基于核心素养的初中物理低成本实验的开发与应用研究

福建省莆田擢英中学 郑喜春

实验能够让初中生直观地观察物理知识，可以使认知理解变成科学认识，利于自主性的学习思考，也能提高教学效率，保证知识教学效果。但是，在以往的教学中，物理实验开展多为硬性的要求，实验开展的成本较高，教师一再强调保护实验器材，要求学生按照流程和标准操作，这在形式上制约了创新，过程上也让个人理解变成了概念的记忆，降低了实验兴趣，不利于自主学习开展，也会影响教学质量。因此，为保证实验教学的效果，需要教师开发低成本实验，让学生能够在实验教学中变得自由，能够去探索物理概念，进行创新思考，保证学习探究的行为，促进物理核心素养的养成与发展。

一、初中物理低成本实验的现实意义

1.利于基础理论知识的理解。

物理知识带有抽象性的特点，而在初中阶段，基础理论知识较多，很多学生在学习理解中呈现出认识肤浅、知识记忆错误的情况，行为不够主动，缺少科学性的思考。低成本实验能够让基础理论变成个人学习感受的实践，能够在课堂和生活中进行，基础概念的理解也就变成实验的思考与分析，可以增强学生学习的主动性，让知识理解变成直观的观察，能够对物理概念进行深入的认识。同时，低成本实验可以增加思考的频率，对知识的认知有更多的想法，有助于知识的内化和科学观念的形成。

2.利于物理核心素养的养成。

核心素养是当前初中物理教学的核心目标，低成本实验可以让物理核心素养的物理观念、科学思维、实验探究、科学态度在知识学习理解中形成，也能锻炼科学研究能力。学生在低成本实验中能够自主性地学习思考，在物理知识的探索中会有物理观念的形成，而在亲手操作的实验中，学生能够从实验过程和结果中形成思维认识，科学思维得到发展。低成本实验增加了学生的动手操作，并且在实验中会有各种创新与变化，利于实验探究素养的发展。而在实验操作中，初中生能够形成科学的态度，健全自身的世界观。

二、基于核心素养的初中物理低成本实验的开发与应用原则

1.科学性。

低成本实验不是简单的降低实验的成本，而是让实验可以更好地开展，保证学生的参与，从而让实验的实践性与知识的理论性结合。物理是一门自然科学学科，在开发与应用中要遵循科学性原则，保证实验符合教学理论，体现物理的自然科学规律，让学生高效完成知识理解，提高物理课程的教学效果。

2.简易性。

低成本实验要落实简易性原则，使物理实验能够得到普及，学生可以在实验中积极参与，以此保证实验探究的落实。简易性原则不是简单，需要教师把控实验中的物理探究，设计实验观察、解释、总结的过程，建立以生为本的教学过程，以此实现高效教学，确保物理实验教学的普及。

3.直观性。

低成本实验的应用中要保证直观性，原则上推动抽象概念的理解，降低物理概念学习理解的难度，使每个学生都能在实验中完成概念认识，建立科学思维的学习方式。直观性原则要呈现概念内容，针对实验材料与过程做优化，增加实验的可信度，保证物理知识的有效理解，强化理解记忆。

4.安全性。

安全性是低成本实验开发的基础，其中要保证实验的安全性，也要渗透安全教育，以此保证学生的实验操作安全，培养安全意识。初中物理知识主要内容是生活中的声音、光、水、电等，低成本实验的开发中要控制实验的危险内容，杜绝危险的实验器具使用，使物理实验能够高质量地开展。

三、基于核心素养的初中物理低成本实验的开发策略

1.开发生活实验，培养物理观念。

低成本实验的开发要控制实验成本，需要简约化实验内容与形式，特别在实验资源上开发生活物品，让物理实验能够得到普及，学生有实践性的行为，以生活化实验为基础培养物理观念。首先，教师需要明确物理知识与生活的联系，并以此确定低成本实验的器具，转化传统的实验方式。其次，低成本生活实验的开展要健全实验过程，让学生有实验操作，能够在实验中进行操作和思考，从而培养物理观念，增强物理学习的兴趣，使理论概念的知识可以从日常生活认识中思考获得。

