基于物理学科核心素养的实验教学实践研究

任振颖 张东林

摘   要：在物理课堂中，普遍存在看实验、讲实验的现象;对知识的强化记忆，习题训练，使得学生在遇到新情境时显得茫然无措，找不到方法，解决不了问题。为了学生的发展，以培养学生的核心素养为目标是教育改革的必然。义务教育物理课程是一门注重实验的自然科学基础课程，实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标，全面提升学生科学素养的重要途径。对此，在物理课堂实验教学中做了一些初步的探索和尝试。

关键词：实验教学;探索实践;核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）6-0011-5

1    引  言

物理核心素养主要由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成，而“科学思维”是核心素养的灵魂。如何培养和提升学生的物理学科核心素养，发展学生的思维，是每个教师必须关注的问题。通过这几年不断的学习和实践，笔者认为实验教学是物理教学的重要组成部分，是落实物理课程目标，全面提升学生科学素养的重要途径。在教学中我们应该充分挖掘、开发实验课程资源，创造性地开展教学，“真做实验，做真实验”，让学生经历实验探究过程，学习科学知识和科学探究方法，提高分析问题、解决问题的能力。

通过大量听评课后发现，大部分教师在教学中落实核心素养存在“两张皮”的现象，总是紧紧围绕知识点进行教学设计。在物理课堂中看实验，讲实验，把重点放在了让学生如何“记住”，“落实”核心素养变成了反复的习题训练。这样的教学虽是在传授知识，总结解题技巧，但却是对学生思维能力最大的扼杀。其结果是，当学生遇到新情境时，往往显得茫然无措。如何在教学中渗透、落实核心素养仍是难点，过去的教学模式难以改变。笔者认为，在一节课的设计之初就要把培养物理学科核心素养作为物理教学的重要目标，把“以知识为主”转变成“以知识为线索”，通过实验帮助学生建立概念，寻找规律，提高能力，发展思维。并且，要组织部分教师同课共备，从培养学生的核心素养出发去设计教学的各个环节。本文以“焦耳定律”为例，在挖掘实验功能培養学生思维方面做了一些探索和尝试，从以下四个方面谈一谈如何通过实验教学发展学生的核心素养，点亮学生思维的星星之火。

2    有效提升学科核心素养的实验教学实践探索

首先，本节课的设计始终围绕学生，通过实验，学生感受、观察、体验、探究、合作、交流、评估、创新，使其学科核心素养得到发展。

核心目标：促进学生学科核心素养的发展。

授课教师：教学设计—说课—针对设计修改—微格展示—针对具体环节修改—试讲—针对学生反应教学改进—正式讲—反思—整体改进。

共备组成员：课题规划—建立团队—学情调查—教学诊断—研讨规划教学目标—个性化设计教学—试讲—学生调研—研讨教学改进—正式讲—学生调研—主讲教师/听课教师访谈—专家点评—反思—总结交流，所有教师都能有所感悟，共同进步。

2.1    开发实验功能，激发学习热情，发展学科核心素养

教师熟悉三维目标，但是在教学中往往重视“知识与技能”目标，而对“过程与方法”和“情感、态度与价值观”的目标没有落在实处。在一节课的备课环节，可以围绕三维目标落实学科核心素养。要充分挖掘能够培养学生学科核心素养的实验教学资源，力争创造条件为学生的思维发展提供物质基础。从物理核心素养的角度出发，针对学生的实际情况进行的教学设计如图1所示。

在这个教学设计中，充分发挥了实验功能，

展现精彩、有趣的实验现象，为学生思维提供感性认识，激发学生兴趣。分组实验与实验器材设计过程，培养了学生动手实践、思辨、创新的能力。拓展应用，紧密联系学生日常，培养学生分析、解决问题的能力，同时感悟学习物理既有趣又有用。

2.2    利用实验创设情境，构建物理模型，发展抽象思维

初始设计的引课环节，如表1所示。

首先，教师在引课设计上注重创设实验情境，也与后面的内容衔接，但实验器材的出现比较突兀，也忽视了在这一环节实验更多的功能。这个器材的设计本身就是一种模型的利用，可却没有在合适的机会使学生感受模型建立的过程和物理模型在物理学习过程中的重要作用。

物理学中很多概念和规律都是从实际生活中总结、简化、抽象出来的，在课堂上利用实验创设生活中学生熟悉且与物理概念和规律相关的生活情境，学生有目的地审视生活中的情境，在此基础上进一步将生活情境简化、抽象，构建出物理模型，进而逐步建立物理概念和规律。引课环节的改变让学生体会了利用模型可以解释所观察的现象或事实，有利于发现物理现象与物理规律。模型建构是科学思维的要素之一，发展学生模型建构的思维能力是发展学生物理学科核心素养的一个重要方面。

