核心素養(yǎng)導(dǎo)向下初中物理設(shè)計性實驗教學(xué)研究

摘 要：隨著2018年1月教育部正式印發(fā)了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)已成為我國當(dāng)前課程改革的新任務(wù)和新內(nèi)容。文章結(jié)合教學(xué)實踐，基于對物理學(xué)科核心素養(yǎng)的理解，闡述了物理設(shè)計性實驗教學(xué)的重要性、價值以及物理設(shè)計性實驗教學(xué)的策略。

關(guān)鍵詞：初中物理;學(xué)科核心素養(yǎng);設(shè)計性實驗;教學(xué)研究

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 收稿日期：2020-01-24 文章編號：1674-120X（2020）12-0106-02

物理教學(xué)以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和特點，不僅注重科學(xué)知識的傳授和技能的訓(xùn)練，而且注重對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、探究能力、創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。所以，物理教師在實踐教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)是很有必要的。

一、物理學(xué)科核心素養(yǎng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育、學(xué)習(xí)物理知識過程中逐步形成帶有物理學(xué)科特點的、適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是知識、能力、價值觀的綜合表現(xiàn)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括：物理觀念、科學(xué)思維、實驗探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。物理觀念是知識的內(nèi)化，是核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，科學(xué)思維和實驗探究是關(guān)鍵能力，科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是必備品格。

二、物理設(shè)計性實驗教學(xué)的重要性

（一）什么是物理設(shè)計性實驗

物理設(shè)計性實驗是根據(jù)實驗?zāi)康?，運用掌握的物理概念、物理規(guī)律、實驗方法，選擇適當(dāng)?shù)钠鞑脑O(shè)計實驗方案的實驗。物理設(shè)計性實驗對學(xué)生綜合運用知識的能力和創(chuàng)造能力要求較高，主要考查實驗器材選擇、原理、方法。

（二）物理設(shè)計性實驗在物理學(xué)中的地位

在古代物理學(xué)、經(jīng)典物理實驗和現(xiàn)代物理實驗中，物理設(shè)計性實驗都占有很重要的地位。從牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力定律的過程中，我們可以看到物理學(xué)者對科學(xué)實驗的設(shè)計以及對假設(shè)進行的論證。實驗與物理理論的聯(lián)系越來越緊密，成為不可分割和相互依賴的結(jié)合體。物理實驗需要理論的指導(dǎo)，在理論的預(yù)測和條件范圍內(nèi)去進行，所以物理實驗設(shè)計顯得更加重要。物理設(shè)計性實驗，對培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新精神特別重要。

（三）改革考試評價體系，注重考查物理學(xué)科素養(yǎng)

在新的評價觀念指導(dǎo)下，考試評價要以促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高、教師專業(yè)素質(zhì)的發(fā)展和物理教學(xué)的改進為方向和內(nèi)容。近年來，廣州市物理中考命題走向之一：原創(chuàng)實驗入題，引導(dǎo)學(xué)生探索新知識，非常注重“科學(xué)思維”“實驗探究”等物理學(xué)科素養(yǎng)的考查。設(shè)計實驗方案的題目從2014年至今已經(jīng)連續(xù)出現(xiàn)了6年，但學(xué)生得分不理想，學(xué)生對此題目望而卻步。研究發(fā)現(xiàn)，在進行探究實驗的過程中，學(xué)生的實驗設(shè)計能力沒有得到訓(xùn)練，所以開展物理設(shè)計性實驗教學(xué)的研究迫在眉睫。

三、物理設(shè)計性實驗教學(xué)的價值

（一）掌握常規(guī)儀器的作用和使用方法，內(nèi)化物理概念，培養(yǎng)學(xué)生物理觀念

在義務(wù)教育物理課程教學(xué)內(nèi)容中，物理概念所占比例較大，物理概念既是教學(xué)的重點，也是教學(xué)的難點。由于物理概念比較抽象，因此學(xué)生普遍感到難以理解。如何才能讓學(xué)生更好地內(nèi)化物理概念，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)？筆者認(rèn)為，進行設(shè)計性實驗教學(xué)可以很好地解決問題。