比如在《声音的产生与传播》教学中，音叉能够展示声音是在振动中产生，其传播需要介质。但是，音叉教具有局限性，更多的是观察，学生没有具体的操作，影响概念的认识。对于此，教师可以开发用格尺代替音叉的低成本实验，在课堂中组织学生将格尺一端放在桌子边沿，然后用手压住，用另一只手拨弄格尺。这样格尺会产生振动，产生声音，学生动手操作中完成了理解。物理是自然学科，生活实验是低成本实验开发的主要方向，便于教学活动开展，也能让学生在实验中感受和解释生活中的物理现象，在实验操作和概念理解中养成物理观念，利于学科知识探究理解的主动思考。

2.组织器具自制，引领实验探究。

在核心素养下的低成本实验开发要保证学生的自主学习行为，改变学生简单化的概念记忆状态。在开发策略中可以组织器具自制，发挥学生的主体性，以自制的行为增强实验教学效果，让实验教学融入到探究分析中。而在教学组织中要让学生准备一些物品，并以此为基础设计器具自制活动，用自制器具证明物理概念，使物理概念的理解认识更为清晰，建立实验探究的过程。器具自制的组织要分析物理概念展现的需求，设计制作分步流程，使每个学生都能进行实验操作。

比如在《物体的浮沉条件及应用》这一课，教师就组织学生制作不同的实验物品，建立探究浮沉条件与物体性质的关系。首先，选择生活中常见的物体，可以将土豆作为实验物体。其次，让学生将土豆分成均等的四个小方块，用作浮沉实验中的对比。最后，进行四个土豆块的处理，第一块不作处理，第二块在一面挖空，第三块在一面挖空填充泡沫，第四块一面挖空填充小石子，以此进行实验演示，观察四个土豆块在水中的浮沉情况，从而进行实验探究，总结浮沉的条件。器具自制能够让低成本实验带动学生的科学探究，利于自主性的思考与分析，也能让概念理解认识更为准确，提升实验操作的兴趣。

3.设计实验互动，激发科学思维。

低成本实验的开发中要控制实验器材和材料的成本，还要设计实验互动，构建生本实验教学模式，激发科学思维，保证学生在实验中能够进行深度学习理解，完善认知分析。低成本实验中，初中生会进行实践性的实验探究，所以物理知识的理解过程会产生个性化的思考，建立物理知识的科学认识。但是学生的实验理解认识会有差异，在实验中容易出现错误，教师应在开发的过程中创设互动过程，引领学生在实验中进行科学思考，在直观的实验中教授知识，保证学生的有效理解。

比如在《熔化和凝固》这一课，低成本实验需要设计实验现象中固态、液态两种物质形态的相互转变，并针对实验的内容做问题设计，激发科学思维，建立概念认识、实验验证、认知理解的过程，保证学生在实验中的深度思考，保证科学思维的发展。教师可以让学生在家进行实验，准备一个废旧水瓶，装三分之一的水，然后放到冰箱的冷冻层中，经过2个小时进行凝固观察，之后在常温下观察熔化现象。而在课堂中则组织学生进行实验分享，讨论生活中有哪些熔化和凝固的现象，推动实验思维的发展。

4.开展成果展示，提升科学态度。

在低成本实验的开发中需要让学生能够有深度学习，所以在教学中不能只关注实验的形式和方法，还要设置成果展示，将学生的成果做展示，让物理知识可以多样化地呈现出来，增强学习认识的效果。在成果展示中要做好物理概念的延伸，保证学生能够建立物理知识的科学应用，从而形成科学态度。

比如在《家庭电路》这一课的实验设计中，教师要将学生的电路设计做虚拟化的呈现，将实验中的设计做展示，纠正其中的错误，表扬设计实验中的电路优化，提升学生电路设计实验的感受，使学生能够从科学角度去认识电路，以此实现高效教学。

