基于核心素養(yǎng)引領(lǐng)下初中物理課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與研究

課題項(xiàng)目：文章系福清市教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃2023年度子課題《“四元五環(huán)”教學(xué)模式引領(lǐng)下初中物理課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與研究》（立項(xiàng)號：FQ202）的階段性研究成果之一。

作者簡介：黃麗芳（1976～），女，漢族，福建福清人，福清宏路中學(xué)，研究方向：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

摘 要：物理是一門建立在實(shí)驗(yàn)上的學(xué)科，因此物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中的關(guān)鍵。課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)課上實(shí)驗(yàn)不同，其要求學(xué)生在課下自主完成實(shí)驗(yàn)，這為初中物理教學(xué)開辟了一條嶄新的路徑。文章認(rèn)為，初中物理課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)對發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)極有益處，并結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，分析了課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的教育功能、基本原則，總結(jié)出了核心素養(yǎng)引領(lǐng)下可優(yōu)化課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)實(shí)踐效果的策略。

關(guān)鍵詞：初中物理教學(xué)；核心素養(yǎng)；課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)；實(shí)踐

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8918（2024）43-0109-04

初中階段是學(xué)生初次系統(tǒng)接觸物理知識的關(guān)鍵時期，此時合理設(shè)計(jì)課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)，可以使學(xué)生在學(xué)習(xí)與自主探究中，逐漸形成正確的物理實(shí)驗(yàn)觀念，使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)科中的重要地位，并激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)科的探究與學(xué)習(xí)興趣。因此，物理教學(xué)中的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)是課上教學(xué)的有效輔助，為進(jìn)一步發(fā)揮出其輔助作用教育價(jià)值，教師須對課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用作深度分析，并結(jié)合學(xué)情，設(shè)計(jì)科學(xué)合理、可行高效的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)實(shí)施策略，讓學(xué)生根據(jù)個人的學(xué)習(xí)規(guī)律、學(xué)習(xí)情況自行操作實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、 課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的教育功能研究

（一）研究方法

物理學(xué)科中的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)是指在學(xué)生已有課上所學(xué)的知識與經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，要求學(xué)生在課余時間根據(jù)教師布置的任務(wù)及要求，在生活中尋找簡單實(shí)驗(yàn)材料、簡易實(shí)驗(yàn)器材，完成對物理知識的探究、學(xué)習(xí)，或運(yùn)用已有物理知識進(jìn)行發(fā)明、創(chuàng)造。物理課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)取材簡單、操作便捷，靈活性較高，學(xué)生可在課下根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況自由開展實(shí)驗(yàn)。

（二）研究結(jié)論

文章使用了文獻(xiàn)檢索法，于中國知網(wǎng)檢索到了42篇以“物理課外小實(shí)驗(yàn)為”主題的文獻(xiàn)資料，又查閱了幾本關(guān)于初中物理實(shí)驗(yàn)研究方面的專著，從中歸納、總結(jié)出了初中物理課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教育功能。

研究發(fā)現(xiàn)，物理課外小實(shí)驗(yàn)既可用于課前的預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，又可用于課后的鞏固環(huán)節(jié)。

用于課前預(yù)習(xí)時，課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)較高的靈活性、自由度及對探究行為的啟發(fā)功能，能使學(xué)生沉浸于本課新知。學(xué)生可以在通過預(yù)習(xí)了解本課基礎(chǔ)知識與概念后，于生活中尋找適宜的材料完成實(shí)驗(yàn)。此類實(shí)驗(yàn)可以給學(xué)生提供真實(shí)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使學(xué)生驗(yàn)證自己的猜想、推理、假設(shè)，并于正式參加課堂學(xué)習(xí)前獲得前概念，進(jìn)而有效提高學(xué)習(xí)效率。

用于課后鞏固時，學(xué)生已在課上與教師一同完成了新知學(xué)習(xí)，并參與了物理知識的探秘過程，對課上所學(xué)內(nèi)容已有了基礎(chǔ)認(rèn)知。此時，教師為學(xué)生布置的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)是學(xué)生在已有經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步探究，也是對課上所學(xué)知識的補(bǔ)充、鞏固、延伸與創(chuàng)新。學(xué)生憑主觀意愿自行決定的課外實(shí)踐與探究活動，促進(jìn)學(xué)生個性化發(fā)展與自主學(xué)習(xí)能力提升。

