基于实验教学的初中生物理素养提升策略

福建省福州第七中学 阮须芳

物理素养是科学素养在物理课程中的具体表现，是个体在学习、探究、应用物理知识后理解物理学基本原理、概念、物理方法及物理过程，从而形成与物理学科有关的科学精神、科学态度与正确价值观，能够理解物理、社会、技术与人类的相互关系，并科学决策与正确判断的能力与品质。在初中物理教学中，教师可以通过实验培养学生的物理素养。笔者结合教学实践，就如何利用实验教学培养学生物理素养展开如下探究。

一、培养初中生物理素养的重要性

《义务教育物理课程标准（2011年版）》指出，物理课程总目标是让学生学习物理基础知识，养成良好的思维习惯，尝试运用科学研究方法与科学原理做决定或解决问题，在经过科学探究后具备科学探究能力，能够独立思考，具有创新意识，而且在有根据的情况下敢于怀疑，养成大胆想象、尊重事实的科学精神与科学态度等。除此之外，习近平总书记反复强调教育的根本任务是立德树人。所以，不管哪一个学段，还是哪一门学科，教育教学都要坚持以人为本的原则，不能以考试、分数为中心，而是要让学生在理解和掌握物理知识的基础上学会用它们解决实际问题；更要让学生通过物理课程的学习获得良好的学习能力、形成优良的精神品质等，只有这样才能彰显出物理课程的育人价值，推动“立德树人”教育根本任务的落地。在初中物理教学中，教师不能满足于课本知识的讲解，更不能满足于学生对课本知识以及解题技巧的记忆，而是要有意识地培养他们的物理素养。

二、利用实验教学提升初中生物理素养的可行性

物理素养可概括为五个部分：（1）物理学科知识。掌握基本的物理术语与物理学基本规律、概念等知识，了解并掌握科学技术、物理学史等发展历程在环境资源、社会生产生活等方面的应用情况。（2）物理学科能力。参与物理知识探究过程，形成初步的物理学科能力，包括自主学习能力、信息收集与处理能力、实验探究能力、提问能力、观察能力、利用物理术语交流评价以及对社会、技术、科学进行决策与判断的能力等。（3）物理学科思维方法。具备一定的逻辑思维、形象思维，了解并掌握等效替代法、理想模型法、实验推理法、转换法、控制变量法等基础的物理学科研究思维与方法等，能够用这些处理与解决有关问题。（4）物理学科品质。对物理这门学科保持浓厚的学习兴趣，通过学习物理课程形成探索进取、勇于猜想、敢于批判、理性判断等精神品质，同时形成善于合作交流的良好品质与实事求是的科学态度等，具备奉献与创新精神。（5）物理学科意识。通过物理课程的学习塑造正确的价值观、世界观，能够灵活地运用物理知识、规律处理、判断、交流信息，善于发现物理世界的美，形成良好的审美情趣，关注物理技术的发展情况以及它对促进资源、自然、环境、文化、社会等可持续发展的意识等。

作为物理学科的基础，实验占据重要位置。教学结果表明，有效的物理实验教学可以帮助学生理解物理知识并形成深刻的记忆，建立物理概念，还能促进他们的智力发展以及多方面能力的提升。这是一种将理论与实践结合起来的重要方法，有助于培养学生的物理素养。具体来说，实验是物理学科发展的根基，物理课本上的很多概念、公式、定理等都是从实验中产生的，所以对学生进行实验教学从某种程度上说是让物理知识回归本质，使学生知其然且知其所以然，深刻地感受到物理世界的魅力，从而掌握物理学科知识。与此同时，在实验操作过程中，学生难免会遇到问题，这就需要他们思考、讨论、分析、探究等，从而有助于培养学生处理信息、解决问题的能力。在物理实验中，学生需要严谨思考、细致对比、仔细观察，只有这样才能整理并归纳出实验结果，这在无形中培养了他们实事求是的态度与科学严谨的精神等。此外，很多物理实验需要学生合作完成，在合作完成实验的过程中，学生深刻地认识到与他人合作的重要性，而且通过与他人的不断磨合形成良好的团结意识、合作精神等。由此可见，利用物理实验教学培养学生的物理素养具有较强的可行性，两者是相互促进的关系，物理素养为实验教学的开展指出了清晰的方向，而实验教学则助力学生物理素养的形成。

