核心素養(yǎng)理念下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性研究

摘 要：物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體，在整個(gè)物理教學(xué)中有著舉足輕重的作用，文章通過分析初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，提出了核心素養(yǎng)理念下，優(yōu)化初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性策略，并給出了初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性評價(jià)方法，以引導(dǎo)學(xué)生更好地從物理學(xué)視角分析認(rèn)識世界，解決實(shí)際問題，形成物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)理念；初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性；策略研究

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8918（2024）30-0107-04

核心素養(yǎng)是課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。義務(wù)教育物理課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。這四個(gè)方面的核心素養(yǎng)集中體現(xiàn)了物理學(xué)科的育人價(jià)值，是三維課程目標(biāo)的整合、提煉與發(fā)展，其中既有繼承又有創(chuàng)新。

一、 初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

目前，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問題制約了學(xué)生的發(fā)展，不利于學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

第一，教師教學(xué)理念沒有更新。受應(yīng)試教育的影響，一些教師過分追求升學(xué)率，往往只重視理論知識的講解，而輕視學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究過程，忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，制約了學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

第二，實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一。一些學(xué)校在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中依然采用傳統(tǒng)的“教師講解—學(xué)生聽講—學(xué)生操作”的模式。這種模式忽視了學(xué)生的主觀能動性，此外，限制了學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)思維的發(fā)展，與培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)的目標(biāo)相悖。

第三，對小實(shí)驗(yàn)不夠重視。小實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為只是增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，而實(shí)際上，它是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、科學(xué)思維的有效手段。小實(shí)驗(yàn)不僅可以讓學(xué)生體驗(yàn)物理學(xué)所帶來的樂趣，還能降低物理學(xué)習(xí)難度，讓他們感受物理知識其實(shí)并不陌生，它們就來源于我們的生活。

第四，實(shí)驗(yàn)室教學(xué)器材陳舊，沒有得到及時(shí)補(bǔ)充和更新，導(dǎo)致一些實(shí)驗(yàn)無法完成。

第五，學(xué)生思想上不重視實(shí)驗(yàn)。部分學(xué)生可能對實(shí)驗(yàn)缺乏自信，不敢動手或者不知道如何動手，沒有養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，缺乏相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作技能，這使得他們的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ拖隆?/p>

二、 核心素養(yǎng)理念下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性策略

課程改革的推進(jìn)和《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的發(fā)布，使得教師的教學(xué)方法和教學(xué)手段也隨之發(fā)生了更新，學(xué)生的主體地位在課堂教學(xué)中更為凸顯，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的重要載體，實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化。

（一）讓學(xué)生在遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，形成正確、完整的物理觀念

通過實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生形成正確的物理觀念。一方面，學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以主動地參與到知識的形成過程中，在實(shí)驗(yàn)提供的證據(jù)面前，對概念與規(guī)律的理解會更加深入和完善，自然也為解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題打下了良好的基礎(chǔ)。另一方面，學(xué)生在經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程中，可以體驗(yàn)到科學(xué)探究的方法，訓(xùn)練科學(xué)思維。同時(shí)，學(xué)生還可以受到嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度方面的熏陶。

以學(xué)習(xí)“浮力”為例，教師可以通過設(shè)計(jì)一系列實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對浮力有一個(gè)完整、清晰的認(rèn)識。

實(shí)驗(yàn)1：感知浮力的存在

引入環(huán)節(jié)，裝水的燒杯中放入木塊，學(xué)生發(fā)現(xiàn)木塊漂浮在水面上，通過對木塊的受力分析，學(xué)生明白了木塊受到了向上托的力，這個(gè)力就是浮力，從而建立浮力的概念。接著又在燒杯中放入石塊，發(fā)現(xiàn)石塊會沉在水底，那么沉底的石塊受到浮力的作用嗎？分析可知，任何物體只要放在液體中都會受到浮力的作用，學(xué)生就會認(rèn)識到浮力是普遍存在的。

