基于核心素養(yǎng)的初中物理低成本實驗的開發(fā)與應(yīng)用研究

福建省莆田擢英中學(xué) 鄭喜春

實驗?zāi)軌蜃尦踔猩庇^地觀察物理知識，可以使認(rèn)知理解變成科學(xué)認(rèn)識，利于自主性的學(xué)習(xí)思考，也能提高教學(xué)效率，保證知識教學(xué)效果。但是，在以往的教學(xué)中，物理實驗開展多為硬性的要求，實驗開展的成本較高，教師一再強(qiáng)調(diào)保護(hù)實驗器材，要求學(xué)生按照流程和標(biāo)準(zhǔn)操作，這在形式上制約了創(chuàng)新，過程上也讓個人理解變成了概念的記憶，降低了實驗興趣，不利于自主學(xué)習(xí)開展，也會影響教學(xué)質(zhì)量。因此，為保證實驗教學(xué)的效果，需要教師開發(fā)低成本實驗，讓學(xué)生能夠在實驗教學(xué)中變得自由，能夠去探索物理概念，進(jìn)行創(chuàng)新思考，保證學(xué)習(xí)探究的行為，促進(jìn)物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成與發(fā)展。

一、初中物理低成本實驗的現(xiàn)實意義

1.利于基礎(chǔ)理論知識的理解。

物理知識帶有抽象性的特點，而在初中階段，基礎(chǔ)理論知識較多，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)理解中呈現(xiàn)出認(rèn)識膚淺、知識記憶錯誤的情況，行為不夠主動，缺少科學(xué)性的思考。低成本實驗?zāi)軌蜃尰A(chǔ)理論變成個人學(xué)習(xí)感受的實踐，能夠在課堂和生活中進(jìn)行，基礎(chǔ)概念的理解也就變成實驗的思考與分析，可以增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，讓知識理解變成直觀的觀察，能夠?qū)ξ锢砀拍钸M(jìn)行深入的認(rèn)識。同時，低成本實驗可以增加思考的頻率，對知識的認(rèn)知有更多的想法，有助于知識的內(nèi)化和科學(xué)觀念的形成。

2.利于物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

核心素養(yǎng)是當(dāng)前初中物理教學(xué)的核心目標(biāo)，低成本實驗可以讓物理核心素養(yǎng)的物理觀念、科學(xué)思維、實驗探究、科學(xué)態(tài)度在知識學(xué)習(xí)理解中形成，也能鍛煉科學(xué)研究能力。學(xué)生在低成本實驗中能夠自主性地學(xué)習(xí)思考，在物理知識的探索中會有物理觀念的形成，而在親手操作的實驗中，學(xué)生能夠從實驗過程和結(jié)果中形成思維認(rèn)識，科學(xué)思維得到發(fā)展。低成本實驗增加了學(xué)生的動手操作，并且在實驗中會有各種創(chuàng)新與變化，利于實驗探究素養(yǎng)的發(fā)展。而在實驗操作中，初中生能夠形成科學(xué)的態(tài)度，健全自身的世界觀。

二、基于核心素養(yǎng)的初中物理低成本實驗的開發(fā)與應(yīng)用原則

1.科學(xué)性。

低成本實驗不是簡單的降低實驗的成本，而是讓實驗可以更好地開展，保證學(xué)生的參與，從而讓實驗的實踐性與知識的理論性結(jié)合。物理是一門自然科學(xué)學(xué)科，在開發(fā)與應(yīng)用中要遵循科學(xué)性原則，保證實驗符合教學(xué)理論，體現(xiàn)物理的自然科學(xué)規(guī)律，讓學(xué)生高效完成知識理解，提高物理課程的教學(xué)效果。

2.簡易性。

低成本實驗要落實簡易性原則，使物理實驗?zāi)軌虻玫狡占埃瑢W(xué)生可以在實驗中積極參與，以此保證實驗探究的落實。簡易性原則不是簡單，需要教師把控實驗中的物理探究，設(shè)計實驗觀察、解釋、總結(jié)的過程，建立以生為本的教學(xué)過程，以此實現(xiàn)高效教學(xué)，確保物理實驗教學(xué)的普及。

3.直觀性。

低成本實驗的應(yīng)用中要保證直觀性，原則上推動抽象概念的理解，降低物理概念學(xué)習(xí)理解的難度，使每個學(xué)生都能在實驗中完成概念認(rèn)識，建立科學(xué)思維的學(xué)習(xí)方式。直觀性原則要呈現(xiàn)概念內(nèi)容，針對實驗材料與過程做優(yōu)化，增加實驗的可信度，保證物理知識的有效理解，強(qiáng)化理解記憶。

