以核心素养为导向的中学物理探究实验教学改革浅析

王维

【摘 要】2016 年6月3日，世界教育创新峰会（WISE）与北京师范大学中国教育创新研究院在北京师范大学共同发布了《面向未来：21 世纪核心素养教育的全球经验》研究报告。报告中提到全球各国关注的焦点：面向未来，社会到底需要什么样的人？他们应该具备哪些素养？如何培养未来的公民，以使他们能够更好地适应21世纪的生活和工作？现在，当今世界各国教育都在聚焦对于人的核心素养的培养[1]。核心素养是指学生借助学校教育所形成的解决问题的素养与能力。新课程改革呼唤高度重视对学生核心素养的培养，实验探究是中学物理学科核心素养的重要内容，观察是物理实验探究教学的切入点，实验探究是中学物理教学闪光点，思维是中学物理实验探究教学的发散点。

【关键词】中学物理实验探究教学；课程改革；核心素养

一、问题的提出

二十一世纪是“知识社会”的时代，在知识社会里，基础教育最需要培育学生的“创造性”学力，而“创造性”学力的育成不仅仅是靠知识的习得与再现的“记忆型”学力，更要靠能动的“思考型”学力。因此，随着时代的发展许多发达国家的教育目标出现了变革，在学科的知识技能之上，强调了批判性思维、决策能力、问题解决、自我调整等高阶认知能力和沟通、协调等社会技能，以及反省性思维、自律性、协作性、责任感等人格特征与态度。对“核心素养”的研究也就越来越受到各国教育界的高度重视。经济合作与发展组织（OECD）于2005年提出的“核心素养”结构模型，就是希望解决：基础教育培养的学生应具备哪些最核心的知识、能力与情感态度，才能确保学生适应未来的社会，才能在满足个人发展需求的同时去推动社会的进步。

教育部在2014年3月印发的《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》（以下简称《意见》）中首次提出了“核心素养体系”概念，并将这一概念摆在深化基础教育课程改革、落实立德树人目标的基础地位，成为我国新一轮基础教育课程改革的灵魂。

《意见》强调要根据学生的成长规律和社会对人才的需求，把对学生德智体美全面发展总体要求和社会主义核心价值观的有关内容具体化、细化，深入回答“培养什么人、怎样培养人”的问题。因此，本次的中学课程改革就要提出学生发展的核心素养体系，给出“核心素养”的概念界定。明确指出：“学生在接受相应学段的教育过程中，应逐步形成适应个人终身发展与社会发展的人格品质和关键能力”。根据《意见》要求，教育部课程中心组织中学各学科《课程标准》研制组研究制定中学各学科的学业质量标准，明确提出学生在各年级各学科的学习中应达成的核心素养要求。

“核心素养体系”是不同学段育人目标和任务的依据。根据《意见》的要求，在提出“核心素养体系”后，这一体系自然也就成为中学各学科《课程标准》的修订依据，也自然成为中学物理核心素养提出的依据。

二、实验探究能有效促进中学学生科学素养的提升

物理学作为一门基础自然科学，其所有内容都有实验基础、逻辑思维和教学表达这三种要素。物理学主要有四个特点：（1）物理学是一门与生活实践联系密切、应用广泛的基础科学。（2）是一门带有方法论性质的科学。（3）是一门实验科学。（4）是一门严密、定量的精密理论科学。基础教育阶段，物理学是一门生活气息浓厚的学科，较其它学科，它与实验和生活实践联系更为密切，所以探究学习的观念和方法更容易与物理课堂教学相结合，有效推进素质教育。

中学物理学科核心素养包括物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任四个方面，实验探究是中学物理学科核心素养的重要内容，指在教师的引导下，让学生积极主动参与到科学实验探索过程中，教师引导学生模拟科学家分析问题、解决问题的过程，使学生体会到科学家如何面对疑难情境，学会搜集和加工需要的新资料，最终达到问题解决的探究过程，从而获得在真实生活情境中发现问题、分析问题、解决问题的能力的教学活动，最终实现学生的创新精神和实践能力的培养目标以及教师提高教育教学水平和质量。在此阶段的物理教学不仅要注重科学知识的传授和技能的训练，更要注重对学生学习兴趣、探究能力、创新意识以及科学态度、科学精神等方面的培养[2]。

1、中学物理实验探究的教学模式

探究教学基本模式：导入→探究→应用→拓展→总结

由于教学目标、教学内容特点，教学资源条件及学生知识、能力基础等差异，教学模式在具体应用上可呈现出一定的变化，主要是课堂环节的增减和环节顺序的变化。所以中学物理实验探究教学通常按下列模式组织实施：

