利用课外实验提高学生的科学素养

福建省同安第一中学 苏享銧

物理是一门以实验为基础的学科，教师可以利用课外实验培养学生科学探究核心素养。

一、通过课外实验提高学生物理核心素养的必要性

物理核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四方面。科学探究是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并做出解释以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。

物理是一门以实验为基础的学科，物理教学同样离不开实验教学。实验教学又包括课堂演示实验、课堂学生分组实验和课外实验三种。课堂演示实验由教师演示、解说、学生观察来学习新知识；课堂学生分组实验和课外实验，由学生动手实验，更有利于培养学生科学探究核心素养。教师可以利用课外实验来提高学生学习物理的兴趣，培养学生的科学探究能力。相比于课堂实验，课外实验有以下几个特点。

（一）自主设计性

课堂分组实验主要是按照教师和教材的要求进行操作；而学生在课外实验中可以自主设计实验的方法、步骤和材料，并且可以比较各种方法产生的不同结果，找到最佳实验方案。

（二）开放性

课堂分组实验具有封闭性，所取用的材料局限于学校所提供的实验器材。而课外实验则不受器材的限制，学生可以在广阔的大自然和丰富多彩的生活中取材，各种素材取之不尽。

（三）反复操作性

课堂分组实验，因受制于课堂时间的限制，不可能多次进行操作，甚至有的学生一次操作都无法顺利完成。而课外实验可以反复进行操作，只有反复操作，才能让误差减少到最小，也才能从中体现到探究的乐趣，在每一次的操作中，不断提高实验能力。

（四）丰富性

课堂分组实验的安排，每学期仅能根据教学要求，安排有限的几次。而课外实验不受课程的限制，教师可以根据需要布置课外实验，让学生利用课外时间完成。

（五）趣味性

课堂分组实验根据实验目的，选用专门的实验器材。而课外实验则可以利用生活中的各种素材，完成各种有趣的实验，实现寓教于乐。课外实验真正让学生感受到物理来源于生活，生活离不开物理，从而提高学生对物理的兴趣，培养学生利用物理原理解决实际问题的能力。

由于课外实验具有以上特点，所以学生通过课外实验进行分析、综合、评价，是积极主动的高层次学习，注重获取知识的过程，把知识与经验结合解决新问题的学习，是一种行为动力驱使下的主动学习，可以培养学生设计实验探究方案和获取证据的能力，提高科学探究核心素养。

二、教师利用课外实验的两种方法

（一）布置学生操作迷你创新实验

教师讲授新课时，由于学生对所学原理还比较陌生，此时可以布置一些迷你实验让学生进行创新实验。“创新实验”促使深度进阶，实验创新是在实验的设计、操作基础上的创新，从可见度、操作性、安全性、循环性、定量化等方面着手，通过实验的创新，促使深度进阶。迷你创新实验由于操作简单，更适合新课教学。

以下用教学实例进行说明如何利用迷你课外实验进行新课教学。

迷你课外实验案例1：“牛顿第一定律”授课时，我提前布置学生做惯性小实验，提倡学生用不同的材料做，结果学生的兴趣很高，完成率很高。

某学生利用书上的器材，水杯、硬纸片、硬币完成实验，用手指快速弹出硬纸片，硬币由于惯性要保持原来的静止状态，当硬纸片被弹出时，硬币没有了支撑物，在重力的作用下掉入杯中。也有学生在杯子里装些水，在杯子上面放一把直尺，把鸡蛋放在直尺上，再用另一把直尺把鸡蛋下面的直尺迅速弹出，鸡蛋掉入杯中。还有的学生把象棋叠起来，用直尺快速把下面的一个棋子打出，上面的棋子落下来。通过实验让学生明白，原来静止的物体，由于惯性，要保持原来的静止状态。让学生对牛顿第一定律有了直观的感知。

这个实验设计的亮点是开放性，让学生自己选材料进行实验，观察结果，这就是实验的创新之处，让学生变被动学习为主动学习，通过创新实验提高科学探究核心素养。

迷你课外实验案例2：在“物体的浮与沉”这节课中，密度计的读数、原理是个易错点，教师可以让学生动手做密度计来帮助学生理解。让学生用吸管和沙子做成密度计，可以漂浮在水、油中，可以看到密度计浸在油中的体积大。这就是为什么密度计越向上刻度值越小。这个实验的创新之处在于变演示实验为学生动手实验，让学生动手制作密度计，学生在新课之前完成了实验，为新课领会知识做好了准备，可以激发学生学习兴趣。