三、现阶段初中物理实验教学存在的问题

（一）学生主体地位未体现

当前初中物理课上，很多教师依然沿袭着传统的“讲解—接受”教学法，按照实验教学目标以及学生的理解能力，将实验过程、结果以及实验现象的原理等直接传授给学生，而学生被动地记忆。众所周知，物理实验具有很强的实践性，其关键是动手操作，这也契合了陶行知先生所说的“教学做合一”理念，目的就是让学生在做的过程中理解理论知识，形成深刻印象，掌握其背后的原理，并以此锻炼他们的实践能力、创新能力等。但现如今，很多教师在物理实验课上专注于理论知识的讲解，以“讲”实验的方式代替“做”实验，学生也以“听”实验的方式代替动手操作。尤其在信息技术被广泛运用到教育领域的今天，或是为了节省时间，或是为了避免学生操作失误，又或者其他原因，部分教师直接用多媒体播放物理实验过程，学生以“看”的形式了解实验，教学本质未发生变化，但学生主体地位没有得到尊重与彰显。

（二）实验过程缺乏探究性

对学生进行实验教学，目的是通过理论联系实践的方式加深学生对物理概念、公式等基础知识的理解，还要通过实验操作锻炼学生的动手能力、解决问题的能力以及思维能力等，尤其是创新思维、探究能力、敢于批判的精神、理性判断能力等，这些都是物理素养的重要组成部分。然而，就当前初中物理实验教学实施情况来看，以演示性实验、验证性实验为主。具体来说，演示性实验即教师在台上或者实验室演示操作，学生在台下观看并根据观察现象记忆。而验证性实验虽然学生有动手操作的机会，但是实验过程、结果等教师已经提供给学生，即学生按照既定的步骤操作实验，最后得到预期结果。这两种类型的实验都违背了物理实验教学的初衷，学生没有真正参与知识建构，不利于他们对实验过程、原理的理解，也不利于物理素养的形成。

（三）忽视学生的全面发展

实验教学作为初中物理教学中的重要组成部分，承载着培养学生物理学科意识、思维方法、精神品质等诸多职责。然而，在当前初中物理实验教学中，教师过于关注实验本身，要求学生记住实验过程、实验现象、实验原理、实验结果等知识，忽视了他们的全面发展。众所周知，学生是教学活动的中心，无论是实验教学还是其他模块的教育，都要坚持以学生为中心的原则，所以这种完全以实验为中心甚至以考试为中心的教育理念与方法不符合要求，学生的学科能力（如处理信息的能力、观察能力）和学科思维方法（如理想模型法、实验推理法、控制变量法等）均未得到培养，这抑制了实验教学价值的发挥，也不利于学生的全面发展。

四、基于实验教学提升初中生物理素养的措施

（一）重视实验讲解，帮助学生夯实基础知识

在物理素养中，物理学科知识是基本的组成部分，基于实验教学提升初中生的物理素养，教师要重视理论知识讲解，帮助学生夯实基础知识，尤其是物理概念与规律等。其中，物理概念主要是指利用逻辑思维方法抽象概括物理事物，是客观事物的本质特征与共同属性在人们头脑中的反映；而物理规律主要是指物理现象与过程中必然会发生、变化与发展的规律，揭露事物本质属性和内在联系。在物理学中，物理规律是运行中心，而物理概念是重要基石，了解并掌握基本物理概念与规律从某种程度上说是学生提升物理素养、学好物理的基础与前提。众所周知，初中阶段的学生认知能力发展迅速，无论是对主观事物还是客观事物，他们都积累了丰富的感性认识，甚至形成了很多前概念，这给学习物理概念与规律提供了充分的准备。然而，初中生年龄小，他们的身心发展具有不成熟、不稳定等特点，很难长时间集中注意力，而且抽象概括能力较低，对事物的观察也不够细致，还容易受到前概念的干扰，所以很难理解物理概念的外延、内涵等，这会抑制他们物理素养的形成与发展。在实验教学中，教师在学生探究问题、动手操作之前加强理论知识的讲解，能够为他们有序、高效地展开实验提供可靠的保障。除此之外，在实验结束后也要带领他们整理和归纳从实验中获取的知识，构建完整的知识体系，为提升学生的物理素养奠定坚实的基础。

