核心素養(yǎng)導(dǎo)向下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略研究

【摘要】文章以驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的育人任務(wù)落地為根本目的，聚焦中學(xué)生形成物理觀念的需要、科學(xué)思維進(jìn)階的需要、發(fā)展科學(xué)探究能力的需要以及樹(shù)立科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的需要，探討了在學(xué)科核心素養(yǎng)導(dǎo)向下優(yōu)化初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；初中物理；物理教學(xué)；物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)策略

作者簡(jiǎn)介：馬鵬（1987—），男，臨夏市第三中學(xué)。

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《物理課標(biāo)》）在“課程目標(biāo)”中明確指出，義務(wù)教育物理課程要立足學(xué)生的全面發(fā)展需求，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)，使其逐步形成滿足社會(huì)發(fā)展需求、適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力。鑒于此，文章以初中物理課程的核心模塊—物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體，對(duì)在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的方式方法展開(kāi)分析，旨在通過(guò)對(duì)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式的探究與討論，幫助廣大教師更好地發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于推動(dòng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)的作用。

一、借助網(wǎng)絡(luò)“力量”，優(yōu)化物理演示實(shí)驗(yàn)

物理觀念是學(xué)生從物理學(xué)科的視角，對(duì)物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)及其相互作用關(guān)系等形成的總體認(rèn)識(shí)，是學(xué)生在頭腦中提煉、升華物理概念與規(guī)律的結(jié)果，同時(shí)也是學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)、方法解釋自然現(xiàn)象、解決實(shí)際問(wèn)題的理論基礎(chǔ)［1］。為了在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，教師可充分借助多媒體設(shè)備、希沃白板等信息化教學(xué)技術(shù)直觀形象地展示演示性物理實(shí)驗(yàn)，將不易察覺(jué)、較抽象且概括性強(qiáng)的物理現(xiàn)象以圖文并茂的方式展示出來(lái)，讓學(xué)生在多重感官的綜合作用下對(duì)物理概念、物理現(xiàn)象的規(guī)律和原理產(chǎn)生更為深刻的認(rèn)識(shí)。

例如，在“聲音的產(chǎn)生與傳播”一節(jié)的教學(xué)中，為了引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識(shí)“聲波”這一物理概念，初中物理教師可利用多媒體設(shè)備、希沃白板等教學(xué)技術(shù)展示“看見(jiàn)聲音”物理演示性實(shí)驗(yàn)。在該視頻中，實(shí)驗(yàn)者將一個(gè)小鏡片粘貼在音叉上，并將光源發(fā)出的激光射到鏡片上，將光線反射到墻壁上。在實(shí)驗(yàn)者不敲擊音叉時(shí)，光線以直線的形式存在；在實(shí)驗(yàn)者用力敲擊音叉時(shí)，光線從直線變?yōu)檎也ǎ划?dāng)音叉振動(dòng)幅度逐漸變小時(shí)，正弦波的幅度也逐漸變小。播放這一視頻時(shí)，學(xué)生會(huì)被演示實(shí)驗(yàn)中妙趣橫生的現(xiàn)象所吸引，他們也會(huì)在視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)感官的作用下更為深刻地認(rèn)識(shí)到聲音是以波的形式傳播的。

二、加強(qiáng)“數(shù)理”融合，完善物理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

科學(xué)思維是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí)，基于事實(shí)與證據(jù)，綜合運(yùn)用歸納分析、批判質(zhì)疑、抽象建模、推理論證等方法對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，并提出創(chuàng)造性見(jiàn)解及認(rèn)識(shí)的品格和能力?？茖W(xué)思維事實(shí)上是學(xué)生擺脫形象思維依賴、突破慣性思維、形成高階思維能力的前提與基

礎(chǔ)［2］。為有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，教師可基于數(shù)學(xué)學(xué)科與物理學(xué)科的關(guān)聯(lián)，啟發(fā)學(xué)生從“數(shù)理”融合的視角完成驗(yàn)證性物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)類比推理、遷移運(yùn)用的方法解決物理問(wèn)題，并在此過(guò)程中養(yǎng)成重視事實(shí)與證據(jù)的理性思考習(xí)慣，從而得到思維品質(zhì)、多方面能力的有效提升。

例如，在指導(dǎo)學(xué)生完成“驗(yàn)證阿基米德原理”的驗(yàn)證性物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，初中物理教師就可以指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分類討論的方法對(duì)阿基米德原理進(jìn)行驗(yàn)證與逆向推理。阿基米德原理為“浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力大小等于其排開(kāi)的液體所受的重力”，因此學(xué)生可以將同種物體浸在不同種類的液體中，如清水、鹽水、油、酒精等，通過(guò)歸納整合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證阿基米德原理的科學(xué)性。

【實(shí)驗(yàn)】驗(yàn)證阿基米德原理

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證F浮 = G排。

2.實(shí)驗(yàn)材料：金屬球、測(cè)力計(jì)、溢水杯、水、酒精、食用油、小桶。

3.實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用測(cè)力計(jì)測(cè)出金屬球受到的重力與小桶受到的重力；

