例谈核心素养理念下中学物理实验创新设计与实践

何临红

【内容摘要】在核心素养理念的引领下，初中物理实验教学更加注重探究性、实践性、思维性。教师要改变“知识本位”的传统实验教学模式，加强实验理论、实验材料、实验过程、实验载体的创新优化，增强物理实验课堂教学张力，促进学生物理综合素养的全面发展。

【关键词】核心素养  中学物理  创新设计  教学实践

物理实验是推动学生多维度能力成长的有效教学途径，对学生科学探究、科学思维、科学态度等物理学科核心素养的塑造都有着重要意义。初中物理教师要加强实验教学资源的开发和利用，以创造性的视角展开物理实验的教学设计，使物理实验教学内容更加贴合学生心理认知特点，满足不同学生独特的物理实验学习需求，促进学生个性化发展。

一、创新实验理念，关注能力生成

初中物理学科的传统教学理念中，更加强调实验相关的物理知识讲解，学生多是处于被动接受的学习地位，亲自参与物理实验的机会有限。教师要充分认识物理实验独特的教学价值，关注学生物理实验能力生成，多创设一些实践性、开放性较强的物理实验学习活动，提高物理实验课堂的自由度，使学生能够充分参与到物理实验学习中，锻炼学生动手能力和实验思维的同时，还能帮助学生获得更加直接、深刻的实验学习体验，引导学生物理知识体系准确建构①。

教师立足学生实验能力基础，对一些学生操作能力范围内的演示实验进行改编，组织学生自主实验或合作实验，提高实验教学的实践性。“通电导线在磁场中的受力”是人教版九年级《电动机》章节的演示实验。从实验操作难度来看，该实验对具备电路实验基础的学生来说，操作难度并不大，而且实验室的实验装置配备齐全，完全具备改编为探究实验的条件。教师在课堂开始时，启发学生回顾有关电流、磁现象、磁场的相关知识，提出探究学习课题，组织学生阅读教材中的实验内容，以小组为单位进行探究实验。从学生实验过程的行为表现来看，虽然各小组会在电路组装、电源选择等方面出现一些问题，但都能通过合作学习进行解决，最终得出准确的实验探究结果。教师根据实验内容特点进行改编设计，使学生的动手能力和探究能力得到了充分锻炼，有利于学生“科学探究”“科学思维”核心素养的养成。

二、创新实验材料，提升参与效度

对于一些操作难度较大、实验器材较为有限的物理实验，并不适合以分组实验的形式进行展开，教师只能采取课堂统一演示的教学方式，一定程度上削弱了学生实验学习的参与效度，限制学生实验学习效果。针对这一问题，教师可以对实验材料加以创新，从日常生活中挖掘实验教学素材，制作一些简单的实验教具，在保证实验准确性的基础上，用自制教具替换物理实验中的部分材料，削弱物理实验的操作难度，从而为学生亲自进行实验操作提供更多机会②。

学生的日常生活中，蕴含着广阔的物理实验教学的创新空间，教师要善用创造性思维，制作一些富有生活气息的物理实验器具。用音叉来验证“声音是由振动产生的”实验课堂中，实验室中音叉器材的数量有限，无法让每个学生都能用音叉进行实验。教师从学生生活入手，搜集了一些发声时振动现象明显的生活物品带到课堂中，为学生提供了玩具小鼓、小铁棒、琴弦、橡皮筋等实验材料，让学生用自己的方法，让这些物品发出声音，根据实验现象，总结这些物品发声时的共同特点。自主实验内容并没有难度可言，学生结合生活经验，很容易就能想出敲击、拨动等不同的方法让物品发声，多组实验材料的选择，也让学生得到了丰富的实验感知体验，学生在分析不同物体发声时的共同特性的过程中，排除了无关因素的实验影响，清晰的认识到发声体的相同点是产生了振动，实现了物理概念的自然生成，也让学生认识到物理知识在生活中的应用价值。