以“探究：摩擦力”一课为例，在组织学生开展实验前，教师要利用有关道具，结合生活经验等给学生详细讲解摩擦力概念，如让A、B两个学生上台做实验，A是班上力气最大的学生，B则是班上力气最小的学生，在力气大的A学生那端绳子上涂上润滑油，让两个学生同时抓住一根橡胶材质的绳子进行“拔河”比赛。结合这个实验过程，给学生讲解摩擦力的概念、方向、产生条件等基础知识，为他们接下来探讨“滑动摩擦力与哪些因素有关？”这个问题奠定基础。在结束实验活动后，教师还要系统地分析实验过程中涉及的物理知识，帮助学生形成完整的知识体系，让他们既做好充分的准备，又能在结束后基于深入理解掌握所有知识，这对提升学生物理素养有重要意义。

（二）创设问题情境，有效激发学生探究兴趣

立足实验教学提升学生的物理素养，教师必须改变传统物理课堂的实验教学形式，即演示性实验或验证性实验。这两种实验教学方式虽然能够在一定程度上加深学生对物理基础知识的理解，但是学生并没有真正参与知识构建，主要通过“看”或“记”的方式掌握知识，并没有“思”与“做”，这违背了实验教学的初衷。培养学生的物理素养，除了要让他们在理解的基础上记住物理知识，还要培养他们的探究能力、处理信息的能力、解决问题的能力，以及迎难而上、实事求是的精神品质等。因此，教师在实验教学中应秉持以学生为本的原则设计问题，利用问题驱动学生思考，以培养他们的能力与品质，最大限度挖掘其物理潜能。为了进一步激发学生的探究兴趣，教师尽量不要直接提出问题，而是结合相应的情境呈现，或是用多媒体创设直观情境，或是利用道具创设表演情境，又或者创设故事情境等，然后将问题融入其中，增强实验教学的趣味性，符合初中生的心理特点，促使他们全身心地参与实验活动。

以“科学探究：声音的产生与传播”一课为例，教师在课上可以利用多媒体播放提前准备好的音频文件，有瀑布的声音、夏日的蝉鸣、森林中的鸟语、路上汽车的鸣笛声、工厂的电焊声、钢琴曲片段等。利用多媒体创设的情境给予学生良好的听觉体验，在这个基础上抛出问题：（1）声音是如何产生的？（2）我们人耳是如何听到声音的？（3）声音是如何传到我们耳朵里的？（4）声音传播的快慢与哪些因素有关？以此激发学生的探究兴趣，引起他们的思考。有了兴趣的驱动，学生就会全身心投入实验活动，这为培养他们分析问题的能力、处理信息的能力奠定了牢固的基础。

（三）优化实验设计，持续激活学生物理思维

在以培养学生物理素养为导向的实验教学中，教师除了安排演示性实验、验证性实验，还要多安排一些探究性实验，用问题引导学生，让他们自主思考，真正参与知识探究。小组合作探究是一种有效的教学方法。具体来说，在提出问题后，教师将全班学生分成若干小组，让各小组学生思考、讨论。它的优势在于，初中生由于成长环境、家庭教育、思维方式、兴趣爱好的不同而存在个体差异，所以在小组合作学习过程中，对同一个问题，不同学生可能会产生不同的思路，设计出不同的实验方案，这是重要的生成资源。在小组合作中，不同的观点与思路相互碰撞，学生的视野、思维也会变得更加开阔，尤其是发散思维、批判思维等。此外，这也有助于培养学生实事求是的精神、团结协作的能力等。

