以核心素养为导向，构建学生物理实验学习新模式

潘有锋

摘要：初中《物理》课程是一门以实验为基础，在教学实践中，构建起行之有效的物理实验课堂教学，对培养学生核心素养具有重要意义。

关键词：实验教学;教学手段;核心素养

中图分类号：A 文献标识码：A

引言

近年来物理实验的教学发展停滞不前，方式陈旧，学生甚至直接观看实验视频写结论。教师应该着手让学生认识物理实验课的重要性，采取创新的教学手段，让学生亲自进行实验，主动解决问题，培养学生的核心素养。

一、物理实验教学遇到的问题及解决思路

近年来，国家在基础教育调配了足够的资源进行改良与发展，逐步发展出一条适合国情的教育道路，在物理教学领域中也是有了长足的发展，引导学生进行自主学习，让学生成为学习的主人，让学生有充分的学习时间掌握基本的物理理念，懂得利用数学工具进行物理问题的解答[1]。

物理实验教学是不同于基本的物理课堂教学，物理实验教学不仅涉及物理概念的理解，还考察了学生的动手操作能力。学生们对于物理的基本概念能够理解清晰，但一到了物理实验操作的环节，优秀的学生一样是无法正确地对实验进行操作，各式各样的问题不断出现。更有甚者，教师为了节省物理实验的时间，教师直接播放实验视频让学生记好笔记，直接参加考试。出现这种问题的根本原因，笔者认为是学校的某部分教师对物理实验的重视程度不足，导致学生的物理实验操作能力培养不足，造成了“高分低能”的学生。

狮山镇教育发展中心对于这个问题也有相关的研究，发展中心的梁刚慧主任对此提出了“学研行”的发展思路[2]。梁主任认为，“学研行”是教育组织工作的一种有机组合。“学”是指學习最先进的教育教学理论和最前沿的思想;“研”是指研究日常教育教学遇到的问题;“行”是指行动研究。梁主任的“学研行”对于笔者的这个课题研究提供了一种新的研究思路，让笔者在接下来的一年中根据这个思路进行研究改进。

在现在物理教学中，培养学生物理核心素养是重中之重，而物理是一门以实验为基础的学科，物理实验对学生核心素养的构建就显得尤为重要。物理的核心素养分别是：一是物理观念;二是科学的思维;三是实验探究能力;四是科学态度与责任。参照初中物理课程标准，笔者计划用物理实验课程让学生通过观察、操作、体验等方式，经理科学探究过程，亲自动手完成实验，认识物理概念和规律，树立正确的学习方法，形成正确的价值观和世界观[3]。

二、物理实验教学的传统模式

实验设备不是造成初中实验教学开展不足的客观原因。 通过调查发现， 真正让一线教师觉得初中物理实验教学开展不充分的原因在于 ：

1、许多教材实验在 实验操作过程中很难成功，导致在课堂上不敢让学生分组实验。并且，能够开展的学生分组实验由于结论较为简单，在实际教学活动时变成了已知 结论的验证性实验，无助于学生深度思维下的思维能力和实践能力建构

2、教材中的实验与现实教学环境脱节，导致活动流于形式。教师因为没有方法开展也就放弃了部分实验。此外，许多教师还觉得实验教学资源十分匮乏，实验教学素材单一，实验的趣味性不足。他们也很少引导学生开展课本家庭实验室里的课后实验。通过对以上现状的调查与分析 ，不难发现目前初中物理实验存在的几个主要问题：

（1）各地教学水平发展不均衡，部分教师因为各种条限制，研究实验教学的积极性不高。还有部分教师目前思想还相对落后，片面追求升学率，只重视考试知识，忽略了实验能力方面的培养。实验课堂流于形式，教学模式单一，教学效果不理想。

（2）教师在演示实验课上，有的时候教具不具有直观性，往往前几排学生能够观察到，后面的学生几乎看不见任何现象。在学生分组实验课上，老师会花一半的时间来讲解实验目的、实验原理、实验步骤等。外加上教师需要总结本堂课内容，故留给学生的时间往往只有十几分钟。有的时候根本不会去思考、去设计。以“ 探究凸透镜成像的规律”一课为例，多数课堂中学生只能在老师的要求下，按照老师所讲的步骤开始 ，得到结论。这种机械式的过程 ，使得学生以为所有实验过程都只是流于形式而已 ， 长此以往，学生的实践能力、创新能力并不会得到培养。这种教学方法与当代关注学生发 的素养观念完全相悖 ，也达不到培养学生科学素养的要求。