綜上，文章得出以下兩點(diǎn)結(jié)論。一方面，物理課外小實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生物理學(xué)習(xí)的興趣。此類實(shí)驗(yàn)使用常見的生活材料，能讓學(xué)生看到與傳統(tǒng)教學(xué)中截然不同的物理學(xué)習(xí)形式，有利于拉近學(xué)生與物理學(xué)科間的距離，讓物理走出課堂、走進(jìn)學(xué)生生活，給學(xué)生帶去別樣的新奇體驗(yàn)。而且源自生活的、學(xué)生相對熟悉的實(shí)驗(yàn)材料，能在課下創(chuàng)設(shè)出可供學(xué)生自主探究的真實(shí)情境，讓學(xué)生更直觀地了解物理學(xué)科的實(shí)用性，并形成正確物理觀念。另一方面，物理課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)在啟發(fā)學(xué)生學(xué)科思維、鞏固學(xué)生學(xué)科認(rèn)知方面有良好功效，能巧妙地聯(lián)動生活與物理實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生提供在生活中發(fā)散思維、親自動手操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會。在課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)中，教育資源呈現(xiàn)多元化形式，教師可有意識地引導(dǎo)學(xué)生對不同常見的生活事物進(jìn)行組裝、改裝，尋找常規(guī)材料的不常規(guī)用法，并以此完成物理學(xué)科的探究學(xué)習(xí)。教師還可設(shè)計(jì)開放性的引導(dǎo)問題，讓學(xué)生從物理學(xué)科的角度，思考生活中的常見事物，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生物理觀念的有效培育。而且課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生的自主性實(shí)驗(yàn)活動，能有效彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足，教師可以將課上受時間限制而無法深度探究的活動設(shè)置為課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)任務(wù)，將課上教學(xué)延伸至課下，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲得新體驗(yàn)，加深對知識點(diǎn)的理解，并于實(shí)踐探究中生成求真務(wù)實(shí)的學(xué)科思維與物理實(shí)驗(yàn)意識，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維與動手實(shí)踐能力。因此，在初中物理教學(xué)中合理利用課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的有效方法。

二、 核心素養(yǎng)下的初中物理課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)實(shí)施原則

（一）適切性原則

錯過最佳時機(jī)的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)?zāi)芷鸬降淖饔糜邢?，所以在教學(xué)時，教師設(shè)計(jì)的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)活動內(nèi)容應(yīng)遵循適切性原則，即在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī)提出，使其與物理課上所學(xué)知識及內(nèi)容保持同步。

（二）安全性原則

物理實(shí)驗(yàn)往往會使用到電、火、刀具等各種器材，而且課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自行在生活中尋找可用材料、實(shí)驗(yàn)工具。如學(xué)生選擇危險(xiǎn)性較高的材料，并在實(shí)驗(yàn)操作時不慎失誤，便會引發(fā)安全事故。因此，教師設(shè)計(jì)的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)活動應(yīng)在安全范圍內(nèi)，避免學(xué)生使用危險(xiǎn)物品，若無法規(guī)避，則要為學(xué)生提供特殊物品做安全防護(hù)，說明并開展安全實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)或安全培訓(xùn)，保障學(xué)生安全地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

（三）靈活性原則

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科的重要組成部分，在課堂上，教師也會帶著學(xué)生一起做物理實(shí)驗(yàn)，并以實(shí)驗(yàn)完成特定物理知識的教學(xué)，讓學(xué)生體驗(yàn)探究物理知識、揭示物理奧秘的過程，以培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念并發(fā)展其物理思維。課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不受常規(guī)的固定實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式限制，其靈活性極高，開展形式較多，學(xué)生可根據(jù)個人喜好，自由選擇器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并在保障安全的情況下完成實(shí)驗(yàn)操作，最終呈現(xiàn)特定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。整個過程高度靈活，能滿足初中生在實(shí)驗(yàn)中的創(chuàng)新需求、個性化發(fā)展需求。而且課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)中，除學(xué)生獨(dú)立完成的簡單實(shí)驗(yàn)以外，還會設(shè)計(jì)許多需以小組為單位開展的拓展性實(shí)驗(yàn)，這類實(shí)驗(yàn)難度較高，需要學(xué)生發(fā)散思維與想象力，大膽假設(shè)、勇敢嘗試才能完成。

三、 核心素養(yǎng)下的初中物理課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)實(shí)踐案例

