基于核心素养引领下初中物理课外创新小实验的实践与研究

课题项目：文章系福清市教育科学研究“十三五”规划2023年度子课题《“四元五环”教学模式引领下初中物理课外创新小实验的实践与研究》（立项号：FQ202）的阶段性研究成果之一。

作者简介：黄丽芳（1976～），女，汉族，福建福清人，福清宏路中学，研究方向：物理实验教学。

摘 要：物理是一门建立在实验上的学科，因此物理实验是物理教学中的关键。课外创新小实验与传统课上实验不同，其要求学生在课下自主完成实验，这为初中物理教学开辟了一条崭新的路径。文章认为，初中物理课外创新小实验对发展学生学科核心素养极有益处，并结合教学实践，分析了课外创新小实验的教育功能、基本原则，总结出了核心素养引领下可优化课外创新小实验实践效果的策略。

关键词：初中物理教学；核心素养；课外创新小实验；实践

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1673-8918（2024）43-0109-04

初中阶段是学生初次系统接触物理知识的关键时期，此时合理设计课外创新小实验，可以使学生在学习与自主探究中，逐渐形成正确的物理实验观念，使学生了解实验在物理学科中的重要地位，并激发学生对物理学科的探究与学习兴趣。因此，物理教学中的课外创新小实验是课上教学的有效辅助，为进一步发挥出其辅助作用教育价值，教师须对课外创新小实验的应用作深度分析，并结合学情，设计科学合理、可行高效的课外创新小实验实施策略，让学生根据个人的学习规律、学习情况自行操作实验，进而提升学科核心素养。

一、 课外创新小实验的教育功能研究

（一）研究方法

物理学科中的课外创新小实验是指在学生已有课上所学的知识与经验基础上，要求学生在课余时间根据教师布置的任务及要求，在生活中寻找简单实验材料、简易实验器材，完成对物理知识的探究、学习，或运用已有物理知识进行发明、创造。物理课外创新小实验取材简单、操作便捷，灵活性较高，学生可在课下根据自己的学习情况自由开展实验。

（二）研究结论

文章使用了文献检索法，于中国知网检索到了42篇以“物理课外小实验为”主题的文献资料，又查阅了几本关于初中物理实验研究方面的专著，从中归纳、总结出了初中物理课外创新实验的教育功能。

研究发现，物理课外小实验既可用于课前的预习环节，又可用于课后的巩固环节。

用于课前预习时，课外创新小实验较高的灵活性、自由度及对探究行为的启发功能，能使学生沉浸于本课新知。学生可以在通过预习了解本课基础知识与概念后，于生活中寻找适宜的材料完成实验。此类实验可以给学生提供真实的学习体验，使学生验证自己的猜想、推理、假设，并于正式参加课堂学习前获得前概念，进而有效提高学习效率。

用于课后巩固时，学生已在课上与教师一同完成了新知学习，并参与了物理知识的探秘过程，对课上所学内容已有了基础认知。此时，教师为学生布置的课外创新小实验是学生在已有经验基础上的进一步探究，也是对课上所学知识的补充、巩固、延伸与创新。学生凭主观意愿自行决定的课外实践与探究活动，促进学生个性化发展与自主学习能力提升。

综上，文章得出以下两点结论。一方面，物理课外小实验能激发学生物理学习的兴趣。此类实验使用常见的生活材料，能让学生看到与传统教学中截然不同的物理学习形式，有利于拉近学生与物理学科间的距离，让物理走出课堂、走进学生生活，给学生带去别样的新奇体验。而且源自生活的、学生相对熟悉的实验材料，能在课下创设出可供学生自主探究的真实情境，让学生更直观地了解物理学科的实用性，并形成正确物理观念。另一方面，物理课外创新小实验在启发学生学科思维、巩固学生学科认知方面有良好功效，能巧妙地联动生活与物理实验，给学生提供在生活中发散思维、亲自动手操作实验的机会。在课外创新小实验中，教育资源呈现多元化形式，教师可有意识地引导学生对不同常见的生活事物进行组装、改装，寻找常规材料的不常规用法，并以此完成物理学科的探究学习。教师还可设计开放性的引导问题，让学生从物理学科的角度，思考生活中的常见事物，实现对学生物理观念的有效培育。而且课外创新小实验作为学生的自主性实验活动，能有效弥补课堂教学的不足，教师可以将课上受时间限制而无法深度探究的活动设置为课外创新实验任务，将课上教学延伸至课下，让学生在实验中获得新体验，加深对知识点的理解，并于实践探究中生成求真务实的学科思维与物理实验意识，提升学生的创新思维与动手实践能力。因此，在初中物理教学中合理利用课外创新小实验，是培养学生物理学科核心素养的有效方法。

