基于核心素养培养的物理实验资源开发和应用

□ 江苏省苏州市第三中学校 李 祺

高中物理资源开发和应用研究，为学科教学创造良好环境，为学生学科思维启动带来丰沛动力，教师需要有优化整合意识，研究实验资源储备情况、规划实验资源利用计划、实施实验资源应用策略、延伸实验资源实践维度，为学生学科核心素养培养带来更多便利条件。物理是一门实验性自然学科，学生对物理实验充满期待，教师针对教学实际需要，深入研究实验资源开发和应用，组织学生参与实验资源筹备活动，让学生在实验资源开发利用中建立学科认知基础。

一、实验资源开发路线探究

物理实验需要资源材料的支持，教师对实验材料来源进行科学评估，发动学生参与实验材料的搜集整合活动，能够顺利调动学生实验思维，还能够培养学生良好学习意识和习惯。替代资源、类比资源、主题资源，教师从不同角度出发展开设计，为学生规划清晰操作路线。

1.替代资源搜集

教师组织学生深入生活展开观察和调查活动，寻找一些实验替代材料，能够有效解决实验资源短缺的问题，还可以调动学生学科思维，让学生在实验材料搜集整合过程中建立实验认知。物理实验需要一些精密仪器的应用，这些资源在生活中难以找到。如力学、光学、声学等实验，其替代材料众多，教师组织学生主动寻找这些材料，能够有效培养学生实验认知。

如教学人教版高中物理必修一“实验：探究小车速度随时间变化的规律”，教师利用实验室材料设计实验装置，让学生观看实验操作过程，然后设计探索实验方案，要求学生自行寻找实验材料，在合作基础上设置实验装置，展开实验操作。小车替代材料选择时，学生能够找到木块、塑料块，利用纽扣等制作小车车轮。替代材料随处可寻，教师鼓励学生打开思维，对实验操作程序进行梳理，对实验材料进行整合，为学生提供实验材料寻找方向，让学生自然进入到实验材料搜集活动之中。学生身边有不少材料能够利用，教师要给学生更多操作提示，引导学生自行制作实验材料，确保实验顺利展开。教师演示实验的目的是让学生了解实验程序，分析实验结论，还要鼓励学生自行寻找实验材料，制作一些替代材料或者实验器具，在不同实验中都可以应用。

2.类比资源开发

所谓类比性资源材料，是指特定实验需要的资源，在生活条件下能够找到类似的材料，即便不能完全起到替代的作用，也可以培养学生实验意识和认知。物理实验所用材料众多，教师对实验材料进行综合分析，找出实验材料的共性和个性特点，这样可以矫正生活实验材料寻找方向，顺利找到适合的实验资源。

实验材料选择时，可以进行类比分析，或者进行必要的改进，都可以形成崭新应用契机，教师需要做合理设计。如“自由落体运动”，教师拿出一张纸和一个铁片，在同一高度同时放手，铁片先落地。第二次操作时，将纸片揉成一个纸团，结果情况改变了，纸团和铁片几乎同时落地。学生亲自观察了实验过程，并自行寻找实验材料进行实际操作，对自由落体运动有了全新理解。这个实验所需材料可以随意选择，目的是让学生知道不同材料的自由落体运动存在共性规律，教师做示范操作，为学生提供直观感受的机会。学生利用多种物品进行实验操作，从中感受实验体验，分析实验原理，自然建立实验认知。教师有意识投放实验方案，学生积极响应，利用生活材料展开实验操作，其学习认知内化顺利展开。

3.主题资源整合

普通材料自身带有某些共性特点，能够适合不同的实验，教师围绕实验主题进行设计和调度，让学生先做实验主题研究，然后进行实验材料资源的整合处理，这样能够为学生规划实验资源开发的路线。实验资源材料浩如烟海，如何提升整合品质，教师需要做好前期研究，给学生提供更多学习参考，让学生自觉进入材料整合活动之中，在对比、分析、讨论、筛选、归结中建立实验认知。