實(shí)驗(yàn)2：浮力的大小

浮力是一種普遍存在的力，它是有大小的，用什么方法、什么工具測量浮力？接著學(xué)生利用老師提前準(zhǔn)備好的彈簧測力計(jì)動手操作，先測量出物體在空氣的重力，然后再將物體浸入水中，可看到測力計(jì)的示數(shù)減小，說明物體受到了向上托的力，浮力大小就是兩次讀數(shù)的差值，這不僅讓學(xué)生感受到浮力的存在，同時(shí)學(xué)會了測量浮力大小的一種方法——即稱重法。

實(shí)驗(yàn)3：浮力產(chǎn)生的原因

一只乒乓球放入飲料瓶漏斗里，將水緩慢注入漏斗，會看到漏斗口被乒乓球堵住了，乒乓球沉在漏斗的底部，但是蓋上瓶蓋的時(shí)候，神奇現(xiàn)象發(fā)生了，乒乓球瞬間就漂在了水面上，為什么乒乓球會漂起來？分析可知，乒乓球上下表面的壓強(qiáng)不同，導(dǎo)致上下表面壓力也不相同，物體受液體向上的壓力大于向下的壓力，上下表面的壓力差就是浮力的形成原因。（圖1）

借助以上3個(gè)遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生物理觀念的形成提供了重要依據(jù)，同時(shí)學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)過程中核心素養(yǎng)也得到了提升。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷創(chuàng)設(shè)問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不斷創(chuàng)設(shè)問題可以引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。對實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，通過思考、分析去解決，讓學(xué)生從物理視角認(rèn)識客觀事物的本質(zhì)、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系，基于事實(shí)證據(jù)做出科學(xué)推理，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

例如，在光的反射學(xué)習(xí)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)計(jì)一系列啟發(fā)性問題，讓學(xué)生在基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上思考分析、綜合總結(jié)。

1. 引入環(huán)節(jié)：觀察光的反射現(xiàn)象

把一面鏡子放在桌面，用激光筆對著鏡子照射，卻發(fā)現(xiàn)激光點(diǎn)出現(xiàn)在了天花板上。

提問：對著鏡子向下照射，為什么激光點(diǎn)卻出現(xiàn)在了天花板？引出光的反射現(xiàn)象。激光筆照射時(shí)只能看見一個(gè)光點(diǎn)，而無法觀察光的具體路徑，能不能想辦法把這個(gè)路徑呈現(xiàn)出來？光在反射時(shí)會遵循怎樣的規(guī)律？請學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，對反射光線、入射光線的空間位置關(guān)系做出基本猜想。最后通過向空中噴水霧的方法來顯現(xiàn)光的傳播路徑。

2. 給出法線定義，探究三線面的關(guān)系

學(xué)生用白色光具盤對自己的猜想進(jìn)行探究，尋找三線面的關(guān)系。（圖2）

學(xué)生通過多組入射光線與反射光線，觀察發(fā)現(xiàn)反射光總是出現(xiàn)在入射光的另外一側(cè)，如果將光具盤的一半沿中線（法線）向后偏轉(zhuǎn)時(shí)，卻看不到反射光線。

提問：反射光線、入射光線位于法線的同側(cè)還是兩側(cè)？當(dāng)光具盤沿法線向后折疊時(shí)，看不到反射光線，是反射光線消失了嗎？那我們?yōu)槭裁纯床灰姺瓷涔饩€？這個(gè)現(xiàn)象說明反射光線、入射光線、法線三者之間有著怎樣的位置關(guān)系？你們的猜想正確嗎？

3. 探究反射角和入射角的大小關(guān)系

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并且記下每次的反射角和入射角的數(shù)值，分析所記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論。（圖3）

提問：反射角與入射角的大小有什么關(guān)系？驗(yàn)證的方法是什么？如果讓光線沿著原來的反射光線入射，你又觀察到什么現(xiàn)象？那么現(xiàn)在的反射光線會和原來的入射光線重合嗎？隨后學(xué)生再次利用光具盤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