（2）將金屬球浸入裝滿清水的溢水杯中，讀出此時(shí)測(cè)力計(jì)顯示的金屬球受到的重力，此后用測(cè)力計(jì)測(cè)出金屬球排開(kāi)的水所受的總重力；

（3）將溢水杯中的清水替換為食用油，重復(fù)步驟（2）；

（4）將溢水杯中的食用油替換為酒精，重復(fù)步驟（2）；

（5）整合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，證明阿基米德原理F浮 = G排。

在完成這一實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生的逆向思維能力與發(fā)散思維能力會(huì)得到鍛煉，這不僅能夠有效驅(qū)動(dòng)學(xué)生的思維品質(zhì)進(jìn)階，在舉一反三地運(yùn)用數(shù)學(xué)方法設(shè)計(jì)與規(guī)劃物理實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中，學(xué)生的整體實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ矔?huì)得到提高。

三、突出“以生為本”，改良物理探究實(shí)驗(yàn)

科學(xué)探究素養(yǎng)是學(xué)生基于觀察與實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生物理問(wèn)題，形成物理猜想及假設(shè)，并根據(jù)自己的猜想與假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集信息、得出解釋的物理能力，是一種在積極參與科學(xué)探究活動(dòng)、踴躍進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探索的過(guò)程中形成的物理學(xué)習(xí)品格［3］。中學(xué)物理教師可充分利用小組合作學(xué)習(xí)模式發(fā)展學(xué)生的合作探究能力，讓學(xué)生在合作產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)猜想、制訂實(shí)驗(yàn)方案、研究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與得出結(jié)論的過(guò)程中循序漸進(jìn)地提升科學(xué)探究能力與物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

例如，在“摩擦力”一節(jié)的教學(xué)中，初中物理教師可在引導(dǎo)學(xué)生圍繞“影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”展開(kāi)探究性物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，布置如下隨堂練習(xí)。

練習(xí)1.舉出三個(gè)及以上存在滑動(dòng)摩擦力的生活實(shí)例，并基于個(gè)人見(jiàn)解定義滑動(dòng)摩擦力。

練習(xí)2.結(jié)合滑動(dòng)摩擦力的概念，分析用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量滑動(dòng)摩擦力的步驟及方法。

在學(xué)生完成上述隨堂練習(xí)后，初中物理教師可根據(jù)學(xué)生的作答情況引導(dǎo)學(xué)生組成實(shí)驗(yàn)小組，驅(qū)動(dòng)學(xué)生以小組合作的形式完成物理實(shí)驗(yàn)。在引導(dǎo)學(xué)生對(duì)影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素提出猜想及假設(shè)時(shí)，初中物理教師可舉出下列生活實(shí)例：“部分健身愛(ài)好者在做力量訓(xùn)練時(shí)，為了更牢地抓住器械，會(huì)使用防滑手套；足球運(yùn)動(dòng)員在比賽時(shí)，會(huì)穿上特制的釘鞋；在大雪過(guò)后，一些北方城市的環(huán)衛(wèi)工作者會(huì)在路面上撒木屑或煤渣?！痹趯W(xué)生了解上述生活實(shí)例后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生猜想影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素，以激活學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生基于事實(shí)與證據(jù)提出科學(xué)猜想和實(shí)驗(yàn)假設(shè)。此后，初中物理教師便可以引導(dǎo)各小組學(xué)生利用彈簧測(cè)力計(jì)、木塊、長(zhǎng)木板、毛巾、砂紙等材料，參考教師設(shè)計(jì)的如下實(shí)驗(yàn)范例，圍繞自己的猜想與假設(shè)設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集表，并在協(xié)作研討實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)思路及方法可行性、規(guī)范性與合理性的基礎(chǔ)上，有序地完成探究性物理實(shí)驗(yàn)。

【實(shí)驗(yàn)范例】探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面粗糙程度（或者接觸面積、物體質(zhì)量等）有關(guān)。

2.實(shí)驗(yàn)材料：毛巾、砂紙、木塊、長(zhǎng)木板、彈簧測(cè)力計(jì)。

3.實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法、比較法。

4.實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將木塊置于長(zhǎng)木板上，用彈簧測(cè)力計(jì)水平、勻速地拉動(dòng)木塊，使其沿長(zhǎng)木板滑動(dòng)，然后記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)，測(cè)出木塊與長(zhǎng)木板之間的滑動(dòng)摩擦力大小；

（2）將砂紙蓋在長(zhǎng)木板上，重復(fù)步驟1，測(cè)出此時(shí)木板與長(zhǎng)木板之間的滑動(dòng)摩擦力大??；

（3）將毛巾蓋在長(zhǎng)木板上，重復(fù)步驟1，測(cè)出此時(shí)木板與長(zhǎng)木板之間的滑動(dòng)摩擦力大??；

（4）收集、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

5.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集表：如表1。

6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面粗糙程度有關(guān)，接觸面越粗糙，滑動(dòng)摩擦力越大。