以滬科版初中物理九年級第十七章《從指南針到磁浮列車》大單元教學(xué)為例，本單元涉及的電磁學(xué)知識在初中階段的物理教學(xué)中較為淺顯，但學(xué)生進(jìn)入高中后這部分知識將成為物理學(xué)科的重難點(diǎn)。

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

教學(xué)中，教師設(shè)計(jì)了“磁力‘小火車’”課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從物理學(xué)的角度看待日常生活中常見的電動汽車、火車等玩具，根據(jù)本單元學(xué)到的知識，對此類電動玩具中的物理原理進(jìn)行探究，開展創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)。

考慮到初三學(xué)生的動手能力及其現(xiàn)有的物理水平，教師設(shè)計(jì)的“磁力‘小火車’”實(shí)驗(yàn)操作簡便，趣味性高，只需簡單組裝，便能制作好所需器材，且該實(shí)驗(yàn)中涉及電學(xué)知識與電磁學(xué)知識，可以讓學(xué)生在動手制作自己喜愛玩具的同時，學(xué)會其中的物理原理，增加電學(xué)、電磁學(xué)知識儲備。

本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要將制作好的磁力“小火車”放入銅質(zhì)彈簧內(nèi)，將其構(gòu)成閉合回路。此時，在電流通過銅質(zhì)彈簧后，流經(jīng)的電流可生成磁場，這一磁場將對“小火車”產(chǎn)生力的作用。因此，該實(shí)驗(yàn)的原理是通電導(dǎo)線與磁場中受到的力的作用。本實(shí)驗(yàn)的拓展性知識為安培定則即右手螺旋定則，正確使用安培定則，需使用右手握住螺線管（可虛握），四指與螺線管中的電流方向保持一致時，右手拇指指向?yàn)槁菥€管磁場N極方向。

（二）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材

本實(shí)驗(yàn)所需器材如表1所示。

（三）實(shí)驗(yàn)裝置組裝

教師給出演示用微課，要求學(xué)生于課后自主觀看并學(xué)習(xí)，按微課中給出的步驟與具體操作完成實(shí)驗(yàn)。

在木板中央貼上塑料膠與泡沫膠，制作“木板、塑料膠、泡沫膠、塑料膠”的組合體，確保塑料膠與泡沫膠重疊粘貼于木板中心，且最后一層塑料膠有膠的一面向上。再將銅質(zhì)彈簧固定在該塑料膠上。之后，在小磁鐵的N極上用提前準(zhǔn)備好的記號筆做出標(biāo)記。四只圓形強(qiáng)磁鐵需兩兩成組，構(gòu)成兩組圓面相連的磁鐵組。

（四）實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

組裝好實(shí)驗(yàn)裝置后，連接南孚電池與兩組磁鐵，電子兩極要分別與兩組磁鐵的S極相連，即保障“小火車”兩側(cè)都是N極在外的磁鐵。

在實(shí)驗(yàn)時，將“小火車”自彈簧左側(cè)放入裝置（圖1）中，“小火車”將快速移動至右側(cè)（圖2）。

實(shí)驗(yàn)操作至此，要求學(xué)生對上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做深度分析，使用物理課上所學(xué)的知識，從科學(xué)的角度判斷“小火車”的行動原因。

從實(shí)驗(yàn)角度而言，“小火車”在裝置中受安培力作用，而移動實(shí)驗(yàn)中，電池磁鐵與銅質(zhì)彈簧共同構(gòu)成了通電的閉合回路。通電的銅質(zhì)彈簧即為安培定則中的螺線管，根據(jù)裝置中的電池所在位置以及銅質(zhì)彈簧的線圈繞向，可以判斷出目前的電流方向，再使用安培定則即可得出該裝置目前處于左側(cè)為N、右側(cè)為S極的磁場中（圖3）。通電后，強(qiáng)磁鐵內(nèi)部流經(jīng)電流，兩組磁鐵作為通電導(dǎo)體將受到磁場力的作用，因此，火車將在軌道中快速運(yùn)動。

（五）實(shí)驗(yàn)評價(jià)

學(xué)生在課后自行根據(jù)教師給出的微課視頻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中，部分學(xué)生遇到“小火車”運(yùn)動方向與視頻中方向相反、“小火車”不運(yùn)動等問題。學(xué)生在線上學(xué)習(xí)平臺中聯(lián)系教師，教師發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中，“小火車”運(yùn)動方向相反，是由于學(xué)生將圓形強(qiáng)磁鐵裝反，兩端均為S極在外，而“小火車”不運(yùn)動，是由于兩側(cè)極性相反導(dǎo)致的。