（3）实验课程资源与素材不均衡。目前由经济发展的不均衡，导致各地用于实验教学的投资差距很大。有的实验器材无法满足新课标要求。有的地方老师害怕学生损 害实验器材，更别提让学生走进实验室开展研宄和学习了。也有一些优质学校会去优化实验，但是却觉得身边资源与素材太少没有施展的方向。

（4）实验教学评价方式存在问题。以笔者当地为例，初三学生要进行实验操作考试，满分为一百分，题目分值很大，但也仅限于让学生背一些实验现象、实验步骤、实验结论而己，并不是真正的考查学生的探究能力[5]。

传统的物理实验教学模式为教师在课堂上单纯讲解物理实验的步骤。比如在《水的沸腾》实验中，教师在课件中只是简单地介绍了实验的主题，器材，简单的实验步骤，接下来就让学生进行实验，笔者在观察的过程中，发现学生是连沸腾的基本概念都没有弄清楚，做出来的实验也是参差不齐，甚至有些学生连实验步骤都没有熟悉就直接进行实验，实验效果是无法保证的，而且学生对实验基本不熟悉，初三的实验操作考试对于学生是非常有难度的。因此，关于物理实验教学的相关改革势在必行。

三、物理实验教学改革的思路

传统的物理实验教学模式在现在的社会已经逐步不能适应教育教学的发展，现代社会已经是信息时代。因此，物理实验教学也必须作出适应当代社会的改变。

1、利用STEM教育理念技术结合物理实验教学

以“学研行”为背景的物理实验教学，教师根据培养学生物理核心素养为导向，培养学生的物理实验操作能力，加深学生对物理概念的理解提高学生利用物理实验得出的结论去解决实际生活问题，让学生达到学懂会用，学以致用的效果。利用是STEM（科学（Science）、技术（Technology）、工程 （Engineering） 和数学（Mathematics） 四门学科的简称）， 强调多学科的交叉融合更为巩固学生科学的物理观念，通过探究合作学习的方式，提高学生知识迁移的能力，提升学生的物理实验操作能力的核心素养。下面是教师给学生一节《探究水的沸腾》实验的过程：

《探究水的沸腾》教学设计

（1）教学目标

1.知道汽化的种类，沸腾的具体内涵，能够是液体达到沸腾的状态。

2.通过对演示视频的分析讨论，让学生完成《水的沸腾》的实验，了解沸腾的条件以及沸腾过程，了解液体沸腾的实际应用与液体沸腾与气压的关系。

3.初步认识液体沸腾对人类生活的影响，初步建立不同液体之间的沸点差异，认识气体与固体是否具有沸点的问题意识，培养学生探究物理问题的好奇心。

（2）教学重难、点

1.液体的沸腾以及条件，液体沸腾实验。

2.不同液体的沸点差异以及原因，液体沸点与气压的关系。

（3）教学过程

环节一：基础讲授，学生自主学习

[教师]教师根据学生课前预习简单介绍《水的沸腾》实验的原理，器材，注意的事项，实验的步骤，播放相关的实验视频。

[学生]学生观看完视频后，根据实验的步骤认真细致地完成实验，观察实验现象，得出相应的实验结论以及液体沸腾的条件。

环节二：合作探究

[教师]我们生活中会遇到很多的液体沸腾：

第一种情况：现在请同学们5人一个小组，共两个小组。第一组观察当酒精灯火焰慢一些，水的沸腾情况;第二小组观察当酒精灯的火焰猛一些，水的沸腾情况。

第二种情况：另外三个小组，三个小组分别探究酒精，汽油，煤油的沸点。观察三种液体的沸点温度差异。

第三种情况：一小组教学楼顶楼的环境进行实驗，观察水沸腾的温度。

[学生]学生活动：学生分为小组讨论，充分讨论后进行实验。

[教师]教师活动：教师巡视课室，为学生解答实验过程的困难和问题。

环节三：分享交流

[学生]学生活动：第一第二两个小组分别向教师展示了水在酒精灯的火焰猛一些时沸腾时间快一些。

第三第四第五小组分别展示了酒精，汽油，煤油的沸点为78℃，120℃，150℃

第六小组向教师展示了水的温度低于100℃.

