初中物理探究实验中发展学生学科核心素养

摘 要：初中物理探究实验中发展学生学科核心素养就是通过对初中物理探究实验过程中几个环节的分析，挖掘学生物理学科核心素养，培养学生观察、分析、实验、概括等能力，使学生的合作学习、实事求是和严谨的科学态度等学科素养进一步提升.

关键词：初中物理;核心素养;实验探究

文章编号：1008-4134（2020）02-0020 中图分类号：G633.7 文献标识码：B

作者简介：张军民（1968- ），男，江苏宿迁人，本科，中学高级教师，研究方向：初高中物理教学方法研究.

物理学科核心素养，是指学生在接受教育的过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格、价值观念和关键能力，是学生通过物理学习而内化的带有物理学科特征的品质.学生经历初中物理教育，应该具备良好的思维品质，掌握科学探究的基本方法，形成正确的物理观念和科学态度.

实验探究是在问题驱动下进行的研究活动.一般包括提出问题、形成猜想或假设、设计实验与制订方案、进行实验操作、获取和处理信息并基于证据得出结论、做出解释等环节.实验与探究既是认识物理问题的科学手段与过程，同时也是学生在学习物理过程中应当习得的能力，包括提出问题与猜想、设计与操作以及证据与论证等能力.

如何在初中物理探究实验过程中发展学生物理学科核心素养，则是初中物理教师在新时代背景下必須研究的课题，也是初中物理探究实验过程中必须解决的问题.

1 探究实验过程中物理学科核心素养的培养需要引导学生合理提出探究问题

物理学家爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更为重要，因为解决问题也许是数学上的或是实验上的技能而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要创造性的想象力;而且标志着科学的真正进步.”在初中物理探究实验中，思维的发生，始于探究问题的提出，如何提出探究问题？教师在课前要做足功课，在课堂上要创设物理情境，让学生感受生活化的物理，并让学生处于注意力最集中、思维处于最积极状态，这样，学生才能根据情境提出问题，并积极主动地进行科学探究.

1.1 通过观察自然现象，提出探究问题

自然界中许多现象都是与物理知识息息相关的，这些自然现象在日常生活中经常呈现在学生面前.如果教师能积极地引导学生主动地去观察，引起学生的兴趣，就能激发学生的问题意识和求知的欲望.例如，在讲授“密度”概念时，由于密度概念比较抽象，对于初中学生来说也比较陌生，教师可以通过创设问题情境的方式，激发学生视野聚焦、心生疑惑、主动探究.日常生活中常说，铁块比塑料块重，是什么意思呢？通过这个自然现象，这个问题创设情境是：你能区分表面被涂成相同颜色的铁块和塑料块吗？学生经过分析、提练能主动提出自己的疑惑“物体的形状相同，表面被涂成相同颜色，如何区别两种物质？”然后，学生会根据已有的知识对该问题进行分析探索，进而解决问题.学生在解决问题的过程中，对于密度概念的掌握、理解和运用，自然就水道渠成.

1.2 通过教师演示实验，提出探究问题

教师也可以通过演示实验来提出问题，引导学生对物理现象进行详细、持续的观察，以此作为提出问题的事实前提和客观依据.教师在做演示实验的过程中，引导学生对一些要点进行细致的观察、并针对实验现象提出有层次的问题，通过层层质疑，引导学生积极思考、主动探索.例如，在探究光的色散时，教师通过在操场上利用喷雾器喷出的水雾让学生在阳光下观察现象（如图1所示），学生通过观察到彩虹现象，进而激发学习兴趣.在学生注意力还没有消退之前，教师再通过课件播放多幅光现象图片，让学生观察，针对演示实验现象，学生很快就能提出下列问题：图片中的光来源于哪里？光源都是天然的吗？常见的太阳光只是一种白色光，还是由几种颜色复合而成的？为什么只有一种颜色的光在阳光下会出现这么多彩的世界？

1.3 通过学生分组实验，提出探究问题

实验在引导学生质疑、提问方面有着十分重要的作用.在物理教学过程中，教师可以设计一些趣味的分组实验，引导学生通过对实验现象的观察和比较，自然地发现并提出科学探究问题.例如，在进行“汽化”内容教学时，可通过对比观察引导学生提出科学问题.首先，要引导学生将酒精棉球包裹在两支温度计的玻璃泡上，观察温度计示数的变化;接着，再引导学生将两个酒精棉球分别包裹在两支温度计的玻璃泡上，并用扇子对其中一个酒精棉扇风，同时观察两支温度计示数变化情况.教师启发学生：“实验过程中，同学们观察什么现象？通过这些现象可以提出哪些探究问题？”

2 探究实验过程中物理学科核心素养的培养需要引导学生大胆猜想

猜想是对研究对象或问题的分析、观察、类比、实验、归纳等，它是根据现有的材料和知识，找出一种对经验和事实的合理猜测想象的思维方式.猜想是一种合理的推断，是一个综合性较强的认识过程并具有一定的直觉性.猜想是初中物理探究实验教学中的一个重要环节，是学生思维较活跃的阶段.没有猜想，探究就成为无源之水，猜想决定了科学探究的方向，科学合理的猜想能使探究活动有计划、有目的、有步骤地展开，确保探究实验有序地进行.