在各組學(xué)生依照實(shí)驗(yàn)方案與計(jì)劃完成實(shí)驗(yàn)、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，初中物理教師可組織實(shí)驗(yàn)結(jié)論研討活動(dòng)，讓學(xué)生立足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，圍繞影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素展開(kāi)分析，讓學(xué)生的科學(xué)探究能力、合作學(xué)習(xí)能力及問(wèn)題解決能力得到更充分的鍛煉［4］。

四、開(kāi)發(fā)“生活”元素，革新物理操作實(shí)驗(yàn)

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是學(xué)生在認(rèn)識(shí)物理學(xué)科知識(shí)本質(zhì)，把握科學(xué)與技術(shù)、生活、社會(huì)、環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，形成的自覺(jué)遵守科學(xué)倫理的意識(shí)與自發(fā)運(yùn)用科學(xué)技術(shù)推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的行為習(xí)慣［5］。在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可立足物理知識(shí)源于生活、服務(wù)于生活的本質(zhì)，將“教學(xué)做合一”“社會(huì)即學(xué)?！钡纳罱逃枷肴谌胛锢聿僮餍詫?shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生通過(guò)解決真實(shí)生活問(wèn)題構(gòu)建物理知識(shí)體系，更為科學(xué)、客觀地認(rèn)識(shí)物理學(xué)科知識(shí)、科學(xué)技術(shù)與社會(huì)、自然、生活之間的聯(lián)系。

例如，在“太陽(yáng)能”一節(jié)的教學(xué)中，初中物理教師可以先帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)能是人類可以利用的重要能源，了解人類如何從間接與直接兩個(gè)層面利用太陽(yáng)能。隨后，教師可以指導(dǎo)學(xué)生以現(xiàn)實(shí)生活中常見(jiàn)的太陽(yáng)能集熱器為原型，合作展開(kāi)“自制太陽(yáng)能集熱器”這一操作性物理實(shí)驗(yàn)。

首先，初中物理教師可為各個(gè)實(shí)驗(yàn)小組提供與太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)、工作原理有關(guān)的信息，讓學(xué)生通過(guò)整合信息，獲得開(kāi)展本次操作性物理實(shí)驗(yàn)的靈感，明白自己可以應(yīng)用不透光的容器模擬太陽(yáng)能集熱器的保溫水箱，用透光性高、熱量傳遞快的材料模擬太陽(yáng)能集熱器的蓋板，用框架穩(wěn)定、支撐性強(qiáng)的物品完成太陽(yáng)能集熱器的基本框架。

其次，初中物理教師可在學(xué)生明確本次操作性物理實(shí)驗(yàn)的意圖與基本操作思路后，為學(xué)生提供廢紙箱、易拉罐、保鮮膜、廢棄玻璃片、紙杯等現(xiàn)實(shí)生活中隨處可見(jiàn)的廢舊材料，讓學(xué)生開(kāi)動(dòng)腦筋，思考如何利用這些廢棄生活物品。在學(xué)生沒(méi)有思路時(shí)，教師可以適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生用鋁制易拉罐制作保溫水箱、用廢棄木條搭建太陽(yáng)能集熱器的基本框架、用保鮮膜或玻璃片充當(dāng)太陽(yáng)能集熱器的蓋板等。這類制作實(shí)驗(yàn)裝置與模型的活動(dòng)既可以鍛煉學(xué)生動(dòng)手操作能力與實(shí)驗(yàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)能力，又可以使學(xué)生的創(chuàng)新潛能得到開(kāi)發(fā)，有助于學(xué)生形成保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源的觀念與環(huán)保意識(shí)。

最后，在各組學(xué)生利用各種生活素材、廢棄物品設(shè)計(jì)出自制的太陽(yáng)能集熱器后，初中物理教師可指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用自制太陽(yáng)能集熱器收集熱水，并用溫度計(jì)檢測(cè)保溫水箱中水溫的變化情況。在學(xué)生完成上述步驟后，教師還可以鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)自制實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改良。

在本次操作性物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，學(xué)生可以積累學(xué)習(xí)物理知識(shí)的經(jīng)驗(yàn)，了解與太陽(yáng)能等新能源相關(guān)的知識(shí)，形成利用科技發(fā)展推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的社會(huì)責(zé)任感。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生思考習(xí)慣、塑造學(xué)生科學(xué)精神等方面上有著突出作用。為有效培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，在初中物理教學(xué)中，教師可以通過(guò)優(yōu)化演示性物理實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性物理實(shí)驗(yàn)、探究性物理實(shí)驗(yàn)以及操作性物理實(shí)驗(yàn)的方式完善初中物理課程教學(xué)結(jié)構(gòu)，為學(xué)生提供豐富的實(shí)踐機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在深刻感知物理學(xué)科魅力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

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