物理实验需要材料随处可以找到，甚至利用人体携带的材料都可以参与到实验之中。如教学“摩擦力”，教师要求学生用手掌平放在桌面上，施加一点力，推动手掌，可以感受到摩擦力的存在。摩擦力大小与哪些因素有关联呢？利用哪些材料可以继续实验操作呢？学生开始实践探索，找到一些粗糙的面板，或者用鞋底摩擦地面，光滑的和粗糙的地面，其摩擦力大小可以感觉出来。这些实验没有运用很精妙的物理器材，却可以随时打开实验操作程序，教师适时推出实验方案，为学生规划清晰操作路线，确保实验顺利展开。

二、实验资源运用策略设计

实验资源丰富多样，教师面对更多资源材料，需要对实验方案做优化处理，科学应用这些实验资源材料，深度发掘实验材料应用潜力，不仅能够节省一些实验资源，还可以给学生提供深入研学的机会，让学生在广泛互动中成长实验操作能力。

1.改编实验方案

实验方案设计时，教师有意识考虑实验材料的科学应用，不妨对方案做出一些针对性调整或者修改，让一些材料可以有使用的机会。特别是生活条件下的探索实验、验证实验，需要学生全程参与其中，如果能够合理运用生活材料，势必创造更多学习机会。

教师组织学生展开实验操作时，要充分考虑实验材料的整合和运用，这样才能提升实验效率。如教学“力的合成和分解”这部分内容，教师展示吊灯受到的拉力图片，学生只能观看，不能实际操作和体验，为此，教师做出改变，让学生找到细绳，系在一个小球上，或者其他替代品上，然后比较单根细线和双根细线的拉力情况，两根细线要形成一定夹角，感受到的拉力变化会更显著。这个实验也可以借助水桶来完成，用单根细绳和双根细绳提拉，其拉力大小有显著变化。教师有意识改变设计方案，让实验如期进行，借助生活中的材料，确保实验顺利展开，为学生带来亲身体验的机会，其学习认知顺利构建。

2.优化实验主题

实验有主题设计，确定实验主题，对圈定实验材料有指导作用，教师对实验主题进行优化设计，可以创造更多实验材料应用机会，为更多学生提供实验参与机会。如果教师有意识组织学生展开实验材料搜集整合行动，对这些实验材料进行科学分类，也能够建立科学的实验材料资源库，随时调用相关材料参与物理实验活动。即便不能将这些材料集中存放在一个固定的地方，也可以建立实验材料搜集方案，为后面的实验操作提供借鉴。

教师推出实验方案时，要明确设计意图，理清实验目标，要求学生自然进入到实验环节。如《共点力的平衡》，教师先展示一张图片：这是一个人，倾斜身姿站立，借助一根拐杖保持身体平衡，不妨自行操作，这根拐杖对身体的作用力方向是垂直向上的吗？学生找到可以替代品做成拐杖，开始实际体验，分析拐杖支持方向。经过反复体验，学生给出正确答案：这根拐杖对身体的作用力方向不是竖直向上的。教师随时推出实验内容，要求学生做亲身尝试，体会分析实验原理，促使学生自然建立实验认知。

3.规划实验路线

物理实验程序启动后，教师需要做跟进观察和指导，根据实验材料应用情况做出程序调整，优化实验材料应用方案，都能够创造更多实验材料的应用机会。教师组织学生参与实验程序规划和归结行动，也能够给学生带来一些学习启示，特别是材料应用方案的互动交流，学生有了发言权，能够对实验材料应用进行整体规划，以提升实验材料应用适合性，促进学生实验材料应用意识的培养。

在“实验：探究加速度与力、质量的关系”这个实验中，需要用到小车、砝码、细绳、定滑轮、光滑的木板等材料，教师课前设计实验材料准备任务，要求学生借助生活材料进行适当改进，自行制作小车，根据实验要求装设材料。这个实验操作很简单，关键是实验装设要符合要求，砝码可以用替代材料，小车可以改装，其他环节所用材料都比较好解决，学生进入实验操作环节后，教师跟进指导，确保实验顺利进行。教师设计实验方案，组织学生展开实验操作，分析实验结论，得出实验成果。实验材料随处可见，教师要做好规划设计，让学生自然进入到实验环节，在主动探索中建立实验认知基础。

三、实验资源应用技巧研究

实验资源应用过程中，教师鼓励学生主动献计献策，对实验进行优化应用，创造学习研究机会。如果能够推出一些生活化实验任务，让学生借助身边生活材料进行一些物理实验操作，无疑可以激发学生实验操作热情，教师需要做好科学规划。