提出问题→猜想与假设→制定计划与设计实验→进行实验与搜集数据

→分析与论证→评估→合作与交流

2、中学物理实验探究教学策略

（1）观察是物理实验探究教学的切入点。

中学物理实验学习离不开科学探究，而观察是科学探究的一种最基本手段。物理实验探究学习是从发现问题开始的，而问题的发现又源于观察。培养学生的观察能力的首要措施就是教师要适时提出或引导学生自己提出一些有价值、有兴趣的问题，或向学生介绍一些有趣的知识，使学生乐于去观察、去发现问题。

（2）实验探究是中学物理教学的闪光点。

物理教师应按照物理学科特点，以实验为基础，创造条件，使教学活动围绕着实验来进行，并尽可能保留探究的性质，把教学活动变成“模拟的科学发现过程”。经分析发现，教材中的学生实验，有的已为学生做好了设计方案，主要是培养学生的实际动手操作能力和对实验结果的分析能力，有的则只给学生提出了问题，其余部分如制定計划、实施计划、分析结果、得出结论等完全要靠学生自己去独立完成，这对培养学生的综合实践能力很有积极的作用。

（3）思维是中学物理实验探究教学的发散点。

中学生思维发展迅速，主要特点是抽象逻辑思维开始占相对优势，而好奇心和探究求知事物是他们的天性。中学生富于想象力和观察力，常常提出一些新设想、新见解，或乐于尝试一些新方法，在思维方面表现出更多的创造性。而中学物理实验的探究教学，正是要在课堂教学中抓住学生的这些心理特征，使他们的发展思维始终处于活跃状态，学生的思维活跃了，才能掌握知识，发展智力。

（4）中学物理实验探究具有很强的问题性、开放性和探究性。

探究学习中，围绕问题的提出和解决问题，组织学生开展学习活动，是以问题为载体，整个学习活动以问题的发现和解决自成序列。所以，中学物理实验探究教学应具有很强的问题性教学策略。由于要研究的问题来源广泛，所以它是一种开放式的学习，应具有很强的开放性教学策略。教学的本质对学生来说是对未知事物的探究，通过科学探究活动，学生不仅可以学到知识，还可以体验科学探究的过程，加深对知识的体验，从而提高探究能力。所以，中学物理实验探究教学应具有很强的探究性教学策略。

（5）选好探究课题是中学物理实验探究教学的基础。

①根据教学目标选择课题。在探究教学中确定是否用探究教学，哪些内容用探究教学，教师应有明确的目标意识，根据目标的侧重点选择教学方法。一般来说，强调过程与方法目标的内容更应进行探究教学。

②根据学生已有的知识和能力基础确定探究课题。一个有难度但又能让学生获得成功且又足以引发探究的问题才能激发学生的求知欲望，并能就现象发生的原因和方式提出一些相关的问题，也只有适合于学生又有意义的课题才能开展有收获的探究活动。

③充分考虑具体的教学资源条件选择课题。在确定课题时，应充分考虑学生获得信息的可能渠道：图书、资料、网络等。物理中，很多假设需要实验来验证，实验器材，哪怕是自制器材的可能性都应纳入考虑范围，或者提供给学生获得实验器材的可能渠道及线索。

④根据学生的生活、活动经验选择课题。与日常生活密切相关的问题是最能激发学生探究热情的课题，特别是学生在活动中通过观察、思考获得的问题，教师应充分予以重视，并大胆鼓励学生积极探究。同时教师在确定课题时又必须充分考虑学生的生活经验，特别是城、乡学生的生活环境有很大的差異，就是同一区域的不同学生也存在差异，为此，教师应深入调查了解，根据实际情况确定课题。

（6）激发探究热情是中学物理实验探究教学的关键。

探究学习的重要特征之一就是有广泛的参与性，学生有兴趣，求知欲强，都乐于参加。所以创设情景、目标激励、成功体验等是激发研究热情的有效方法。

①创设问题“情景”，要求提出的问题有较强的趣味性与诱导性。一节新课，如何导入是关键。“问题导入法”是教师常用之法，然而探究学习提出的问题，不但要有“思考性、趣味性”，还要有“承上启下”的作用，更重要的是应该能引入研究的契机，引入知识的生长点。

②创设“实验”情景，让学生探究实验奥秘的欲望。研究物理规律，多数是要通过实验来完成的，但教学中必须避免“验证性”实验，因为那样还是将课本知识、结论强加给学生，而不能通过探究使学生自己建构本节课的知识体系。