[教师]教师活动：针对学生的设计成果给出建议和评价，让学生对实验的设计提出合理化建议，为下一课时做好准备。

环节三：总结强化

学生总结实验中的注意事项，教师可以进行补充，联系生活实际讲述液体沸腾在生活中的应用。

（4）小结

以STEM教学方法为引导，教师将沸腾实验过程中的各种出现的情况与学生进行了探讨，实验过程中将科学，技术，生活经验等多方面的知识有机融合。在这种物理实验教学模式，能够有效地激发学生实验探究的兴趣，培养学生物理概念以及物理实验操作能力的有机结合。发展学生的逻辑思维并改善了学生当前物理教学存在的问题。将STEM教育理念融于物理实验课中，有很大程度上提高了物理教学的趣味性，提高相应的教学效果。

2、利用物理实验课APP优化初中物理实验教学

踏入21世纪，科技让教育理念，教学模式的内容愈加丰富，传统的物理教学模式只限于线下教学，对于学习能力不足的学生来说显然是不足以对物理实验知识的掌握。同时，传统物理实验教学模式内容枯燥单一，学生参与兴致不高，部分学生进入实验甚至不动手进行实验，教学质量与效率不高。

传统物理实验教学模式经过多年的发展，其体系已经相当完备，学生上实验课已经有一个完备的流程。但这会导致学生在进行实验课时对实验只是简单的重复动作，靠着教材提供的参考数据进行推算，机械得出实验结论，学生也无需查阅相关资料，无需对实验过程进行思考。学生受到这种方式的影响，会导致学生的创造性越来越弱。这会导致学生对于实验课的热情越来越低。不利于实验教学的开展。

（1）以核心素养为导向，探究物理实验应用程序对物理实验学习的好处

笔者查阅相关资料，笔者认为，学生应当具有的物理核心素养有：1.物理观念;2.科学思维;3.实验的探究能力;4.科学的态度与责任。当学生使用物理实验应用程序时，根据老师的指引，学生在实验应用程序中需要从生活现象中去探究与并认识物理规律。从而让学生在实际生活中熟悉相应的物理概念，形成初步的科学思维。通过物理实验应用程序的学习和上机操作，对学生的实验操作能力有一个更高的水平提升。同时学生们也可以在物理实验课堂中模拟生活情景，让学生在实验课后懂得使用物理原理去解释生活中的情景，用物理知识去为生活服务，提高学生的科学态度与责任。

（2）物理实验课相关APP程序介绍

在物理实验相关的程序中，物理实验课APP，吃掉物理、NB仿真物理实验室等应用程序是比较热门的物理实验教学的软件。物理实验课APP主要是基于电学实验做基础的，而吃掉物理主要是各个物理实验的演示视频，提供相关的练习供学生进行练习。而NB仿真模拟物理实验室是基于各版本的物理课本的实验进行改编，让学生在任何时间都能进行实验的操作，同时还有“自主实验”环节，让学生进行自主设计实验，增加软件的趣味性和操作性。

（3）物理实验应用程序简介：

1.操作简单，学生在软件的操作中界面清晰，有“经典实验”、“课本实验”、“我的实验”等功能，学生进入后即可进行操作。

2.实验模拟元件丰富，学生可以自由进行试验。“NB仿真物理实验室”向学生提供初中物理所需要的实验器材，学生可以任意选取各种型号的实验器材进行实验，解决了线下实验教学中学生对实验器材了解不全面的问题。

3.提高实验精度，保障实验安全。仿真实验室各种实验仪器更加接近理想状态，减小了器材与读书带来的误差。另外，一些实验具有一定危险性，在没有教师参与的情况下，模拟实验更安全。

（4）线上实验教学的必要性

当今社会教育正面向信息化与现代化，学生在家也能够享受相应的教育资源，尤其现在疫情的背景下，所有教育单位都要准备着线上教学。因此，线上物理实验教育应用程序就显得很有必要了。

3、利用物理实验应用程序进行实验教学[4]

（1）学情分析与教材分析

笔者通过比对，经过考虑后选取八年级物理《阿基米德》原理实验作为研究的内容。这一节课的内容结合学生之前学习浮力的基础知识点，又为后面学习阿基米德数学表达式提供实验的理论支持，因此，《阿基米德》实验起到了承上启下的作用。

（2）教学目标

物理是以实验为基础的科学，初中物理实验教学要以观察、实验为基础，掌握初步的知识和应用，培养学生的学习兴趣和习惯。在这个背景下，笔者《阿基米德》原理的实验设计了以应用程序为主要教学手段的课程，目的是为了在疫情的条件下把实验课程的影响减到最低，使得学生在居住地也能按照物理课程标准的实验要求去进行实验课，提高学生的应变能力与实验操作能力。《阿基米德》原理实验验证设计的教学方案如下：