二、 核心素养下的初中物理课外创新小实验实施原则

（一）适切性原则

错过最佳时机的课外创新小实验能起到的作用有限，所以在教学时，教师设计的课外创新小实验活动内容应遵循适切性原则，即在恰当的时机提出，使其与物理课上所学知识及内容保持同步。

（二）安全性原则

物理实验往往会使用到电、火、刀具等各种器材，而且课外创新小实验需要学生自行在生活中寻找可用材料、实验工具。如学生选择危险性较高的材料，并在实验操作时不慎失误，便会引发安全事故。因此，教师设计的课外创新小实验活动应在安全范围内，避免学生使用危险物品，若无法规避，则要为学生提供特殊物品做安全防护，说明并开展安全实验指导或安全培训，保障学生安全地完成实验任务。

（三）灵活性原则

实验是物理学科的重要组成部分，在课堂上，教师也会带着学生一起做物理实验，并以实验完成特定物理知识的教学，让学生体验探究物理知识、揭示物理奥秘的过程，以培养学生的物理观念并发展其物理思维。课外创新实验不受常规的固定实验教学模式限制，其灵活性极高，开展形式较多，学生可根据个人喜好，自由选择器材设计实验，并在保障安全的情况下完成实验操作，最终呈现特定的实验结果。整个过程高度灵活，能满足初中生在实验中的创新需求、个性化发展需求。而且课外创新小实验中，除学生独立完成的简单实验以外，还会设计许多需以小组为单位开展的拓展性实验，这类实验难度较高，需要学生发散思维与想象力，大胆假设、勇敢尝试才能完成。

三、 核心素养下的初中物理课外创新小实验实践案例

以沪科版初中物理九年级第十七章《从指南针到磁浮列车》大单元教学为例，本单元涉及的电磁学知识在初中阶段的物理教学中较为浅显，但学生进入高中后这部分知识将成为物理学科的重难点。

（一）实验设计思路

教学中，教师设计了“磁力‘小火车’”课外创新实验，让学生从物理学的角度看待日常生活中常见的电动汽车、火车等玩具，根据本单元学到的知识，对此类电动玩具中的物理原理进行探究，开展创造实验。

考虑到初三学生的动手能力及其现有的物理水平，教师设计的“磁力‘小火车’”实验操作简便，趣味性高，只需简单组装，便能制作好所需器材，且该实验中涉及电学知识与电磁学知识，可以让学生在动手制作自己喜爱玩具的同时，学会其中的物理原理，增加电学、电磁学知识储备。

本实验中，学生需要将制作好的磁力“小火车”放入铜质弹簧内，将其构成闭合回路。此时，在电流通过铜质弹簧后，流经的电流可生成磁场，这一磁场将对“小火车”产生力的作用。因此，该实验的原理是通电导线与磁场中受到的力的作用。本实验的拓展性知识为安培定则即右手螺旋定则，正确使用安培定则，需使用右手握住螺线管（可虚握），四指与螺线管中的电流方向保持一致时，右手拇指指向为螺线管磁场N极方向。

（二）准备实验器材

本实验所需器材如表1所示。

（三）实验装置组装

教师给出演示用微课，要求学生于课后自主观看并学习，按微课中给出的步骤与具体操作完成实验。

在木板中央贴上塑料胶与泡沫胶，制作“木板、塑料胶、泡沫胶、塑料胶”的组合体，确保塑料胶与泡沫胶重叠粘贴于木板中心，且最后一层塑料胶有胶的一面向上。再将铜质弹簧固定在该塑料胶上。之后，在小磁铁的N极上用提前准备好的记号笔做出标记。四只圆形强磁铁需两两成组，构成两组圆面相连的磁铁组。