最后提問：依據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)和記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出光在反射時(shí)遵循什么規(guī)律？實(shí)驗(yàn)中自變量、因變量分別是什么？在總結(jié)結(jié)論時(shí)，能不能表述為入射角等于反射角？實(shí)驗(yàn)中你有什么收獲？你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)中有哪些值得注意的地方？讓學(xué)生真正動起來，充分地觀察、思考、動手，養(yǎng)成尋根究底、尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。

（三）有效引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者相似的探究過程，主動獲取物理知識，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力。一般來講，科學(xué)探究包括提出問題、做出假設(shè)、制訂計(jì)劃、收集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流、遷移應(yīng)用、反思評價(jià)等要素，可以歸納為問題、證據(jù)、解釋、交流四個(gè)方面。

例如，在探究影響液體壓強(qiáng)因素的實(shí)驗(yàn)中，有效引導(dǎo)學(xué)生在基于觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上參與實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

實(shí)驗(yàn)：探究影響液體壓強(qiáng)的因素

提出問題：液體的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)？

猜想與假設(shè)：液體內(nèi)部的壓強(qiáng)可能與方向、液體的深度、液體的密度等因素有關(guān)。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案：實(shí)驗(yàn)器材包括微小壓強(qiáng)計(jì)、水、濃鹽水和盛液桶。老師介紹微小壓強(qiáng)計(jì)的構(gòu)造，讓每個(gè)學(xué)生用大小不同的力壓探頭的橡皮膜，觀察微小壓強(qiáng)計(jì)U形管兩側(cè)液面高度差的變化。（圖4）

然后老師演示怎樣通過旋轉(zhuǎn)探頭來測定不同方向的壓強(qiáng)，怎樣固定并量出探頭在液體中的深度，并讓學(xué)生知道在實(shí)驗(yàn)中要控制變量。老師引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，概括出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn)。（圖5）

學(xué)生分析論證，得出結(jié)論：液體內(nèi)部各個(gè)方向都有壓強(qiáng)；在液體內(nèi)部的同一深度處，液體各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等；同種液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大；液體內(nèi)部的壓強(qiáng)還和液體的密度有關(guān)。

通過有效引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生認(rèn)識到液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生提出關(guān)于影響液體壓強(qiáng)因素的合理猜想，然后小組討論排除無關(guān)因素，最后教師引導(dǎo)學(xué)生在分組實(shí)驗(yàn)、各小組分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上得出液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生使用儀器和記錄數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)技能得到了訓(xùn)練，并進(jìn)一步學(xué)習(xí)了控制變量的研究方法，同時(shí)提升了科學(xué)探究能力。

（四）實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重視反思能力培養(yǎng)，助力科學(xué)態(tài)度與責(zé)任目標(biāo)的落實(shí)

在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，反思能力的培養(yǎng)具有重要的意義。例如，在學(xué)習(xí)測量密度的實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生可以通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和反思，評估自己的實(shí)驗(yàn)操作是否準(zhǔn)確，測量過程是否存在誤差以及如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法等問題。

首先，學(xué)生可以反思自己在實(shí)驗(yàn)操作中的準(zhǔn)確性。他們可以回顧自己的實(shí)驗(yàn)過程，仔細(xì)檢查每一步操作是否正確。如果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與預(yù)期結(jié)果有較大出入，學(xué)生可以思考在實(shí)驗(yàn)操作中是否存在誤操作或操作不準(zhǔn)確的問題。通過反思，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)并改正自己的錯(cuò)誤，提高實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確性。