4.安全性。

安全性是低成本實驗開發(fā)的基礎(chǔ)，其中要保證實驗的安全性，也要滲透安全教育，以此保證學(xué)生的實驗操作安全，培養(yǎng)安全意識。初中物理知識主要內(nèi)容是生活中的聲音、光、水、電等，低成本實驗的開發(fā)中要控制實驗的危險內(nèi)容，杜絕危險的實驗器具使用，使物理實驗?zāi)軌蚋哔|(zhì)量地開展。

三、基于核心素養(yǎng)的初中物理低成本實驗的開發(fā)策略

1.開發(fā)生活實驗，培養(yǎng)物理觀念。

低成本實驗的開發(fā)要控制實驗成本，需要簡約化實驗內(nèi)容與形式，特別在實驗資源上開發(fā)生活物品，讓物理實驗?zāi)軌虻玫狡占埃瑢W(xué)生有實踐性的行為，以生活化實驗為基礎(chǔ)培養(yǎng)物理觀念。首先，教師需要明確物理知識與生活的聯(lián)系，并以此確定低成本實驗的器具，轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)的實驗方式。其次，低成本生活實驗的開展要健全實驗過程，讓學(xué)生有實驗操作，能夠在實驗中進(jìn)行操作和思考，從而培養(yǎng)物理觀念，增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)的興趣，使理論概念的知識可以從日常生活認(rèn)識中思考獲得。

比如在《聲音的產(chǎn)生與傳播》教學(xué)中，音叉能夠展示聲音是在振動中產(chǎn)生，其傳播需要介質(zhì)。但是，音叉教具有局限性，更多的是觀察，學(xué)生沒有具體的操作，影響概念的認(rèn)識。對于此，教師可以開發(fā)用格尺代替音叉的低成本實驗，在課堂中組織學(xué)生將格尺一端放在桌子邊沿，然后用手壓住，用另一只手撥弄格尺。這樣格尺會產(chǎn)生振動，產(chǎn)生聲音，學(xué)生動手操作中完成了理解。物理是自然學(xué)科，生活實驗是低成本實驗開發(fā)的主要方向，便于教學(xué)活動開展，也能讓學(xué)生在實驗中感受和解釋生活中的物理現(xiàn)象，在實驗操作和概念理解中養(yǎng)成物理觀念，利于學(xué)科知識探究理解的主動思考。

2.組織器具自制，引領(lǐng)實驗探究。

在核心素養(yǎng)下的低成本實驗開發(fā)要保證學(xué)生的自主學(xué)習(xí)行為，改變學(xué)生簡單化的概念記憶狀態(tài)。在開發(fā)策略中可以組織器具自制，發(fā)揮學(xué)生的主體性，以自制的行為增強(qiáng)實驗教學(xué)效果，讓實驗教學(xué)融入到探究分析中。而在教學(xué)組織中要讓學(xué)生準(zhǔn)備一些物品，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計器具自制活動，用自制器具證明物理概念，使物理概念的理解認(rèn)識更為清晰，建立實驗探究的過程。器具自制的組織要分析物理概念展現(xiàn)的需求，設(shè)計制作分步流程，使每個學(xué)生都能進(jìn)行實驗操作。

比如在《物體的浮沉條件及應(yīng)用》這一課，教師就組織學(xué)生制作不同的實驗物品，建立探究浮沉條件與物體性質(zhì)的關(guān)系。首先，選擇生活中常見的物體，可以將土豆作為實驗物體。其次，讓學(xué)生將土豆分成均等的四個小方塊，用作浮沉實驗中的對比。最后，進(jìn)行四個土豆塊的處理，第一塊不作處理，第二塊在一面挖空，第三塊在一面挖空填充泡沫，第四塊一面挖空填充小石子，以此進(jìn)行實驗演示，觀察四個土豆塊在水中的浮沉情況，從而進(jìn)行實驗探究，總結(jié)浮沉的條件。器具自制能夠讓低成本實驗帶動學(xué)生的科學(xué)探究，利于自主性的思考與分析，也能讓概念理解認(rèn)識更為準(zhǔn)確，提升實驗操作的興趣。

