课外小组合作实验：培养物理学科素养的有效途径

李芳

[摘   要]在实际教学中，课堂教学已经不能满足培养学生物理学科素养的要求，需要通过课外实验来进一步培养。具体可以从课外小组的建设、加强实验培训指导、提供后援保障、设置合理的实验内容这几个方面展开，并通过案例证实。文章最后对课外小组合作实验提出了思考与展望。

[关键词]课外小组合作;实验;策略;思考

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）05-0049-03

物理是一门以实验为基础的学科，近年来随着课改的深入对学生综合能力的要求越来越高，通过实验探究可以有效提升物理学科素养。课堂实验虽然在一定程度上能提高学生的科学思维和实验探究能力，但它在时间和空间上存在局限性，很难真正达到提升学科素养的要求，越来越多的中外教育专家发现课外实验能有效弥补课堂实验的不足。

一、课外小组合作实验的意义

1.实验时间和空间弹性大，有利于培养学生的物理思维

在课堂教学中，教师通过演示实验、学生实验等方式加强学生对物理概念和规律的理解，并以此培养学生的物理思维。但课堂教学时间有限，大部分学生只能死记硬背教师讲的重难点知识，很难在短时间内弄清弄透这些抽象的物理概念和规律的情况下，更谈不上进行物理思维。而课外小组合作实验，有充裕的时间和空间，让学生主动参与其中。学生通过教师的引导，将课外实验内容与课堂知识相结合，思考这些实验的内在联系，能逐步培养学生的物理思维。

2.实验内容丰富，有利于提升实验探究能力

物理课外实验内容丰富多彩，既可以拓展与课堂相关的实验，例如再现阿基米德原理、纸锅烧水、制作浮沉子、制作简易密度计、组装直流电动机等，也可以探究全新知识，例如探究物体发生全反射的条件。学生通过一段时间的课外小组合作实验，对资料的查找、实验方案的设计、实验器材的选择、实验过程的操作、数据的记录和分析等方面的能力都会有较大的提升。

3.实验分工明确，有利于培养学生的团队协作能力

课外实验不受场地和时间的限制，可以开展一些较复杂的项目，而在完成实验的过程中，需要小组成员之间进行合作交流，在合作过程中可以培养学生的团队协作能力，具体表现为：组长需要进行分工，确定资料收集人员、器材准备人员、实验操作人员、数据记录人员、实验观察人员，并组织组员对实验数据进行分析处理，最终得到结论。在这些活动中，每位成员完成各自的任务，当出现意见分歧时，需要与他人进行交流沟通，将自己的观点表达清楚并能倾听别人的意见。在一次次的实验中，学生的团队协作能力和意识都会有较大的提升。

二、课外小组合作实验的实施策略

1.课外小组的建设

课外实验，有时需要完成较复杂或需要多人合作的项目，需要建立课外小组。课外小组不同于课内小组，不能强迫人人参与，且实验大多数在家里完成，老师和家长不一定能全程陪同，在组合小组成员时，除了考虑家庭住址这一因素外，还应尽可能让学生自由组队，教师协调。一般来说，初二的实验较简单，难度也较低，一组2～3人即可，初三的知识容量和难度都有所增加，对实验的要求也加大了，实验的难度和复杂程度都有所提高，这时小组成员可增加到6人，6人中每人都应有一定的任务，分工明确，组长负责统筹安排。

2.加强实验培训指导

（1）加強教师培训指导

通过课外实验的开展可以将教师原来重考试分数的思想转化为激发学生学习物理的兴趣与提升学生学科素养的思想;通过课外实验的开展可以改变教师原来注重习题教学的旧观念，转化为自觉引导学生开展课外实验的新思想;通过课外实验还可以改变教师原有的教学方式，使教师更注重在课堂教学中培养学生科学实验的思想和动手实验的能力。要让教师更快地转变思想，就需要加强相关知识的学习与训练，一方面教师自身需要主动学习和钻研，另一方面学校也应该提供相应的专题培训、专家讲座、课题探讨等帮助教师快速提升开展课外实验的能力。

（2）加强学生培训指导

学生在开展课外实验活动时，需要物理学科方面的研究方法和技巧，需要知道科学探究的一般过程，也需要有设计实验方案和动手实践等方面的能力。因此教师在平时的教学过程中要渗透相关知识和技能，同时课后应举行专题培训活动。

3.提供后援保障

（1）教师是学生的第一后援团。学生在实验过程中教师应该主动关心学生的实验情况，对实验中遇到的困难，及时指导学生，排解疑惑。

（2）家长是学生的第二后援团。一位优秀的实验设计者擅于利用生活中的瓶瓶罐罐，但有时也需要购买一些半成品，这就需要家长支持，甚至有时还需要家长配合学生完成实验，因此家长的理解和支持是学生能否持续参与课外实验的关键因素之一。

（3）学校是学生的补给站。有些实验器材，学生在家里不一定能找到，在网上也不一定能买到，而实验室中却比较常见或数量较多，这就需要学校同意学生课后到实验室借相关器材进行实验。

