核心素养视阈下的创新物理实验教学

张玲芳

(江苏省常熟市中学 215500)

一、物理实验是培养物理核心素养的有效途径

1.物理核心素养内容

所谓物理核心素养，是指学生在接受物理教育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和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，主要由“物理观念”、“科学思维”、“实验探究”和“科学态度与责任”等四个方面的要素构成.

2.物理实验与核心素养的关系

物理作为一门实验学科，实验是物理教学的基础、是物理课程的重要内容、是物理教学的重要方法和手段.中学生有着强烈的好奇心和求知欲，而物理实验具有真实、直观、形象和生动的特点，最能激发学生的兴趣，引发学生的思考.学生观察老师做实验，会产生自己动手的欲望；生活中看到物理现象，会产生探其究竟、发现现象背后规律的求知欲望.

物理实验实质上是一个观察、操作和思维互为影响的活动过程.学生在教师的引导下积极主动参与到实验探究过程中，他们模拟科学家分析问题、解决问题，在此过程中能体会到如何面对疑难情境、学会搜集和加工需要的新资料，最终达到问题解决、获得理性认识的探究过程.这样的方式在潜移默化中培养了学生们在真实生活情境中发现问题、分析问题、解决问题的能力.科学完整的物理实验过程，包含并体现了物理观念、科学思维、实验探究以及科学态度与责任等要素，是培养物理核心素养的有效途径.特别是创新性的实验操作活动，除了可以提升实验演示效果，还可以针对性的提高学生的观察、思考、操作等应用能力，从而更有效地挖掘物理实验对培养物理核心素养的促进作用.

二、核心素养视阈下的物理创新实验设计

1.开发引入性实验，创设真实情境，为开展实验探究迈出第一步

真实的生活情景是学生核心素养培育的途径和方法，是核心素养实现的现实基础.创设情境的实质在于唤起认知思维、激发内驱力，使学生进入探索者的角色，参与到学习活动之中.作为一堂物理课的开端，引入性实验要能抓住学生的眼球、制造一定的悬念、充分引发学生的思考，使他们能够轻松进入课堂的学习状态.实验场景和实验器材要源于生活，用身边随处可见的物品来展示物理现象，学生们就更容易产生代入感.下面以互感的学习为例，介绍一种实验引入案例：

图1中有两个线圈，右边的线圈和手机相连(回路中有电源)，左边的线圈接到扬声器上(回路中没有电源)，当老师打开右边的手机播放音乐时，左边的扬声器中会有音乐响起.在仔细观察实验后，教师引导学生思考：左边的回路中没有电源，怎么会有电流产生？

引入性实验一方面要求学生观察实验时要敏锐、专注，能准确捕捉并处理关键信息，培养学生的实验观察能力，更重要的是，实验也鼓励了学生在学习和日常生活中发现并提出问题，迈出实验探究的第一步.

2.优化经典演示实验，围绕核心问题展开实验探究，形成科学思维.

物理核心素养中的实验探究，是指提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并作出解释的过程.现行物理教材中列举了很多经典物理实验方案，但有个别实验方案受教学条件限制，演示效果不明显、学生参与度不够、数据处理不便，这就需要我们改进或者优化实验方案.

例如在《电容器的电容》这一节中，书本“做一做”推荐的实验方案是，先给电容器充好电，然后用DIS采集电容器放电电流随时间变化的图线，再根据图线和时间轴包围的面积来计算电荷量，多次实验研究Q和U的比值.这种方法是很好的现代化研究手段，但在实验操作和实验数据处理过程中，学生只是作为“观众”而没能有参与进来.针对这个问题，笔者用晶体管自制了恒流源装置(图2)，用恒定电流给电容器充电(图3)，用学生熟悉的电压表、电流表和秒表直接记录电流、电压和时间，根据Q=I×t一举解决电荷量计算的难点.实验设计浅显易懂、操作性强、学生一起参与数据处理，最后得出Q/U是一个常量这一重要结论.

通过改良教材实验，学生可以有针对性地开展实验探究，亲历实验过程也加深了学生对电容这一物理量的理解，在实验教学过程中形成科学思维.另外，适当的让学生参与对教材内容的创新和完善，有助于激发学生创造热情，培养他们不迷信权威、实事求是的科学态度.

3.开展研究性实验，纠正错误的前认识，形成科学的物理观念，培养学生的科学态度和社会责任感.

物理观念是指从物理学视角出发，对物质、运动与相互作用、能量等客观物理现象和过程形成的基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华.在当前的物理教学中，往往是教师在课堂上演示验证性实验而得出结论或定律，学生对知识的信任度和理解力较低.事实上，教师可以在教授部分新课时采用研究性实验模式：在学生获取相关理论和概念之前，组织学生用实验的方式对关键问题进行探索，协助其研究、总结问题，进而引出教学知识点.

例如，在学习《牛顿第一定律》前，大部分学生对运动的看法还是停留在亚里士多德的结论：拉力减小，运动就减弱，即力是维持物体运动的原因.为了转变这一错误的观念，新课前可以让学生探究这样的问题：当拉力减小时，物体的速度会如何变化？可供选择的器材有：轨道，小车，打点计时器，钩码，细线，橡皮筋，钥匙链条等，学生们会根据提供的实验器材来验证自己的猜想，图(4)是学生可能会采用的实验设计方案.

德国著名物理学家纳曲替高曾说过：“对于前科学概念不能只去破坏它，或像垃圾似的丢掉它，而是应当通过有效的教学活动，把错误的前科学概念转变为正确的科学概念.”所以想要转变这种错误观点，最好的方法就是用实验对学生进行概念转变.这样的实验现象清晰、结论明确，在分析反思阶段，学生能从事实证据和科学推理两方面一起推翻错误的前认识，建立科学正确的运动观，使学生对牛顿第一定律的理解更为深刻.更重要的是，这类实验对非智力因素的培养更有着显著的作用，推翻公元前三百多年伟大的科学家的结论，对培养学生批判性思维、坚持实事求是的科学态度和观念也有很大的促进作用，更有助于学生产生热爱科学、尊重科学规律、勇于克服困难、想要进行科学探索的情感.

4.组织设计性实验，创新思考，提升学生的物理核心素养

教师应该将物理教学和日常生活相结合，围绕教学知识点引导学生利用生活中的小工具，自主构思设计实验，通过组织设计性实验来培养学生全面、系统、科学的思维能力.比如学习了胡克定律后，让学生来设计弹簧秤或者拉力器；比如学习了楞次定律后，让学生们来设计“跟屁虫”之类的小玩具；再比如学习了电磁感应后，组织学生设计创新性的小实验-地板发电器，让人通过走路来发电，把人运动的能量转化为电能存储起来，把这样的发电器安装在地铁站、超市或人潮拥挤的地方，使人来人往也能变成一种清洁能源.

通过类似的设计性实验，让学生们从生活走向物理，又把物理回归应用于生活，在此过程中培养了学生全面思考的能力、实证意识和严谨的求知态度，对学生们树立用系统科学的思维方式认识事物、解决问题、指导行为有很大帮助.

耳闻易忘、目睹为实、躬亲则明.通过创设情境、改良教具、优化设计这些实验创新手段，可以有效提高物理学习的趣味性和代入感，引导学生更多的参与物理知识点的探究过程，变被动接受为主动获取，获得完整的心理体验，加深对所学知识的信任度和理解力.同时，也有利于培养学生科学的观察习惯、审慎的思维模式、正确的操作方法和实事求是的科学态度，在潜移默化中强化物理核心素养的形成，使其掌握研究问题和解决问题的有效方法，真正做到“授之以渔”.