例如，人教版教材八年級上冊第六章第三節(jié)“測量鹽水和小石塊的密度”的實驗要求學(xué)生設(shè)計實驗方案，用天平和量筒測量鹽水和小石塊的密度。在設(shè)計實驗方案之前，學(xué)生已經(jīng)對密度概念有了認(rèn)知，知道了要測量物質(zhì)密度就必須測量質(zhì)量和體積，清楚了要測量的物理量后，就明白了所給儀器的作用。通過實驗，學(xué)生不僅掌握了天平和量筒的作用和使用方法，還內(nèi)化了密度的概念。這樣的教學(xué)加強了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，有助于學(xué)生對知識的運用和遷移，真正培養(yǎng)了學(xué)生的物理觀念。

（二）掌握科學(xué)方法，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》實施建議部分提出讓學(xué)生學(xué)習(xí)基本的科學(xué)方法，并將這些方法遷移到自己的生活之中。從初中生學(xué)習(xí)物理的心理和思維特點兩方面分析，他們的學(xué)習(xí)興趣停留于實驗表面現(xiàn)象，他們的思維特點具有批判性、局限性和片面性?？茖W(xué)方法是人們在認(rèn)識和改造世界中運用的、符合科學(xué)一般原則的各種途徑和手段。學(xué)生在建構(gòu)物理概念、探究物理規(guī)律、分析處理實驗數(shù)據(jù)時都會運用到科學(xué)方法。

例如，在設(shè)計實驗“探究浮力大小與哪些因素有關(guān)”時，學(xué)生結(jié)合已有的認(rèn)知和生活經(jīng)驗，設(shè)計出多種不同的方案，此時教師追問“這樣的設(shè)計合理嗎？”“得出的結(jié)論合理嗎？”等，使學(xué)生的思維得到碰撞。經(jīng)過小組討論，學(xué)生頓時豁然開朗，知道了要運用控制變量法進行探究。這樣不僅讓學(xué)生掌握了科學(xué)方法，還使學(xué)生的思維在實驗過程中得到培養(yǎng)。

（三）重視實驗探究，增強學(xué)生科學(xué)探究能力

物理是以實驗為基礎(chǔ)的一門課程，實驗和科學(xué)探究緊密聯(lián)系，實驗是科學(xué)探究的重要方式之一。初二的學(xué)生雖然對實驗充滿好奇心，但往往停留在實驗表象上，實驗規(guī)范性差，實驗探究能力弱。如果實驗前先讓學(xué)生自主設(shè)計實驗，自己選擇實驗器材，那么他們在探究過程中就能運用所學(xué)的知識，發(fā)展思維，提高自己的探究能力，當(dāng)學(xué)生獲得成功感時就會積極地參與今后的實驗探究了。例如，在進行“做功改變物體內(nèi)能”實驗探究時，教材設(shè)計的是在燒瓶內(nèi)盛少量水，向瓶內(nèi)打氣，當(dāng)塞子跳起來時，可看到瓶內(nèi)有“白霧”生成。該實驗現(xiàn)象明顯，但成功概率不高。此時有學(xué)生想到用礦泉水瓶做實驗，于是學(xué)生就地取材，親自演示了實驗，效果非常好。學(xué)生不僅理解了科學(xué)知識，還增強了科學(xué)探究能力。

（四）注重情感體驗，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感

教師傳授的不僅是知識，還有情感。教師有責(zé)任培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，使學(xué)生具有將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會實踐的意識，以及尊重自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，勇于創(chuàng)新，關(guān)心科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有環(huán)保意識和振興中華的使命感和責(zé)任感。而設(shè)計性實驗教學(xué)就是有效地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的途徑之一。例如，在“如何提高機械效率”實驗中，學(xué)生會上網(wǎng)查閱資料，對機械的發(fā)展史，節(jié)能減排、提高經(jīng)濟效益的作用等進行了解，從而培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。