1.延伸实验训练

实验训练设计时，教师要注意渗透实验材料应用内容，引导学生借助生活环境展开实验材料整合行动，对这些实验材料进行科学配置，以发挥实验材料的应用作用。学生对生活条件下的实验操作比较有兴趣，教师不妨与学生协商，推出一些生活化实验任务，鼓励学生自行设计、自行操作、自行归结，写出实验操作报告。延伸实验训练设计有多重选择，教师要对实验方案进行创新设计。

教师布设实验方案时，要融入一些实验操作内容，这样可以创造更多实验材料运用机会。如教学“牛顿第二定律”这部分内容，教师设计了弹簧、小球实验操作任务：将弹簧固定在桌面上，小球从高处下落，落在弹簧上，弹簧开始压缩到一定程度，这样可以测量小球的加速度大小，从小球接触到弹簧，到弹簧停止形变，小球接触弹簧达到最低点，其速度先增大后减小。这是一个操作实验，学生找到这些实验材料并不难，在反复操作中探索物理现象，验证牛顿第二定律，可以开启学生实验思维，在主动探索学习中建立实验认知。

2.激发实验思维

启动学生实验思维，这是延伸实验设计的重要目标追求。教师适时推出观察实验、探索实验、验证实验，或者是利用软件设计模拟实验，都能够为学生提供实验操作和思考的机会，特别是模拟实验的设计，可以开阔学生学习视野，如果能够吸纳学生参与意见，借助信息资源展开相关行动，其调动作用更为丰富。学生对物理实验有不同期待，教师掌握学情展开实验训练设计，其适合性会更高。

物理训练需要一些实践操作，教师鼓励学生自制实验装置，利用身边的物品进行实验材料操作，可以调动学生实验思维。如“牛顿运动定律的应用”，教师设计物理实验操作题目，要求学生寻找适合的木板、弹簧、小球，设计一个光滑的斜面，将弹簧固定在斜面上端，小球系在弹簧上，在斜面上装设挡板，当放开小球时，小球滑向挡板，弹簧没有形变……这个实验可以计算出小球从挡板开始运动到小球的速度达到最大，其经历的最短路程，同时可以分析多种物理量。这是一个比较简单的物理实验，所需要的材料可以通过多种渠道获取，也能够将这些材料进行简单加工，确保实验顺利操作。

3.丰富实验活动

实验活动形式丰富多样，教师精选活动形式，能够创造更多实验材料应用机会，也能够启动学生实验思维，形成崭新训练起点。实地观察、生活操作、材料梳理、互动交流、方案改进、软件应用、学习反思、小课题研究等，都与实验学习相对接，教师为学生提供更多实验探索机会，布设更多实验操作任务，成功调动学生学科思维，培养学科核心素养。

如教学“超重和失重”这部分内容时，教师先介绍超重和失重的概念，并利用一些小实验进行直观演示，对超重失重现象做详细分析。在课堂训练设计环节，教师推出一组小实验，让学生自己操作和探究，分析实验现象和实验结果。如：第一个实验，将一些物体叠加放在一起，让其自由下落，这些叠加的物体会分离吗？分析其实验现象。第二个实验，将两本书隔页重合，然后向两侧拉书，会发现什么情况呢？第三个实验，找到一个矿泉水瓶子，在侧面打出小孔，将瓶子灌满水，瓶子上的小孔会喷水，如果瓶口敞开，将瓶子自由下落，这些喷水现象会发生什么样的改变？解读实验现象。这些小实验都是比较简单的，而且实验材料在生活中都可以找到，教师根据学习需要做对应设计，成功激发学生实验兴趣，借助生活材料展开实验操作。

物理实验离不开材料资源的支持，教师科学利用现有实验材料，发动学生参与替代材料的搜集工作，推出一些生活化实验任务，传授一些实验材料应用技巧，都能够为学生带来全新实验体验。物理学科实验对材料要求不是太高，在生活条件下可以找到一些替代材料，教师组织学生进行替代实验材料搜集活动，不仅是可行的，也是必要的，对全面提升学生学科核心素养有积极促进作用。