2.1 通过日常生活经验，提出合理猜想

猜想不是凭空瞎想，而是建立在丰富的生活和知识经验的基础上，经验越丰富，猜想就越趋于合理.课堂上，要鼓励学生多观察、多体验、多思考，积累丰富的生活经验和扎实的基础知识，以便在探究实验环节中进行有效、合理的猜想.在“探究蒸发快慢的影响因素”的实验中，教师可以引导学生结合晾衣服的经验做出合理的猜想（如图2所示），学生很自然地根据晾衣服的习惯猜想影响蒸发快慢可能与液体的温度、液体表面积、液体表面上空气流动快慢这三点有关.

2.2 通过直觉感悟，提出合理猜想

直觉是指不受某种固定的逻辑规则约束，直接领悟事物本质的一种思维形式.直觉有迅捷性、直接性、本能意识等特征.它作为一种心理现象贯穿于日常生活之中，也贯穿于科学研究之中.在探究牛顿第一定律时，师生一起做小车从斜面下滑到平面上的实验，学生观察到三种不同情况（如图3所示），发现平面越光滑，小车就运动得更远，学生凭直觉感悟到：如果平面非常光滑，则小车就会运动得更远.由以上直觉便可建立猜想：物体在不受外力作用时，总沿原来的方向、速度不变地永远运动下去.这种方式不仅能培养学生的推断、假设能力，同时也能培养学生的观察、分析和综合等思维能力.

2.3 通过对比和观察，提出合理猜想

初中物理教学中，教师可以鼓励学生通过对比和观察，聚焦实验结果差异性要素，自然地作出猜想.例如，影响电路中电流大小的因素可能有哪些？导致力使物体形变效果的因素可能有哪些？影响电磁铁磁性强弱的因素可能有哪些？影响滑动摩擦力的因素有哪些？等等，对于此类任务，教学过程中，教师可以鼓励学生在对比和观察的基础上，提出合理的猜想.

3 探究实验过程中物理学科核心素养的培养需要引导学生设计实验并制订计划

实验设计具有很强的逻辑性、综合性和创造性，需要学生综合运用已有的知识、经验，创造性地构思、设计实验开展的途径和方法.由于实验具有很强的灵活性与开放性，对于要解决的问题，根据不同的实验条件，可以设计不同的方案;即使是相同的实验条件，也可以进行不同的设计.可见，通过实验方案的设计，能够提高学生解决问题的能力和创造能力.

3.1 根据实验目的，明确实验原理

初中物理探究实验的方案制定，首先明确探究实验的目的，究竟是探究什么事实或规律、要解决什么样的问题，探究目的源自探究问题，探究计划的具体任务或实验方案的具体要求源自基于问题的猜想.制定探究实验的方案，本质上就是从操作的角度，将猜想具体化、程序化.在制定探究实验方案的过程中，会出现多种探究方法和路径，需要根据探究需求和现有条件，经比较、选择、合并、优化形成最终的探究实验方案.

3.2 根据实验需要，选择适当的器材

不同的实验，需要的实验器材不同，选择实验器材时，需要考虑多方面的因素：实验步骤、器材安全、减小误差、方便操作等.教师可以鼓励学生在制定探究计划时，要考虑需要哪些实验器材，根据以上因素等方面来考虑器材的规格等问题，合理选择实验器材的意识，逐步地提高选择实验器材的能力.同时，还应该提倡实验中多采用日常生活常见的器具来进行实验，这有利于学生产生对实验探究的亲近感以及发展学生在实验器材选择方面的创造力.

3.3 根据实验特点，选择合适的实验方法

探究实验的设计过程中，还要考虑实验方法的选择，在初中物理探究实验过程中，常见的实验方法有：控制变量法、比较法、转换法、放大法…….其中转换法，学生相对掌握难度较大.在初中物理实验中，一些物理量，如果直接测量会存在这样或那样的困难，转换法就可以很好地解决这类问题，例如：在测量影响动能大小因素时（如图4所示），把它转换成测量木块在水平方向移动的距离大小.