三、中学物理实验探究的方式

1.演示实验让学生自主设计完成

传统的演示实验教学，只是让学生看教师表演，先是“教师做，学生看”，后是“教师讲，学生听”，缺乏对知识深入引导和研讨，阻碍了学生主动学习和亲自探索知识，如能将一些演示实验进行改进，让学生去自主探索，经过分析、讨论，透过现象看本质，则会从中悟出很多课本上学不到的知识。例如：在研究焦耳定律的演示实验中，我是这样处理的：提前在课前布置预习本节课，以思考题的方式向学生展示本节课的演示实验课题──研究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关，要求学生利用自习课时间，实施以下过程：

1.1自主设计实验方案

设计实验方案关键是让学生考虑好实验原理，怎样将电流通过导体产生的热量变为可以观察比较的对象。学生们充分发挥想象，不同的实验方案达十余种，有的甚至比教材上的方案还简单易行，有的让火柴梗吸收电热升温达到着火点而燃烧，有的让烧瓶里的空气受热膨胀而使玻璃管的红水柱上升，有的让灯丝发热升温而发光……这样表演性演示实验变为开放性研究实验，极大激发了学生学习和研究物理知识的积极性，培养了学生的发散思维和创造性思维能力。

1.2自主选择实验器材

在完成设计后，有的同学到实验室借实验仪器，有的学生找老师帮忙安装实验装置，有的学生自己制作一些小器材，这样变纯观察性实验为创造性操作实验。

1.3自由组合，探索研究

经过交流，有一些同学的实验方案相近似，于是他们就自动组合，在实验过程中，互相交流切磋、沟通、共同研究。在交流中学会团结协作，在互帮互学中，共同提高。

2.学生实验让学生自主探究

如果每次物理实验的实验目的、仪器准备、操作步骤、实验报告全部都由教师预先设计好，学生只进行“按方抓药”、“照图施工”，那么长此以往学生在实验过程中就不再会有浓厚的实验兴趣。因此，教师要适时、适量地改进实验课的教学组织形式，创设一些开放型的探究式实验。当学生已经熟悉实验的流程后，应该尝试让学生适当地亲身经历设计方案，选择仪器，制订步骤，设计表格，收集信息，处理数据，得出结论，实验评价等实验过程中的某个环节，使学生真正进入科学学习的状态和角色。当然在实验中教师应适当地引导和帮助学生树立自主实验的信心，并对他们的实验进行评价，指出学生在实验中操作上或思维上的“闪光点”。对于实验过程中出现的异常现象，要激励学生进一步探索、分析原因，从中有所发现。通过探究式实验，不但能使学生掌握基本仪器的使用方法，基本实验原理及其设计，实验数据的处理方法，能力型实验的研究对策，培养学生实事求是的实验态度，团结协作的能力，敢于怀疑的精神和探索创新的意识等，还能使学生懂得要变换角度、变换问题去认识同一件事，例如：测电阻的实验，可以使用不同器材，不同方法，不同电路，其方法很多，有伏安法、滑安法、滑伏法、替代法、半偏法等，电路也有内、外接法，限流、分压接法等。而共同点都应用了部分或闭合电路的欧姆定律。

3.课外小实验引导学生参与实践

鼓励学生充分利用课余时间做好课外小实验、小制作，调动学生的兴趣和积极性。各种物理实验，从某种意义上说，都是一种特殊的、直观的实践，学生在动手完成各种小实验、小制作过程中，思维异常活跃，学习欲望高涨，参与意识增强，都迫切地希望进一步探索问题。

根据中学物理新课程标准中的部分知识点选作“实验探究”的案例，培养学生终身学习能力，使学生能达到能提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证的初步阶段，为以后评估、交流与合作等更进一步的探究打下基础。

四、结束语

总之，为适应时代和学生终身发展的需要，我们物理教师要努力提高自身素质，对中学物理实验教学进行深入的研究，在实验教学中不断摸索和改进，激发学生探究物理规律的热情，培养学生动手实验的能力。只有这样才能切实提高物理实验教学的效果，才能在物理实验这一广阔的天地，造就出一批具有创新能力和实践能力的高素质人才。

【参考文献】

[1]顾明远.核心素养：课程改革的原动力[J].人民教育，2015（13）：17-18

[2]廖伯琴. 高中物理新课程的反思与课标修订建议[J].基础教育课程，2013（1-2）：50-56