以“压力的作用效果”一课为例，对“压强大小与哪些因素有关？”这个问题，笔者让各小组学生思考并交流，大胆阐述自己的想法。各小组展开激烈的讨论，给出了自己的观点。如，有的学生通过“运输车装很多轮子”这一实例猜测压强大小与受力面积有关系，也有的学生通过“减少书包里书本数量会更加舒适”的实例猜测压强大小与压力大小有关系。在激烈的讨论和争辩中，每个学生都在极力地说服同组成员，试图得到他人的认可，最后根据讨论的成果设计实验方案。这样的学习氛围给学生展示自我提供了重要的契机，每个人都能畅所欲言，说出自己的想法与见解，再通过实验结果证实或证伪。这样的实验过程培养了学生解决问题的能力、批判性思维、科学严谨的精神等，促进了他们物理素养的提升。

（四）理论联系实际，培养学生学以致用能力

众所周知，物理主要研究电、磁、力、声、光等领域的物质，而这些在生活中随处可见，与生活有着密不可分的关系。在实验教学中，教师可以抓住这一契机融入与生活有关的知识，即坚持理论联系实际的原则展开实验活动，这对提升学生物理素养有重要意义。一方面，在实验教学中融入生活元素，能够给予学生亲切感、熟悉感，既可以消除他们的畏惧心理，又能充分调动他们的主观能动性。另一方面，生活元素的介入让学生深刻地认识到物理与现实之间的联系，有助于培养他们学以致用的能力。

例如，在“科学探究：牛顿第一定律”一课中，教师可以联系学生日常生活中经常坐公交车的场景创设教学情境：“同学们，公交车是我们生活中的一个重要交通工具，你们有没有发现，当公交车刹车时，车上乘客的身体会如何，前倾？后仰？还是原地不动？而当车子突然启动时，车上的乘客又是前倾？后仰？还是保持原姿势不动呢？”这样的生活场景对初中生来说熟悉而亲切，可以有效唤醒其学习兴趣。在学生理解牛顿第一定律的概念与原理等知识后，教师可以让学生做一个能够用牛顿第一定律解释的物理实验。完成这样的实验需要学生将自己学到的物理知识与实际生活联系起来，这样既可以加深他们对牛顿第一定律的认识，又可以在无形中提升他们学以致用的能力、探究能力、理论联系实际的能力等。如有的学生将一个硬币放在A4纸上，然后迅速抽出纸张，纸上的硬币却没有移动位置；有的学生拍打衣服上的灰尘；有的学生用一个盆装着水然后倒出去等。通过他们的这些实验反馈，笔者清楚地认识到大多数学生都理解并掌握了牛顿第一定律，并且学会用它解释生活现象，这既深化了他们对牛顿第一定律的认识与理解，也培养了学生学以致用的能力。

（五）引导实验反思，提升学生物理综合素质

在传统初中物理实验教学中，很多教师注重操作过程而忽视了活动结束后的反思。实际上，实验后的反思也是至关重要的，它不仅可以培养学生自我反省能力，还能帮助他们有针对性地弥补不足，实现学习效益最优化。例如，在小组合作探究活动结束后，笔者会让各小组派一名代表展示成果，重点阐述实验过程的思路等。接着，让小组代表进行自我反思，说出自身的问题，其他组员则协助补充，同时回答其他小组成员的提问等。然后，让小组之间互相评价，肯定对方的优点，指出不足之处。一方面，引导学生相互借鉴，另一方面，通过实验反思培养学生的信息处理能力、整合能力，使其具备良好的独立意识、问题意识等，促进学生物理素养的提升，充分发挥物理课程的育人价值。

总之，物理实验具有形象性、直观性、真实性、趣味性等特征，是物理教学体系中至关重要的组成部分。在实际生活中，很多教师没有认识到实验教学的价值，将它放置在一个可有可无的位置上，抑制了实验教学功能的发挥。实际上，有效的实验教学不仅可以帮助学生巩固物理知识、锻炼能力，还能提升其精神品质，教师应及时革新教育理念，深入研究物理素养的内涵并优化教学流程，建立科学、完善的物理教学模式，充分发挥物理课程的育人价值，促进学生全面发展。