四、物理設(shè)計性實驗教學(xué)的策略

（一）在設(shè)計實驗前，先要正確理解實驗?zāi)康?，掌握?xì)化實驗?zāi)康牡姆椒?/p>

設(shè)計實驗首先要正確理解實驗?zāi)康摹W(xué)生只有知道要干什么，才能正確設(shè)計實驗的方案、步驟、方法。前幾年的廣州市中考題在考查實驗設(shè)計時都要求學(xué)生填寫實驗?zāi)康模淠康木褪亲寣W(xué)生在設(shè)計實驗前先要正確理解實驗?zāi)康摹?/p>

為了幫助學(xué)生順利完成實驗設(shè)計，第一步就要讓其正確理解實驗?zāi)康?，?xì)化實驗?zāi)康?。例如，廣州市2018年中考實驗題的實驗?zāi)康氖恰疤骄窟@支細(xì)玻璃管的管內(nèi)外液面高度差與水溫的定量關(guān)系”。學(xué)生應(yīng)把實驗?zāi)康募?xì)化為研究的對象是這支細(xì)玻璃管（從題目所給的情景可知，這是已給的器材），研究的物理量是“細(xì)玻璃管在水中管內(nèi)外液面高度差”“細(xì)玻璃管所在的水的溫度”，探究的是它們的定量關(guān)系。要定量就要有具體的數(shù)值，明確了實驗?zāi)康?，學(xué)生才能確定所需的實驗器材為裝水的容器、刻度尺、溫度計和不同溫度的水。正確理解實驗?zāi)康?、掌握?xì)化實驗?zāi)康牡姆椒ㄊ菍W(xué)生自主設(shè)計實驗的前提。

（二）通過提問、追問，展示設(shè)計實驗的思維過程

在學(xué)生知道實驗?zāi)康暮?，教師就要讓學(xué)生明確實驗?zāi)康奶岬降拿總€物理量的定義及測量方法，并通過提問、追問的方式，展示自己設(shè)計實驗的思維過程，讓學(xué)生有條理地去思考如何設(shè)計實驗，養(yǎng)成“先明確實驗?zāi)康模缓蟾鶕?jù)實驗?zāi)康暮驮?，思考實驗中要觀察的情景和測量的物理量”的習(xí)慣。例如，在設(shè)計實驗“測量人爬樓梯的功率”時，教師可以通過以下提問、追問，讓學(xué)生明白如何設(shè)計實驗。

教師：研究對象是什么？

學(xué)生：人。

教師：需要測量什么？

學(xué)生：要測量人爬樓梯的功率。

教師：實驗室沒有直接測量功率的工具，我們可以根據(jù)公式來測量人爬樓梯的功率，那么這個實驗應(yīng)該測量什么呢？

學(xué)生：要測人的體重、爬樓梯的高度和時間。

（三）利用三部曲，完成設(shè)計性實驗題

教學(xué)實踐證明，學(xué)生在做設(shè)計性實驗題時利用三部曲可以取得不錯的效果。三部曲是指搬公式、追測量值、描述步驟。第一部曲，搬公式，即運用實驗?zāi)康闹幸獪y量的物理量的計算公式（實驗原理）;第二部曲，追測量值，即根據(jù)公式分析出要測量的物理量，要建立儀器與測量值的條件反射（看到儀器可以想到該儀器能直接或間接測什么物理量，需注意的條件是什么）;第三部曲，描述步驟，可以描述為“用（儀器） 測量（誰的什么量） ，記為（符號）”。

例如，“測量人爬樓梯的功率”，利用三部曲設(shè)計實驗如下：

五、結(jié)語

物理設(shè)計性實驗教學(xué)由于存在耗時長、難度大、綜合能力要求高的問題，因此學(xué)生興趣不高，導(dǎo)致教學(xué)效果大打折扣。解決問題的關(guān)鍵在于教師，教師要提升自己的素質(zhì)，研討出更多相關(guān)的教學(xué)策略，使學(xué)生樂學(xué)、愛學(xué)、易學(xué)，這樣才能讓核心素養(yǎng)在教學(xué)實踐中“生根發(fā)芽”，在學(xué)生發(fā)展中“開花結(jié)果”。

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作者簡介：謝麗平（1977—），女，廣東韶關(guān)人，一級教師，本科，研究方向：初中物理教學(xué)。