（3）知识与技能

（1）阿基米德原理的目的、方法和结论;

（2）理解阿基米德原理的内容;

（3）运用物理教学实验软件进行模拟实验操作。

（4）教学重难点

（1）阿基米德实验的操作与结论;

（2）运用软件对阿基米德实验进行操作。

（5）物理实验教学的新思考

笔者疫情环境下对学生的学习作了一番深入的了解，2019年新冠肺炎疫情在中国爆发，在有关部门的指挥下，所有活动必须暂停。教育活动也暂停了线下课程，所有学生必须要在线上进行学习上课。因此，老师在上物理实验课的时候就必须要改变，让各位学物理实验应用程序进行学习，争取取得与线下教学一样的效果。

（6）教学过程

通过电脑软件的配液，让学生了解物理实验转化为实际技术应用，进一步提高学生对科学技术知识和学生将物理实验应用与实际生活相结合的应用化。

1.创设情境，引入新课

教师在PPT的录像上指导将空易拉罐慢慢按入水中，学生在家里跟着老师的步伐进行，教师在电脑上可以进行询问：易拉罐浸入液体的体积越大，手受到易拉罐的浮力越大，同时，指导学生测量易拉罐浸入的体积与排出液体的体积，观察是否相等。

[教师]在PPT上提问：易拉罐浸入液体时，力越大，排开的液体也越多，让学生进行猜想。

[学生]学生回答物体浸入液体的体积，与物体排开液体的体积相等。

[教师]教师打开物理实验应用程序，进入“阿基米德”实验程序。各位学生在各自的电脑上开始进行操作。

2.分析与论证

[教师]教师要指导学生进行软件操作，收集数据，进行数据处理、分析，从而让学生得出结论。同时要让学生小组之间进行讨论交流，分析实验结论的可靠性，在此过程中学会交流、合作。

[学生]得出结论：浸没在液体中的物体受到液体______的浮力，浮力的大小等于______，这就是阿基米德原理，其数学表达式是                       ，这个定律适用于液体和______.

3.深化理解

[教师]为了加深学生对阿基米德原理的理解，我又设计了几个问题：

a物体浸没入水中越深，浮力是否越大？

b漂在液面上的物体受到的浮力可以用阿基米德原理解决吗？[设计意图：这两项内容都可以通过实验解决。从而证明同学们的有些猜想如浮力与浸没的深度、物体的密度是无关的。]

（7）应用程序进行物理实验教学的评价

1.增强学生参与程度

在本实验中，学生可以在网络平台的学习中独立操作实验。在线下教学中，由于实验设备陈旧，实验操作不规范，实验效果往往较差。但是，使用该软件后，学生可以积极参与实验，使学生形成对知识的认知，让学习者充当知识的探索者和发现者，给学生更多的思考时间和空间，完成知识的主动建构。

2.培养了学生的探究能力

学生在应用程序上充分体现了对实验器材的了解以及其使用方法。使学生探究实验的方法更多元化，而且还能让学生随时随地都能进行实验，对于物理实验的复习考试是非常有效的。

3.提高教学效率

利用应用程序进行物理实验教学，可以使物理实验的教学过程更流畅，因为学生不需要对实验器材进行误差的分析，学生进行实验时可以得到精确的数据。因此，该方法从一定程度上提高了教学的效率。

四、课题总结

本文在初中物理实验教学领域中探索了两种当今教育理论比较新颖的实验模式：利用STEM模式进行教学和利用计算机应用程序进行实验教学。两种实验教学模式对当前的教育改革实践都有参考的意义。然而笔者的实践对象只是某市的一所初中学生，加上学生人数约100人，样本数量比较小。而且笔者还有大量的教学工作完成，因此，论文的成果的不足之处在所难免。笔者希望在以后的学习工作中能够进一步多探索更多的物理实验教学模式，丰富物理实验教学得新模式。

参考文献

[1]梁刚慧.学研行，三位一體，点亮狮山教育未来.教育家

[2]罗倩.STEM教育理念下初中物理实验教学初探--以自制简易密度计为例。教育科学论坛2019，第8期.

[3]张富英.初中物理实验教学中培养学生学科核心素养的策略.教育探索.2020，29-30.

[4]王丽婷.基于虚拟仿真的中学电学实验的案例开发.南京师范大学，2020.6.8.

[5]朱杰.新课程背景下初中物理实验的优化与实践.2019.05