四、基于核心素养的初中物理低成本实验的应用策略

1.应用低成本实验导入新课。

低成本实验在初中物理课程中的应用要以核心素养的培养为核心，需要加强知识教学的效果，保证学生在物理课堂中的学习主动性。策略上要能以应用实验导入新课，创设直观情境，激发学习兴趣，营造探究学习理解的环境。实验的趣味性可以使理论性的知识理解变成主动地学习思考，引发学习的需求。比如在《光的反射》教学中，教师在课堂伊始组织学生用能够反光的物品将教室外的太阳光反射到教室的黑板上，用低成本、简单的实验促进物理概念的体会，为光的反射理解提供认知基础，也让学生能够专注到课堂的学习活动当中，可以营造探究学习的环境，保证课堂教学效果。课堂中新课导入应用实验可以为知识学习明确方向，引领自主性的探究分析，形成共同思考探究的教学环境。

2.应用低成本实验解释概念。

对于初中生来说，物理是一门新的学科，部分学生在物理概念的理解过程中缺乏主动性，对理论性的内容无法做正确的认知。对于此教师可以应用低成本实验来解释概念，增强物理学习的趣味性，让学生能够深度理解概念内容，完成有效的知识理解。比如在《质量》这一课的教学中，多数学生在生活中会接触到质量好与坏的概念，但是对于质量缺乏科学的认识，通过不同物体质量的实验能够将物理的质量概念做准确解释，可以保证概念的有效理解。而在此过程中，学生能够在实验中感受物理的科学观，增强了科学的生活化认识，有助于物理核心素养的养成。在用低成本实验解释物理概念中，教师要注意学生实验中理解的差异性，做好实验总结和理论概念讨论，保障学生的认知理解效果。

3.应用低成本实验组织探究。

低成本实验的应用需要组织探究活动，保证核心素养培养的效果。只有学生在实验中进行探究，才能建立科学思维和实验探究能力，所以应用策略中要将实验纳入到探究教学当中。可以说实验是核心素养培养极为重要的一环，需要教师做好设计。在应用策略中，需要将实验与探究学习过程做整合，结合实际学习情况开展低成本实验，使知识理解能够通过实验进行论证。比如在《眼睛和眼镜》教学中，教师就在眼睛和眼镜的原理教学之后，设计小圆孔观察实验，以此让学生科学证明概念。首先在一张纸上挖出一个小孔，其次让学生从这个小孔来观察周围的物体，通过移动纸张与脸的距离观察眼镜的原理，促进概念的科学探究理解。

4.应用低成本实验演绎习题。

初中物理教学面临中考的压力，在应用低成本实验培养核心素养的策略中，需要把握实验演绎习题的优势，让学生能够建立解题思路，可以形成科学的物理知识体系。在以往的习题教学中，物理教师多为解题方法的教学。学生在其中缺少自主性的思考，对于题目内容和理论知识没有做深层次的分析，也就造成部分学生只了解解题方法和答案，并没有解题思路的发展，无法支持应用中养成核心素养。鉴于此，教师应利用好低成本实验的灵活性，在习题教学中用实验来演绎习题内容，使学生能够进行题目分析和答案思考，提高习题教学的效果，使学生能够掌握解题方法，提高物理成绩。比如在《二力平衡》的习题教学中，可以让学生准备几条细绳，将所有细绳的一端系到一起，以此为物理实验，之后针对受力的方向和大小做实验演示，促进物体受力平衡地分析，解决相关习题的问题，促进应用思考，培养物理分析能力。

总而言之，初中物理培养学生核心素养的实践策略中需要重视低成本实验的开发与应用，使物理知识的理解能够得到完善，把实验的操作与观察变成自主性的行为，实验的成果和现象变成物理概念，提高物理实验学习理解的深度，保证物理核心素养的培养效果。但是，低成本实验的开发要从学生自主探究学习做设计，应用中要保证概念教学的效果，做好资源开发和实验过程指导，以此确保低成本实验开发和应用的效益，促进初中生在物理知识学习中的全面发展。