利用課外實驗提高學生的科學素養(yǎng)

福建省同安第一中學 蘇享銧

物理是一門以實驗為基礎的學科，教師可以利用課外實驗培養(yǎng)學生科學探究核心素養(yǎng)。

一、通過課外實驗提高學生物理核心素養(yǎng)的必要性

物理核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四方面?？茖W探究是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結論并做出解釋以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。

物理是一門以實驗為基礎的學科，物理教學同樣離不開實驗教學。實驗教學又包括課堂演示實驗、課堂學生分組實驗和課外實驗三種。課堂演示實驗由教師演示、解說、學生觀察來學習新知識；課堂學生分組實驗和課外實驗，由學生動手實驗，更有利于培養(yǎng)學生科學探究核心素養(yǎng)。教師可以利用課外實驗來提高學生學習物理的興趣，培養(yǎng)學生的科學探究能力。相比于課堂實驗，課外實驗有以下幾個特點。

（一）自主設計性

課堂分組實驗主要是按照教師和教材的要求進行操作；而學生在課外實驗中可以自主設計實驗的方法、步驟和材料，并且可以比較各種方法產(chǎn)生的不同結果，找到最佳實驗方案。

（二）開放性

課堂分組實驗具有封閉性，所取用的材料局限于學校所提供的實驗器材。而課外實驗則不受器材的限制，學生可以在廣闊的大自然和豐富多彩的生活中取材，各種素材取之不盡。

（三）反復操作性

課堂分組實驗，因受制于課堂時間的限制，不可能多次進行操作，甚至有的學生一次操作都無法順利完成。而課外實驗可以反復進行操作，只有反復操作，才能讓誤差減少到最小，也才能從中體現(xiàn)到探究的樂趣，在每一次的操作中，不斷提高實驗能力。

（四）豐富性

課堂分組實驗的安排，每學期僅能根據(jù)教學要求，安排有限的幾次。而課外實驗不受課程的限制，教師可以根據(jù)需要布置課外實驗，讓學生利用課外時間完成。

（五）趣味性

課堂分組實驗根據(jù)實驗目的，選用專門的實驗器材。而課外實驗則可以利用生活中的各種素材，完成各種有趣的實驗，實現(xiàn)寓教于樂。課外實驗真正讓學生感受到物理來源于生活，生活離不開物理，從而提高學生對物理的興趣，培養(yǎng)學生利用物理原理解決實際問題的能力。

由于課外實驗具有以上特點，所以學生通過課外實驗進行分析、綜合、評價，是積極主動的高層次學習，注重獲取知識的過程，把知識與經(jīng)驗結合解決新問題的學習，是一種行為動力驅(qū)使下的主動學習，可以培養(yǎng)學生設計實驗探究方案和獲取證據(jù)的能力，提高科學探究核心素養(yǎng)。

二、教師利用課外實驗的兩種方法

（一）布置學生操作迷你創(chuàng)新實驗

教師講授新課時，由于學生對所學原理還比較陌生，此時可以布置一些迷你實驗讓學生進行創(chuàng)新實驗。“創(chuàng)新實驗”促使深度進階，實驗創(chuàng)新是在實驗的設計、操作基礎上的創(chuàng)新，從可見度、操作性、安全性、循環(huán)性、定量化等方面著手，通過實驗的創(chuàng)新，促使深度進階。迷你創(chuàng)新實驗由于操作簡單，更適合新課教學。

以下用教學實例進行說明如何利用迷你課外實驗進行新課教學。

迷你課外實驗案例1：“牛頓第一定律”授課時，我提前布置學生做慣性小實驗，提倡學生用不同的材料做，結果學生的興趣很高，完成率很高。

某學生利用書上的器材，水杯、硬紙片、硬幣完成實驗，用手指快速彈出硬紙片，硬幣由于慣性要保持原來的靜止狀態(tài)，當硬紙片被彈出時，硬幣沒有了支撐物，在重力的作用下掉入杯中。也有學生在杯子里裝些水，在杯子上面放一把直尺，把雞蛋放在直尺上，再用另一把直尺把雞蛋下面的直尺迅速彈出，雞蛋掉入杯中。還有的學生把象棋疊起來，用直尺快速把下面的一個棋子打出，上面的棋子落下來。通過實驗讓學生明白，原來靜止的物體，由于慣性，要保持原來的靜止狀態(tài)。讓學生對牛頓第一定律有了直觀的感知。

這個實驗設計的亮點是開放性，讓學生自己選材料進行實驗，觀察結果，這就是實驗的創(chuàng)新之處，讓學生變被動學習為主動學習，通過創(chuàng)新實驗提高科學探究核心素養(yǎng)。