3.設(shè)計實驗互動，激發(fā)科學(xué)思維。

低成本實驗的開發(fā)中要控制實驗器材和材料的成本，還要設(shè)計實驗互動，構(gòu)建生本實驗教學(xué)模式，激發(fā)科學(xué)思維，保證學(xué)生在實驗中能夠進(jìn)行深度學(xué)習(xí)理解，完善認(rèn)知分析。低成本實驗中，初中生會進(jìn)行實踐性的實驗探究，所以物理知識的理解過程會產(chǎn)生個性化的思考，建立物理知識的科學(xué)認(rèn)識。但是學(xué)生的實驗理解認(rèn)識會有差異，在實驗中容易出現(xiàn)錯誤，教師應(yīng)在開發(fā)的過程中創(chuàng)設(shè)互動過程，引領(lǐng)學(xué)生在實驗中進(jìn)行科學(xué)思考，在直觀的實驗中教授知識，保證學(xué)生的有效理解。

比如在《熔化和凝固》這一課，低成本實驗需要設(shè)計實驗現(xiàn)象中固態(tài)、液態(tài)兩種物質(zhì)形態(tài)的相互轉(zhuǎn)變，并針對實驗的內(nèi)容做問題設(shè)計，激發(fā)科學(xué)思維，建立概念認(rèn)識、實驗驗證、認(rèn)知理解的過程，保證學(xué)生在實驗中的深度思考，保證科學(xué)思維的發(fā)展。教師可以讓學(xué)生在家進(jìn)行實驗，準(zhǔn)備一個廢舊水瓶，裝三分之一的水，然后放到冰箱的冷凍層中，經(jīng)過2個小時進(jìn)行凝固觀察，之后在常溫下觀察熔化現(xiàn)象。而在課堂中則組織學(xué)生進(jìn)行實驗分享，討論生活中有哪些熔化和凝固的現(xiàn)象，推動實驗思維的發(fā)展。

4.開展成果展示，提升科學(xué)態(tài)度。

在低成本實驗的開發(fā)中需要讓學(xué)生能夠有深度學(xué)習(xí)，所以在教學(xué)中不能只關(guān)注實驗的形式和方法，還要設(shè)置成果展示，將學(xué)生的成果做展示，讓物理知識可以多樣化地呈現(xiàn)出來，增強(qiáng)學(xué)習(xí)認(rèn)識的效果。在成果展示中要做好物理概念的延伸，保證學(xué)生能夠建立物理知識的科學(xué)應(yīng)用，從而形成科學(xué)態(tài)度。

比如在《家庭電路》這一課的實驗設(shè)計中，教師要將學(xué)生的電路設(shè)計做虛擬化的呈現(xiàn)，將實驗中的設(shè)計做展示，糾正其中的錯誤，表揚設(shè)計實驗中的電路優(yōu)化，提升學(xué)生電路設(shè)計實驗的感受，使學(xué)生能夠從科學(xué)角度去認(rèn)識電路，以此實現(xiàn)高效教學(xué)。

四、基于核心素養(yǎng)的初中物理低成本實驗的應(yīng)用策略

1.應(yīng)用低成本實驗導(dǎo)入新課。

低成本實驗在初中物理課程中的應(yīng)用要以核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為核心，需要加強(qiáng)知識教學(xué)的效果，保證學(xué)生在物理課堂中的學(xué)習(xí)主動性。策略上要能以應(yīng)用實驗導(dǎo)入新課，創(chuàng)設(shè)直觀情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，營造探究學(xué)習(xí)理解的環(huán)境。實驗的趣味性可以使理論性的知識理解變成主動地學(xué)習(xí)思考，引發(fā)學(xué)習(xí)的需求。比如在《光的反射》教學(xué)中，教師在課堂伊始組織學(xué)生用能夠反光的物品將教室外的太陽光反射到教室的黑板上，用低成本、簡單的實驗促進(jìn)物理概念的體會，為光的反射理解提供認(rèn)知基礎(chǔ)，也讓學(xué)生能夠?qū)Ｗ⒌秸n堂的學(xué)習(xí)活動當(dāng)中，可以營造探究學(xué)習(xí)的環(huán)境，保證課堂教學(xué)效果。課堂中新課導(dǎo)入應(yīng)用實驗可以為知識學(xué)習(xí)明確方向，引領(lǐng)自主性的探究分析，形成共同思考探究的教學(xué)環(huán)境。