这些迷你实验简单易做、充满趣味，因此在教学中取得了明显的效果，受到了学生的热烈欢迎。学生在课外完成实验，达到实验目的，可以将所学的理论知识联系实际，科学探究的能力得到了锻炼和培养。

（二）布置学生设计综合型课外实验

在学生对一单元的物理知识已经完整掌握的情况下，教师可以布置综合型课外实验，综合型的课外实验可以锻炼学生的实验设计能力、实验操作能力、实验计算能力和误差分析能力。以下以课堂教学实例阐述如何利用课外实验培养学生的科学探究能力。

课外实验案例1：“密度的测量”复习课，在“密度的测量”复习课授课时，我布置了实验作业，让学生在家里测量大米的密度。学生利用生活资源，采用不同方法完成了实验，教师在课堂上进行展示，取得较好效果。

某学生采用常规工具——电子秤和量杯测大米密度：测出来大米的密度为0.69g/cm3。而大米是沉入水中的。那么大米的密度应该大于水的密度。水的密度是1g/cm3，而测出来大米的密度为0.69g/cm3小于水的密度，可见这种方法误差太大，不合适。原因是大米之间缝隙大，测出的大米体积偏大，密度偏小。

另一学生测出大米的密度为1.45g/cm3。以下是她的实验方案。实验器材：两个完全相同的水杯、电子秤、水、米。实验步骤：（1）在两个相同的水杯中加入等量的水，测出杯和水的总质量为m0=135g;（2）在其中一个杯中加入一些米，测出米的质量为m米=151-135=16（g）;（3）在另一个杯上做与上一个加了米的水杯的水位高度一致的标记，在这个水杯加入水至所标记的高度，测出加了水的质量为m水=146-135=11（g），根据公式V水=m水/ρ水，算出所加水的体积V水=11cm3，根据等体积法可知所加大米的体积也为V米=V水=11cm3；（4）大米的密度ρ米=m米/V米=16/11=1.45g/cm3。她利用排水法测出米的体积等于排开的水的体积，用等体积法测大米的体积，减少了测量误差。

也有学生用排面粉法测大米的密度，测出大米的密度为1.5g/cm3,实验结果也是比较接近真实值的。最后教师总结，测量易溶于水的物质密度，都可以用排面粉法。比如，测量冰糖的密度，就可以用排面粉法。

学生通过课外实验，发现原来还有这么多的方法、材料可以达到实验的目的，不同的方案各有利弊，这样，既开拓了学生的眼界，打开了学生的思维，培养了学生的创新能力，也让学生明白物理源于生活，生活中处处有物理，增强了对物理学科的认知和兴趣。通过课堂上教师的点评和引导，学生既增加了对知识的理解，又达到了复习知识的效果。

课外实验案例2：“杠杆”复习课，可以布置学生利用家里的材料，如用一次性纸盘、一次性筷子、棉线、小金属块做简易的杆秤，带到学校来展示，学生通过制作杆秤，对杠杆的平衡条件有了一定深刻的认识。

教师可以把课外实验作为动手实践作业布置给学生，优选素材、精编情境、巧设问题，让学生动手动脑主动参与学习，体现了以学生为主体，让学生独立工作、带着问题进行探究实验的方法，注重新旧知识的整合，提高了学生解决实际问题的能力，变被动学习为主动学习，培养了学生设计与操作、论据与论证的实验核心素养。在点评作业时汇总展示学生优秀的作品，让学生收获多种实验方法，通过课外拓展、课内归纳总结，拓展了学生的思维，提高了核心素养。

由于学校实验课时间有限，教师可以引导学生多进行课外实验操作，让学生更主动地参与实验，参与学习。学生课外动手实验可以长期进行下去，把实验室搬到家里，随时随地做实验，让学生通过课外实验深度学习，提高学生利用实验解决物理实际问题的能力，促进学生的终身发展，让学生对知识的掌握融会贯通，提高科学探究核心素养。