4.设置合理的实验内容

初二刚学习物理时，适宜开展一些操作简单、浅显易懂的实验。例如观察固体扩散现象、制作魔术箱、自制测力计、自制指南针、制作水果电池、密度计、针孔照相机等。初二下学期，可以脱离课本，开展较为复杂的实验，例如自制风力发电机、用矿泉水瓶手工制作水位差动力船等，这些实验中，有些原理学生可能还没学过，但可以利用网络查找相关资料信息。

三、课外小组合作实验的实践案例

在学习了气体压强后，为使学生进一步感受气压的巨大威力，笔者布置了一个课后小实验，制作“水火箭”。这个实验笔者只提供一个实验名称，接下来全部由学生独立完成。

1.学习阶段

在得到任务后，各小组利用假期时间制作“水火箭”，有的小组组长到网上搜索了相关资料后，对组员进行“科普”，也有的小组每人回家自己搜集资料，然后讨论下一阶段的任务。不管是哪种方式，学生在搜集、讨论的时候，已经在不知不觉中将学到的物理相关知识都应用起来了，他们在查找资料的过程中，知道了“水火箭”需要巨大的气压来产生动力，也知道了“水火箭”与一般火箭升空原理都是力的相互作用，不同的是动力来源不同，水火箭是靠水的反作用力，而普通火箭是靠气体。通过活动引导，学生对“力的作用是相互的”这句话的理解会更直观，也更深刻。

2.准备材料

此实验材料，有的学生是用家里喝剩的可乐瓶、木塞和打气筒进行实验，也有的学生在网上查到了现成的半成品材料，并得到了家长的支持，在网上购买了相关器材。

3.制作过程

学生利用空饮料瓶，将两个饮料瓶底切掉，用胶带将两瓶底对接，然后对“水火箭”进行外观处理。在制作的过程中，明显感觉到男生的動手能力要强于女生。动手能力要求较高的课外合作实验，几乎都是以男生为主进行实验操作的，这也可以看出男女生在一些领域中确实存在差异，教师在对学生进行总体评价时也需要考虑这些因素。

4.成果展示

“水火箭”发射时需要将适量的水灌入火箭筒里，倒扣在发射架上，一位学生负责打气，另一位学生负责控制发射开关。在发射火箭时，有的小组没有将瓶口完全密封，导致漏水漏气，不能发射;有的小组，打气的学生与发射的学生没有配合好，没能把握好最佳发射时刻;还有的小组发射角度没调整好，发射的火箭，不是不够高，就是不够远（如图1、图2）。学生在欢快的气氛中既动了手，又观察到了现象，并根据现象不断调整自己的操作。在此过程中，学生的观察能力和操作能力都有一定的提升。

5.拓展提升

学生在展示自己的火箭时玩得不亦乐乎。笔者发现，即使同一个火箭，其射程相差也比较大，由此引导学生们继续探究影响火箭射程的因素有哪些。这个探究，在没有任何提示的情况下，对初二学生来说有点难度，但意外的是，很多组都能很好地完成探究任务，有些组还设计了表格（如表1、表2），并得出了结论。尽管学生在探究的过程中出现了一些操作不太严谨等问题，但他们在探究的过程中逐步掌握了科学探究的一般过程，而这些科学探究能力的锻炼是课堂实验无法达到的。

四、思考与展望

1.要切实转变观念，落实物理核心素养

当今世界，国家与国家的竞争归根到底是人才的竞争，而人才的竞争实际上是创新能力的竞争。之前通过刷题的方式来提高学生成绩的方法，已经越来越不适应时代的需求，物理教师必须切实转变观念，在教学中注重实验与创新，这样才能有效培养学生的物理学科素养。

2.要克服实际困难，有效开展实验活动

在开展课外小组合作实验时会遇到各种各样的困难，如家长不理解、器材缺少、实验安全等问题，这需要教师在开展活动前做好充足的准备，多跟家长和学生沟通，得到他们的认同。同时在设计实验时要尽可能预设一些存在的问题并设法解决，做到科学合理且有效地开展实验活动。

3.要加强家校联动，开发综合教育资源

学生的课外实验，离不开学校、家长的支持，需要学校或家庭提供必需的实验环境和条件，如学校实验室的开放，家庭中某些生活用品，甚至需要家长共同参与实验活动。越是多方积极配合，越有利于学生参与课外小组合作实验，就越能培养学生的物理学科素养。

[   参   考   文   献   ]

[1]  周小广.开展综合实践活动 发展学生物理素养[J].中学物理教学参考，2019（8）：11.

[2]  孟富林.开展物理课外实验，提升学生核心素养[J].湖南中学物理，2019（7）：5-6.

[3]  俞春娜.让学生在活动中享受实验：小组合作下的科学课外实验开展的策略初探[J].科学文汇（中旬刊），2016（5）：122-123.

（责任编辑 易志毅）