教師幫助學(xué)生解決問題后，學(xué)生很快便得出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并于后續(xù)到物理課堂中，與教師和其他同學(xué)一同分享自己的實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)體會。

四、 基于實(shí)踐做出的總結(jié)與優(yōu)化策略

一是要明確課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念，在教學(xué)活動中，始終踐行以生為本的教育思想，即教師設(shè)計(jì)的課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)要以學(xué)生為主體。教師要以指導(dǎo)者或引路人的身份參與到課外小實(shí)驗(yàn)中，給學(xué)生提供針對性指導(dǎo)。在適當(dāng)?shù)臅r機(jī)通過語言或其他引導(dǎo)方式，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動性與積極性，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐探究能力。

二是要在學(xué)生正式開始自主課外實(shí)驗(yàn)之前，完成本次實(shí)驗(yàn)背景介紹、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大致方案介紹，使學(xué)生了解為何要開展本次實(shí)驗(yàn)、如何開展本次實(shí)驗(yàn)。具體來說，教師應(yīng)充分考慮到課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)的生活化特征，立足初中生的生活日常，圍繞真實(shí)存在于生活中的與物理知識相關(guān)的特定情境，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究的具體問題，再將其作為本次實(shí)驗(yàn)探究背景，使用簡短語言解釋，使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)主題與實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。同時，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考，使其自主分析完成本次物理實(shí)驗(yàn)探究需使用的物理學(xué)知識或特定技能，幫助學(xué)生鞏固或預(yù)習(xí)新知。在對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大致方案進(jìn)行介紹時，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生再次梳理實(shí)驗(yàn)原理，分析本次實(shí)驗(yàn)探究的整體流程，幫助學(xué)生建立清晰的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)方案，使學(xué)生了解該環(huán)節(jié)中如何開展實(shí)驗(yàn)。

三是要引導(dǎo)學(xué)生完成對本次實(shí)驗(yàn)探究流程的初步規(guī)劃，讓學(xué)生了解完成本次實(shí)驗(yàn)應(yīng)經(jīng)歷的過程。教師還應(yīng)對高難度操作進(jìn)行針對性指導(dǎo)，為學(xué)生講解特殊實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)材料的使用方式；不常見的實(shí)驗(yàn)步驟的操作方法；觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的恰當(dāng)時機(jī)及具體觀察方法；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、總結(jié)方法等。值得注意的是，教師的指導(dǎo)應(yīng)把握好度，不可超出規(guī)定范疇，要堅(jiān)持以啟發(fā)學(xué)生思維、保證實(shí)驗(yàn)安全為導(dǎo)向，將課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)權(quán)交還給學(xué)生。

四是教師要在課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中要開展過程性評價(jià)，并在課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)展示活動中做出結(jié)果性評價(jià)。利用評價(jià)判斷學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程是否存在錯誤操作、實(shí)驗(yàn)誤差，并在事后做總結(jié)性指導(dǎo)。最后，教師要引導(dǎo)學(xué)生對本次課外創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行總結(jié)、歸納，撰寫實(shí)驗(yàn)過程報(bào)告，在報(bào)告中說明在本次實(shí)驗(yàn)探究中獲得了哪些新知識，能從哪些角度、以何種方法改良實(shí)驗(yàn)方案，并獲得對實(shí)驗(yàn)的完整評價(jià)。

五、 結(jié)論

在初中物理教學(xué)中，根據(jù)課上所學(xué)內(nèi)容及學(xué)生學(xué)情設(shè)計(jì)的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)，可有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，促進(jìn)學(xué)生的動手實(shí)踐能力與創(chuàng)新思維發(fā)展，對學(xué)生的核心素養(yǎng)培育有益。新課標(biāo)背景下，教師應(yīng)基于學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展，以適切性、安全性、靈活性與評價(jià)輔助為基本原則，設(shè)計(jì)并計(jì)劃實(shí)施適宜的課外創(chuàng)新小實(shí)驗(yàn)。同時，要明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念，堅(jiān)持以生為本，組織學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，通過與學(xué)生一同規(guī)劃實(shí)驗(yàn)探究流程，給予學(xué)生特定指導(dǎo)，并對整個實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程做出客觀評價(jià)，保障創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的有序推進(jìn)，讓學(xué)生自主完成實(shí)驗(yàn)操作、自行開展實(shí)驗(yàn)探究，進(jìn)而切實(shí)提高物理學(xué)習(xí)成效。

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