2.3    经历实验器材创建的原始过程，培养学生探索、分析、推理能力

在实验探究环节，学生经过一年半物理的学习，设计实验方案已经不是难点，对于控制变量法，学生已经比较熟练地掌握，能够正确判断自变量、控制变量及因变量。本实验的难点在于学生对“如何观察或测量电流产生热量的多少”的理解，这也是实验探究的关键点，所以把重点和难点落在实验器材的创建过程。在教学中，大多数教师的处理方式都是直接呈现出实验器材，为学生讲解如何使用。这样做的结果是，教师讲得很清楚，学生却很懵懂，对焦耳定律的实验原理仍然不清晰，思维混乱。所以，让学生经历实验器材的创建过程，就可以让学生从旁观者变成探索者，深入了解焦耳定律得出的全过程，而且这个环节也可以很好地发展学生的科学思维：发现问题—展开思维—评估交流—迸发思维—解决问题—提升思维，教师做了如下尝试：（真实课堂情境）

教师提问：如何观察、比较或测量电流产生热量的多少？

生：用温度计测量。

师：如何测？（引导学生观察引课时的实验器材，如图2所示）。

生：直接用温度计接触导体。

生：不可以，温度计在测量温度时液泡要完全浸在被测物体中。

生：把电阻丝缠在液泡上。

生：液泡会不会炸？

生：温度计测的是温度，不是热量。

……

讨论陷入僵局。

教师引导：当我们遇到不容易直接观察或测量的物理量时，可以怎么处理？请大家交流、讨论。

生：转化法，转化成容易直接观察或测量的物理量。

生：第一个转化，把测量电阻丝的Q 转化为测量电阻丝周围空气的Q 。第二个转化， Q=cmΔt，当c、m一定时，Q与Δt成正比，把测量热量转化为测量温度。

教师此时进行激励性评价，肯定学生们的各种提案，此时也是学生思维迸发的高潮，学生畅所欲言，通过讨论相互激发灵感，即启发学生思维的过程。

师：把温度计放在哪儿测好呢？

生：放在导体附近，越近越好。

生：那也不行，有热损耗。

师（启发）：我们转化的关键是什么？

生：Q 要等于Q。

生：把被测量的空气与周围的空气分离开，只测附近的。

生：空气流动性强，散热快。可以把金属丝放在水中，就像热得快，测量电阻丝周围水的温度。

生：再把它们隔绝起来，加保温的东西。

实验器材的模型呼之欲出，如图3所示。至此，学生能够充分明白这个奇怪实验器材的来龙去脉。这个过程虽然耗费时间，但实践发现，这个过程是学生最投入、思维最活跃的过程，参与度很高，点亮了学生的思维。学生对实验也加深了理解，也应该是这节课最有意义的环节。课程标准指出，科学探究旨在让学生经历与科学工作者进行相似的探究过程，主动获取物理知识，领悟科学探究方法，发展科学探究能力，体验科学探究樂趣，养成实事求是的科学态度。

2.4    通过实验评估，培养学生发现问题、思辨、创新能力

本节实验设计，教师通过自制教具，把演示实验改成了分组实验，为学生创造了动手、动脑的机会。在实验过程中学生能关注探究活动中出现的新问题;有吸取经验教训的意识;并有尝试改进探究方案的愿望。学生自动分组讨论，收集并展示实验中发现的问题：

（1）加热空气的实验中，环境温度、温度计玻璃泡与电阻丝距离、电阻丝的疏密程度都可能会影响测量结果。

（2）温度变化慢，加热时间有些长。

（3）如果液体或气体过多时，可能会有温差。

（4）热损失的问题。

（5）实验数据不好，误差较大。

基于实验过程中发现的问题和实验数据分析，尝试解决两个问题：一是对实验装置的改进;二是对实验设计环节的改进。

（1）实验中不能用手触碰容器。

（2）可以给瓶子弄个隔热层。

（3）尽量减少被测气体或液体，可换小瓶子。

（4）瓶子温度较低及瓶口封的不严，可以用科学课的胶枪封住瓶口。

（5）读数时尽量做到同时。

（6）更换测量液体反复实验，改变热量多少的呈现方式（有学生提到杯子遇到热水变色）。

课后，教师带领科学活动小组学生落实改进措施，进行了大量实验，改进后，数据图像对比如图4所示。

在实验不断改进的过程中，学生既能体验科学探究过程的艰辛，也能体会到成功的喜悦。在评估环节中，可能很多学生的想法不着边际，但什么能比学生大胆质疑，不断创新，进而提出创造性见解更可贵的。学生们能想、敢想，积极参与，充满学习热情就是最大的收获。同时，在这个过程中教师应该用激励性评价，即激发学生的探索热情，使学生围绕所需完成的任务不断思考、探索、实验、改进、创新，形成一股持续的钻研精神——正是这节课的可贵之处。

3    结  语

通过这节课的实践，深刻体会到，教师应该逐步实现从“教物理”向“教探索”转变，最终实现“支持孩子们自己去探索”。要想让学生动起来，首先教师要动起来;要想让学生创新，首先教师要创新。只要走在教育改革的路上，就应该不断地进行探索和实践。

参考文献：

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（栏目编辑    赵保钢）