迷你課外實驗案例2：在“物體的浮與沉”這節(jié)課中，密度計的讀數(shù)、原理是個易錯點，教師可以讓學生動手做密度計來幫助學生理解。讓學生用吸管和沙子做成密度計，可以漂浮在水、油中，可以看到密度計浸在油中的體積大。這就是為什么密度計越向上刻度值越小。這個實驗的創(chuàng)新之處在于變演示實驗為學生動手實驗，讓學生動手制作密度計，學生在新課之前完成了實驗，為新課領會知識做好了準備，可以激發(fā)學生學習興趣。

這些迷你實驗簡單易做、充滿趣味，因此在教學中取得了明顯的效果，受到了學生的熱烈歡迎。學生在課外完成實驗，達到實驗目的，可以將所學的理論知識聯(lián)系實際，科學探究的能力得到了鍛煉和培養(yǎng)。

（二）布置學生設計綜合型課外實驗

在學生對一單元的物理知識已經(jīng)完整掌握的情況下，教師可以布置綜合型課外實驗，綜合型的課外實驗可以鍛煉學生的實驗設計能力、實驗操作能力、實驗計算能力和誤差分析能力。以下以課堂教學實例闡述如何利用課外實驗培養(yǎng)學生的科學探究能力。

課外實驗案例1：“密度的測量”復習課，在“密度的測量”復習課授課時，我布置了實驗作業(yè)，讓學生在家里測量大米的密度。學生利用生活資源，采用不同方法完成了實驗，教師在課堂上進行展示，取得較好效果。

某學生采用常規(guī)工具——電子秤和量杯測大米密度：測出來大米的密度為0.69g/cm3。而大米是沉入水中的。那么大米的密度應該大于水的密度。水的密度是1g/cm3，而測出來大米的密度為0.69g/cm3小于水的密度，可見這種方法誤差太大，不合適。原因是大米之間縫隙大，測出的大米體積偏大，密度偏小。

另一學生測出大米的密度為1.45g/cm3。以下是她的實驗方案。實驗器材：兩個完全相同的水杯、電子秤、水、米。實驗步驟：（1）在兩個相同的水杯中加入等量的水，測出杯和水的總質(zhì)量為m0=135g;（2）在其中一個杯中加入一些米，測出米的質(zhì)量為m米=151-135=16（g）;（3）在另一個杯上做與上一個加了米的水杯的水位高度一致的標記，在這個水杯加入水至所標記的高度，測出加了水的質(zhì)量為m水=146-135=11（g），根據(jù)公式V水=m水/ρ水，算出所加水的體積V水=11cm3，根據(jù)等體積法可知所加大米的體積也為V米=V水=11cm3；（4）大米的密度ρ米=m米/V米=16/11=1.45g/cm3。她利用排水法測出米的體積等于排開的水的體積，用等體積法測大米的體積，減少了測量誤差。

也有學生用排面粉法測大米的密度，測出大米的密度為1.5g/cm3,實驗結果也是比較接近真實值的。最后教師總結，測量易溶于水的物質(zhì)密度，都可以用排面粉法。比如，測量冰糖的密度，就可以用排面粉法。

學生通過課外實驗，發(fā)現(xiàn)原來還有這么多的方法、材料可以達到實驗的目的，不同的方案各有利弊，這樣，既開拓了學生的眼界，打開了學生的思維，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力，也讓學生明白物理源于生活，生活中處處有物理，增強了對物理學科的認知和興趣。通過課堂上教師的點評和引導，學生既增加了對知識的理解，又達到了復習知識的效果。

課外實驗案例2：“杠桿”復習課，可以布置學生利用家里的材料，如用一次性紙盤、一次性筷子、棉線、小金屬塊做簡易的桿秤，帶到學校來展示，學生通過制作桿秤，對杠桿的平衡條件有了一定深刻的認識。

教師可以把課外實驗作為動手實踐作業(yè)布置給學生，優(yōu)選素材、精編情境、巧設問題，讓學生動手動腦主動參與學習，體現(xiàn)了以學生為主體，讓學生獨立工作、帶著問題進行探究實驗的方法，注重新舊知識的整合，提高了學生解決實際問題的能力，變被動學習為主動學習，培養(yǎng)了學生設計與操作、論據(jù)與論證的實驗核心素養(yǎng)。在點評作業(yè)時匯總展示學生優(yōu)秀的作品，讓學生收獲多種實驗方法，通過課外拓展、課內(nèi)歸納總結，拓展了學生的思維，提高了核心素養(yǎng)。

由于學校實驗課時間有限，教師可以引導學生多進行課外實驗操作，讓學生更主動地參與實驗，參與學習。學生課外動手實驗可以長期進行下去，把實驗室搬到家里，隨時隨地做實驗，讓學生通過課外實驗深度學習，提高學生利用實驗解決物理實際問題的能力，促進學生的終身發(fā)展，讓學生對知識的掌握融會貫通，提高科學探究核心素養(yǎng)。