三、创新实验过程，渗透探究活动

无论是验证型实验还是探究型实验，都是为了特定的物理教学目标服务的，教师既要注重实验教学的实践性，确保学生实验课堂的学习体验，还要提高实验过程的思维性，启发学生对实验原理、实验过程、实验结果的深度思考。这要求教师要选择合适的切入点，创新实验教学过程，利用问题驱动、探究情境等多种教学手段，把实验内容相关的探究性学习活动有序渗透到课堂教学中，引发学生的认知冲突，激活学生物理学习思维，提升学生物理实验学习的思维品质③。

教师要为学生物理实验的探究学习设置一定的思维梯度，利用必要的演示实验和语言分析，帮助学生建立基本的理论体系，再适时切入探究学习活动，循序渐进的引导学生展开深度学习。“流体压强与流速的关系”小节教学中，教师在课堂导入环节创设实验教学情境，把一张扑克牌沿长边折叠出90°左右的夹角，放置在桌面上，凹进去的部分朝向桌面。教师向扑克牌下面的空间吹气，可以发现扑克牌非但没有被吹翻，反而更加牢固的停在桌面上。实验演示结果与学生已有生活认知相冲突，学生的求知欲都被调动起来。此时教师再组织学生展开合作探究，用手边的草稿本等材料设计与演示实验相似的实验内容，观察实验现象是否与教师演示的相同，探究其中的物理规律。在问题驱动下，学生积极投入到实验探究学习中，结合自主阅读学习成果，准确建立“流速大的地方，流体压强小”的概念认识，顺利落实物理实验教学的知识目标，培养了学生“科学探究”的核心素养。

四、创新实验载体，拓宽认知视野

教师借助物理实验直观、具体的实验现象，能够引导学生建立实验相关的物理概念、物理规律的表象认知，帮助学生把这些直接感知转化为理性认知。但初中阶段的物理实验中，有部分实验受限于操作难度、时空条件等因素，难以得到清晰可见的实验现象。教师处理这部分实验内容时，可创新物理实验教学载体，利用现代信息技术设备，辅助物理实验的顺利展开，提高物理实验的说服力，拓宽学生物理认知视野。

例如，“光的折射”概念教学时，教师经常用小棒和装水的玻璃瓶进行的演示实验，但由于教室内学生观察视角、观察距离的差异，难以保证每个学生都能直观观察到实验现象。教师借助投影仪设备，放大实验现象，使教室中每个学生都能观察到清晰、明显的实验现象。课堂总结环节中，教师引导学生联系生活实际，想一想生活中还存在哪些“光的折射”的生活现象，发散学生物理学习思维，巩固学生课堂学习内容的认知理解。课堂教学结束后，教师利用网络平台，把有关光的折射原理的实验教学资源发布到学校网站或者班级的微信群中，供感兴趣的学生课下学习，丰富学生物理知识面，加深学生物理知识的理解。通过信息技术教学手段有效应用，把“光的折射”概念教学贯穿于课堂内外，为学生提供了多元化的概念认知素材，拓展了学生对折射现象的认知深度和广度，提高了实验教学的实效性。

教师要转变传统教学理念中过度依赖教材的教学方式，在利用好教材中有效的实验教学资源的基础上，还要积极探索、大胆创新，尝试把更多新颖、高效的物理实验教学模式应用到课堂当中，丰富物理实验教学资源，为学生物理知识生成和物理能力成长搭建多元化的实验学习平台，不断提高学生创造性学习能力，使学生得到全方面、多维度的成长与发展。

【注释】

① 周继升. 让创新思维能力在物理实验教学中萌发[J]. 教育艺术，2018（06）：53-55.

② 官秀平. 初中物理实验教学方法的创新思路分析[J]. 江西教育，2019（08）：77-79.

③ 鄭武官. 指向核心素养的生活化创新物理实验研究[J]. 名师在线，2020（02）：16-18.

【本文为贵州省教育科学规划课题《核心素养理念下中学物理创新实验设计与实践的案例研究——以都匀地区为例》（课题编号：2017B009）研究成果之一。】

（作者单位：贵州省都匀市教育局教育科学研究中心）