)啟發(fā)學(xué)生思路，引導(dǎo)他們主動獲取信息，認(rèn)識實驗現(xiàn)象，并對信息進行科學(xué)處理，以此探究科學(xué)原理.

第一，指導(dǎo)學(xué)生規(guī)范實驗步驟，獲取實驗信息.學(xué)生通過科學(xué)的方法，展開實驗，能夠獲得準(zhǔn)確、全面的信息，為后續(xù)得出實驗結(jié)論奠定基礎(chǔ).

第二，指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)處理信息，得出實驗結(jié)論.處理信息就是經(jīng)過理性思考，提煉信息價值，進而解釋實驗現(xiàn)象的過程.在課外實驗指導(dǎo)中，教師應(yīng)要求學(xué)生客觀分析所獲取的信息，科學(xué)處理，并得出物理規(guī)律.

例如在“測量物體運動的平均速度”的課外實驗中，教師根據(jù)兩組實驗中d和t的數(shù)據(jù)進行計算，得出瓶蓋滑動的平均速度，并將兩組數(shù)據(jù)進行對比，以此得出結(jié)論，形成對物體運動的平均速度的科學(xué)認(rèn)識.

綜上，獲取并處理信息是實驗探究的重要步驟，也是發(fā)展學(xué)生理性思維的關(guān)鍵環(huán)節(jié).在課外實驗探究中學(xué)生提高對信息的認(rèn)識，并通過獲取、處理等操作提煉其中有價值的內(nèi)容，以此達到實驗?zāi)康?，也鍛煉了自身的實驗探究能?

4搭建展示平臺，促進學(xué)生實驗交流

每一個學(xué)生的內(nèi)心都有一種被承認(rèn)、被肯定、認(rèn)可的需要，希望自己能夠成為一個知識的發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者.在物理課外實驗探究中，學(xué)生渴望將自己的實驗過程和實驗結(jié)果展示出來，渴望與他人進行交流、分享.基于此，在教學(xué)指導(dǎo)中，教師應(yīng)理解學(xué)生的這種心理，并搭建平臺，為學(xué)生提供展示和交流的空間[2].

第一，搭建展示平臺，鼓勵學(xué)生對實驗結(jié)果做出解釋.例如在綜合性實驗活動中，教師鼓勵學(xué)生自主設(shè)計實驗，并搭建線上交流平臺，鼓勵他們將實驗探究過程以及結(jié)果通過視頻的方式展現(xiàn)出來.

第二，組織互動交流，促使學(xué)生分享實驗探究的心得體會.在上述綜合性實驗活動中，有多名學(xué)生根據(jù)“小孔成像”的原理設(shè)計了實驗.教師將不同的實驗進行整合，并通過線上渠道引導(dǎo)實驗設(shè)計者互動分享，深入對光學(xué)原理的認(rèn)識、交流彼此的想法以及在實驗中遇到的困難，最終將實驗心得整理、分享到班級群，為其他學(xué)生的實驗探究活動提供借鑒.

綜上，在核心素養(yǎng)視域下教師針對學(xué)生課外實驗探究的情況搭建展示平臺，把展示、思考、討論、創(chuàng)新的權(quán)利交給學(xué)生，使學(xué)生在自主、寬松的環(huán)境中呈現(xiàn)實驗探究的過程和結(jié)果，進而鞏固知識、分享體會、交流經(jīng)驗，實現(xiàn)科學(xué)探究素養(yǎng)的進一步發(fā)展[3].

5組織評價反思，鞏固學(xué)生探索能力

根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，形成對科學(xué)探究過程和結(jié)果進行評價和反思的能力是學(xué)生科學(xué)探究這一核心素養(yǎng)發(fā)展的重要內(nèi)容，在課外實驗指導(dǎo)中，教師應(yīng)為學(xué)生提供評價與反思的機會，讓學(xué)生真正內(nèi)化在實驗過程中所獲得的知識和能力，并實現(xiàn)創(chuàng)新探索.

第一，開展實驗評價，引導(dǎo)學(xué)生反思.

針對學(xué)生的課外實驗，教師組織了評價，其中包括自評，即學(xué)生根據(jù)教師提供的表格對自己的實驗器材選擇、實驗步驟設(shè)計以及實驗結(jié)果闡述等環(huán)節(jié)進行打分，對實驗態(tài)度進行反思，形成自我認(rèn)識；他評，即教師和其他學(xué)生根據(jù)量表對實驗進行打分.這樣的評價結(jié)果讓學(xué)生更加全面地認(rèn)識到了自己的實驗成果，并根據(jù)其中的不足做出反思，為改進實驗奠定基礎(chǔ)[4].

第二，鼓勵創(chuàng)新，促進學(xué)生改進實驗.在上述實驗中，學(xué)生根據(jù)評價對驗電器的設(shè)計進行了改進，優(yōu)化了實驗步驟，形成了新的方案，再次展現(xiàn)實驗結(jié)果，同時也在對比中鞏固了實驗探究能力，展現(xiàn)出客觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

綜上，在課外實驗探究中，學(xué)生不再是實驗的看客，而真正成為了實驗者.他們親歷整個實驗過程，并對此做出評價、反思與改進，而這一過程就是他們實驗探究能力不斷提升的過程.

6結(jié)語

總之，開放的、新穎的物理課外實驗?zāi)軌蚴箤W(xué)生對物理理論有更加深入的理解，這對于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)具有很強的支撐作用.本文從多角度分析了核心素養(yǎng)視域下物理課外實驗探究能力培養(yǎng)策略，對相關(guān)研究提供參考，當(dāng)然，其中也存在諸多不足.因此，初中物理教育工作者應(yīng)進一步加強教學(xué)研究，優(yōu)化課外實驗的實施策略，促使學(xué)生完成從低階思維到高階思維的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)核心素養(yǎng)，為終身發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ).

【本文系泰州市“十四五”教育科學(xué)規(guī)劃課題《物理學(xué)科核心素養(yǎng)視域下以課外實驗提升初中生實驗探究能力的策略研究》的階段成果之一，編號：tjkzd2021-014】

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