3.4 根据实验要求，设计规范表格

初中物理有很多探究实验需要通过多个仪器测量不同维度的数据，为了减小误差或发现内在规律，需要进行多次测量.这就要求，探究实验的实验数据不是一个、两个简单数据，而是多组数据.在这种情况下，使用表格記录实验数据就是一种比较好的形式.

4 探究实验过程中物理学科核心素养的培养需要引导学生操作实验并获得相关数据

实验操作是一种手脑并用的活动，学生在动手的同时必然要动脑.手脑并用就会使大脑里最特殊的、最积极的、富有创造性的区域积极活动起来，学生的思维能力将得到迅速发展.

4.1 根据不同器材要求，规范操作

不同的实验需要不同的实验器材，在理解仪器工作条件和操作要求的前提下，应该按照要求正确地操作仪器，把基本规范落实到实验操作中去.教师要培养学生使用基本仪器的技能和规范，要将仪器的使用方法与观察理解仪器的原理结合起来，使学生有利巩固实验方面的知识，也可以理解为什么要这样使用仪器，这样，学生操作起来才会更加自觉、主动.如：在用温度计测量容器中的水温时，应该将温度计的玻璃泡完全浸没在水中，避免玻璃泡与容器底或器壁接触;连接电路时，应先接线路，后接电源，拆卸电路时，应先断电源、后拆线路等.

4.2 根据实验异常，排除故障

在操作实验过程中，往往由于各种原因，实验过程中难免出现这样或那样的问题，教师应鼓励学生运用所学的知识对实验过程中出现的问题进行分析，并及时排除故障，提高学生解决实际问题的能力.如：在测量小灯泡电功率实验过程中，就需要根据电路故障的不同现象表现，分析电路问题并进行排除.如果电压表示数为零，电流有示数;往往可能是灯泡短路;如果电压表有示数，电流表示数为零，可能是灯泡断路等.

4.3 准确读数，正确记录数据

在实验过程中，除了能够正确地动手操作实验仪器外，还需要正确地观察、读取仪器示数，不同的测量工作，读数方法也有区别.如：测量长度时，不同最小分度的刻度尺，在记录数据时，估读也是不一样的.

5 探究实验过程中物理学科核心素养的培养需要引导学生根据实验现象、数据得出结论

实验数据不是探究结论，实验现象、数据是对实验事实的客观记录，探究结论是在实验现象、数据的基础上，通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律.学生需要整理现象、信息、数据，形成证据，并对证据进行分析，应用科学的思维和方法，通过分析和归纳，找出规律，进而得出实验结论.

5.1 根据实验数据，进行规律归纳

在经历了对实验数据的准确记录、比较和对可能的因果关系进行分析之后，离科学探究的结果仅有一步之遥，也就是归纳出科学规律.为此，就要寻找数据之间相互关系的特征，这些特征通常表现为相等、之和、之差、乘积以及比值等数学关系.师生在分析归纳时，就要通过对这些数据进行比较，归纳得出实验结论.如：串联电路中的电流处处相等，只要通过实验数据进行简单分析比较就容易得出结论.又如：在杠杆平衡条件实验中，需要将有关数据的乘积进行比较，就能发现和归纳出它们的规律.启发学生自己发现这些数据之间规律的过程，是发展学生创造性思维的过程.

5.2 对实验现象，做出合理解释

物理结论得出后，还要对实验现象做出科学合理的解释.如果得到的结论不能解释与之相关的物理现象，表明得到的物理结论缺乏适用性、缺失准确性，也意味着得到的结论存在片面性;如果得到的结论能很好地解释相关的物理现象，表明它既能体现规律本身的解释性功能，也能帮助学生在学以致用的过程中深化理解能力、提升知识的应用水平.如：在探究凸透镜成像活动后，得到相关的成像特点，就能解释一系列相关物理现象：为什么使用放大镜时总要手持放大镜靠近被观察物体;为什么要调大投影仪在幕布上的像时要搬动投影仪使之远离幕布……

综上分析，探究实验过程中物理学科核心素养的培养要注重对学生的基础知识、技能、态度、动手、分析以及概括等能力的培养，通过实验探究，使学生的自主发展、探索实验的素养进一步提升;通过实验探究，培養学生合作学习、实事求是和严谨的科学态度素养.我们相信，在探究实验过程中注重对探究过程各个环节的训练，学生的物理学科素养，尤其是实验探究素养将得到进一步的提升.

参考文献：

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（收稿日期：2019-09-26）