其次，學(xué)生可以反思實(shí)驗(yàn)過程中的誤差問題。在測量密度的實(shí)驗(yàn)中，可能會存在一定的測量誤差，這是實(shí)驗(yàn)儀器的精度或者操作技巧等因素引起的。學(xué)生可以通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較不同測量結(jié)果之間的差異，判斷誤差的來源。在反思過程中，學(xué)生可以思考如何減小或消除誤差。例如使用更準(zhǔn)確的儀器、改進(jìn)測量方法或增加實(shí)驗(yàn)次數(shù)等。實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)科學(xué)、探索自然的重要方法，在面對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和真實(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，我們不能妄自下結(jié)論，要尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并能反思、分析真實(shí)數(shù)據(jù)與現(xiàn)象中出現(xiàn)的問題和產(chǎn)生的原因，進(jìn)而對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整與改進(jìn)，此過程正是滲透與培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是和持之以恒的科學(xué)態(tài)度的過程。

三、 初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性評價(jià)方法

（一）學(xué)生參與度評價(jià)

學(xué)生參與度評價(jià)是初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性評價(jià)的重要環(huán)節(jié)。其中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與度和學(xué)生實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)評價(jià)是兩個(gè)重要方面。學(xué)生實(shí)驗(yàn)參與度是通過觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的投入程度以及實(shí)驗(yàn)參與的活躍程度來評估他們對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握。一個(gè)積極主動的學(xué)生往往意味著他對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容理解得比較透徹，并且能夠正確地使用實(shí)驗(yàn)儀器和測量儀器，合理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。相反，一個(gè)缺乏參與度的學(xué)生可能需要額外的指導(dǎo)和輔導(dǎo)，才能達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。

另外，學(xué)生實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)評價(jià)是通過觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)來評價(jià)他們的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)思維能力。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中是否能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行觀察和測量，是否能夠獨(dú)立思考和解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，以及是否能夠合理提出假設(shè)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，這些都是評價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)的重要因素。一個(gè)表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生往往能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，準(zhǔn)確地觀察物理現(xiàn)象和測量相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且能夠運(yùn)用實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證自己的猜想和推測。

（二）學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果評價(jià)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果評價(jià)也是評估初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的重要環(huán)節(jié)。它通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，來判斷學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和掌握程度，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

首先，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性評價(jià)是評價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果的一個(gè)重要方面。教師可以通過比較學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論值之間的差異，來評估學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解程度和實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確性。如果學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值非常接近，說明學(xué)生具備較好的實(shí)驗(yàn)技能和分析能力；如果差距較大，說明學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中可能存在操作不當(dāng)或理解不足的問題。因此，評估實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣吆椭R的鞏固具有重要意義。

其次，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量評價(jià)也是評價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果的重要內(nèi)容之一。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，學(xué)生需要清晰地描述實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以及合理解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。教師可以通過檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，評估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察和實(shí)驗(yàn)分析能力，合理地分析實(shí)驗(yàn)誤差和提出改進(jìn)方法等。通過評價(jià)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量，可以促使學(xué)生提高寫作和表達(dá)能力，培養(yǎng)科學(xué)實(shí)踐精神和批判思維能力。

四、 結(jié)論

文章通過核心素養(yǎng)理念下初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性策略研究，發(fā)現(xiàn)在核心素養(yǎng)理念的指導(dǎo)下，讓學(xué)生在遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中、不斷創(chuàng)設(shè)問題的驅(qū)動學(xué)習(xí)中、有效參與探究實(shí)驗(yàn)中和重視反思能力培養(yǎng)等對優(yōu)化初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有積極意義。此外，通過學(xué)生參與度評價(jià)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)成果評價(jià)和教師教學(xué)效果評價(jià)等環(huán)節(jié)，可以全面評估初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。因此本研究對提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量與效果，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力具有一定的指導(dǎo)意義。

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［3］沈海燕.優(yōu)化初中物理實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)［J］.數(shù)理天地（初中版），2023（12）：74-76.

作者簡介：柳越（1972～），女，漢族，陜西石泉人，陜西省安康市石泉縣城關(guān)中學(xué)，研究方向：教學(xué)案例。