（四）实验操作与实验现象分析

组装好实验装置后，连接南孚电池与两组磁铁，电子两极要分别与两组磁铁的S极相连，即保障“小火车”两侧都是N极在外的磁铁。

在实验时，将“小火车”自弹簧左侧放入装置（图1）中，“小火车”将快速移动至右侧（图2）。

实验操作至此，要求学生对上述实验现象做深度分析，使用物理课上所学的知识，从科学的角度判断“小火车”的行动原因。

从实验角度而言，“小火车”在装置中受安培力作用，而移动实验中，电池磁铁与铜质弹簧共同构成了通电的闭合回路。通电的铜质弹簧即为安培定则中的螺线管，根据装置中的电池所在位置以及铜质弹簧的线圈绕向，可以判断出目前的电流方向，再使用安培定则即可得出该装置目前处于左侧为N、右侧为S极的磁场中（图3）。通电后，强磁铁内部流经电流，两组磁铁作为通电导体将受到磁场力的作用，因此，火车将在轨道中快速运动。

（五）实验评价

学生在课后自行根据教师给出的微课视频进行实验，实验过程中，部分学生遇到“小火车”运动方向与视频中方向相反、“小火车”不运动等问题。学生在线上学习平台中联系教师，教师发现，实验中，“小火车”运动方向相反，是由于学生将圆形强磁铁装反，两端均为S极在外，而“小火车”不运动，是由于两侧极性相反导致的。

教师帮助学生解决问题后，学生很快便得出实验报告，并于后续到物理课堂中，与教师和其他同学一同分享自己的实验过程、实验体会。

四、 基于实践做出的总结与优化策略

一是要明确课外创新小实验的设计理念，在教学活动中，始终践行以生为本的教育思想，即教师设计的课外创新实验要以学生为主体。教师要以指导者或引路人的身份参与到课外小实验中，给学生提供针对性指导。在适当的时机通过语言或其他引导方式，激发学生参与实验的主动性与积极性，提高学生的实验实践探究能力。

二是要在学生正式开始自主课外实验之前，完成本次实验背景介绍、实验设计大致方案介绍，使学生了解为何要开展本次实验、如何开展本次实验。具体来说，教师应充分考虑到课外创新小实验的生活化特征，立足初中生的生活日常，围绕真实存在于生活中的与物理知识相关的特定情境，设计实验探究的具体问题，再将其作为本次实验探究背景，使用简短语言解释，使学生了解实验主题与实验目的。同时，教师应引导学生思考，使其自主分析完成本次物理实验探究需使用的物理学知识或特定技能，帮助学生巩固或预习新知。在对实验设计大致方案进行介绍时，教师应引导学生再次梳理实验原理，分析本次实验探究的整体流程，帮助学生建立清晰的实验设计思路与设计方案，使学生了解该环节中如何开展实验。

三是要引导学生完成对本次实验探究流程的初步规划，让学生了解完成本次实验应经历的过程。教师还应对高难度操作进行针对性指导，为学生讲解特殊实验器材、实验材料的使用方式；不常见的实验步骤的操作方法；观察实验现象的恰当时机及具体观察方法；实验数据的记录、总结方法等。值得注意的是，教师的指导应把握好度，不可超出规定范畴，要坚持以启发学生思维、保证实验安全为导向，将课外创新实验的主导权交还给学生。

四是教师要在课外创新实验中要开展过程性评价，并在课外创新实验展示活动中做出结果性评价。利用评价判断学生的实验过程是否存在错误操作、实验误差，并在事后做总结性指导。最后，教师要引导学生对本次课外创新实验过程进行总结、归纳，撰写实验过程报告，在报告中说明在本次实验探究中获得了哪些新知识，能从哪些角度、以何种方法改良实验方案，并获得对实验的完整评价。

五、 结论

在初中物理教学中，根据课上所学内容及学生学情设计的课外创新小实验，可有效提高学生的学习水平，促进学生的动手实践能力与创新思维发展，对学生的核心素养培育有益。新课标背景下，教师应基于学生的核心素养发展，以适切性、安全性、灵活性与评价辅助为基本原则，设计并计划实施适宜的课外创新小实验。同时，要明确实验设计理念，坚持以生为本，组织学生自主实验，通过与学生一同规划实验探究流程，给予学生特定指导，并对整个实验学习过程做出客观评价，保障创新实验的有序推进，让学生自主完成实验操作、自行开展实验探究，进而切实提高物理学习成效。

参考文献：

［1］余跃霜.基于“双减”政策下的初中物理课后实验研究［D］.贵阳：贵州师范大学，2023.

［2］李晶晶.基于创客教育理念的初中物理课外实验教学与实践［D］.重庆：西南大学，2021.

［3］冯超.初中物理课外探究实验的实践研究［D］.南充：西华师范大学，2020.

［4］黄家莉.谈初中物理课外小实验的有效开展［J］.青少年日记（教育教学研究），2019（8）：205.