2.應(yīng)用低成本實驗解釋概念。

對于初中生來說，物理是一門新的學(xué)科，部分學(xué)生在物理概念的理解過程中缺乏主動性，對理論性的內(nèi)容無法做正確的認(rèn)知。對于此教師可以應(yīng)用低成本實驗來解釋概念，增強(qiáng)物理學(xué)習(xí)的趣味性，讓學(xué)生能夠深度理解概念內(nèi)容，完成有效的知識理解。比如在《質(zhì)量》這一課的教學(xué)中，多數(shù)學(xué)生在生活中會接觸到質(zhì)量好與壞的概念，但是對于質(zhì)量缺乏科學(xué)的認(rèn)識，通過不同物體質(zhì)量的實驗?zāi)軌驅(qū)⑽锢淼馁|(zhì)量概念做準(zhǔn)確解釋，可以保證概念的有效理解。而在此過程中，學(xué)生能夠在實驗中感受物理的科學(xué)觀，增強(qiáng)了科學(xué)的生活化認(rèn)識，有助于物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。在用低成本實驗解釋物理概念中，教師要注意學(xué)生實驗中理解的差異性，做好實驗總結(jié)和理論概念討論，保障學(xué)生的認(rèn)知理解效果。

3.應(yīng)用低成本實驗組織探究。

低成本實驗的應(yīng)用需要組織探究活動，保證核心素養(yǎng)培養(yǎng)的效果。只有學(xué)生在實驗中進(jìn)行探究，才能建立科學(xué)思維和實驗探究能力，所以應(yīng)用策略中要將實驗納入到探究教學(xué)當(dāng)中?？梢哉f實驗是核心素養(yǎng)培養(yǎng)極為重要的一環(huán)，需要教師做好設(shè)計。在應(yīng)用策略中，需要將實驗與探究學(xué)習(xí)過程做整合，結(jié)合實際學(xué)習(xí)情況開展低成本實驗，使知識理解能夠通過實驗進(jìn)行論證。比如在《眼睛和眼鏡》教學(xué)中，教師就在眼睛和眼鏡的原理教學(xué)之后，設(shè)計小圓孔觀察實驗，以此讓學(xué)生科學(xué)證明概念。首先在一張紙上挖出一個小孔，其次讓學(xué)生從這個小孔來觀察周圍的物體，通過移動紙張與臉的距離觀察眼鏡的原理，促進(jìn)概念的科學(xué)探究理解。

4.應(yīng)用低成本實驗演繹習(xí)題。

初中物理教學(xué)面臨中考的壓力，在應(yīng)用低成本實驗培養(yǎng)核心素養(yǎng)的策略中，需要把握實驗演繹習(xí)題的優(yōu)勢，讓學(xué)生能夠建立解題思路，可以形成科學(xué)的物理知識體系。在以往的習(xí)題教學(xué)中，物理教師多為解題方法的教學(xué)。學(xué)生在其中缺少自主性的思考，對于題目內(nèi)容和理論知識沒有做深層次的分析，也就造成部分學(xué)生只了解解題方法和答案，并沒有解題思路的發(fā)展，無法支持應(yīng)用中養(yǎng)成核心素養(yǎng)。鑒于此，教師應(yīng)利用好低成本實驗的靈活性，在習(xí)題教學(xué)中用實驗來演繹習(xí)題內(nèi)容，使學(xué)生能夠進(jìn)行題目分析和答案思考，提高習(xí)題教學(xué)的效果，使學(xué)生能夠掌握解題方法，提高物理成績。比如在《二力平衡》的習(xí)題教學(xué)中，可以讓學(xué)生準(zhǔn)備幾條細(xì)繩，將所有細(xì)繩的一端系到一起，以此為物理實驗，之后針對受力的方向和大小做實驗演示，促進(jìn)物體受力平衡地分析，解決相關(guān)習(xí)題的問題，促進(jìn)應(yīng)用思考，培養(yǎng)物理分析能力。

總而言之，初中物理培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的實踐策略中需要重視低成本實驗的開發(fā)與應(yīng)用，使物理知識的理解能夠得到完善，把實驗的操作與觀察變成自主性的行為，實驗的成果和現(xiàn)象變成物理概念，提高物理實驗學(xué)習(xí)理解的深度，保證物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)效果。但是，低成本實驗的開發(fā)要從學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)做設(shè)計，應(yīng)用中要保證概念教學(xué)的效果，做好資源開發(fā)和實驗過程指導(dǎo)，以此確保低成本實驗開發(fā)和應(yīng)用的效益，促進(jìn)初中生在物理知識學(xué)習(xí)中的全面發(fā)展。