核心素养下非常规实验在初中物理教学中的应用

■山东省淄博市淄川实验中学 李 燕

初中物理学科是以实验论证为依据，进而获得科学规律的理性学科。在新课改的时代背景下，教师的教学理念也不断与时俱进，从提升学生的学科成绩，转变为发展学生的核心素养能力。所谓核心素养能力，是指在长远发展和终身发展的各种活动参与中能具备的品格和关键能力，包括知识、情感、技能、态度和价值观等方方面面。教学目标和教学理念的改变，必然需要对应的教学方法的创新实践。本文将结合实践经验，从核心素养培养的角度对非常规的实验教学展开简要的分析论述。

一、初中物理实验教学核心素养概念的简要解读

初中物理是一门自然学科，主要研究物质本身、物质之间的相互作用、物质运动规律等方面的内容。自然学科的教学活动，整体的教学目标也就是全面培养学生的科学素养，而非是简单地记住某一个公式和定律。这些科学知识的总结归纳，本身就是人们在长期的生活实践探索中逐步形成的系统的、理论的、正确的认知。因此，在提出新课改的理念后，在众多教育专家的精心研讨下，明确物理学科的教学内容主要围绕逻辑思维、教学表达和实验基础而展开，同时，提出物理观念、科学思维、实验探究和科学态度和责任四个方面的核心素养培养目标。物质决定意识，实践是一切发展的根本。因此，实验教学是重要的教学手段，是引导学生在实践探究和自主成长中实现创新精神、质疑精神、合作意识、实践能力、科学态度等多方面能力的有效途径。

二、初中物理教学中的常规实验和非常规实验

所谓实验，就是为了论证某一结论，利用特定的设备和仪器，创设一定的情境环境，借助对某些研究对象的把控和改变，从观察现象，得出结果，进而获得科学规律。

过去，受到教学观念落后、教学仪器缺乏等因素的影响，初中物理实验教学长期存在着教学内容狭窄、实验情境创设不符合标准、强调展示性而非实践性、强调学术性而非生活性和创新性等方面的问题。随着新课改的深入，物理教学研究的深入，教研专家从课程资源的广义角度，结合开发和利用两个方面，提出了“常规”物理实验和“非常规”物理实验两种教学发展模式。

“常规”物理实验是指借助学校特定的教学设备和器具，遵守严格的操作步骤，进行外在环境的人为改变而展开的实验活动。这种实验活动中，学生只参与其中的操作环节和论证环节。相对而言，“非常规”物理实验是借助生活环境中更广泛的材料、器具和物品等资源设备，进行实验器具的自主研制，进而展开的实验活动。由此可知，“非常规”实验的特点比较明显，材料高度生活化，实验操作简单，实验自创性强。从整体的物理学科而言，“常规”和“非常规”二者之间是相互融合、相互补充的，共同构成完整的实验教学体系，从而引导学生实现物理学科素养的全面培养和提升。然而在当前的教学改革环境下，非常规物理实验的价值更加突显。首先，“非专业”化的资源配置，将更多的生活内容引入其中，随处可见的各种器材，乃至人体本身，对提升学生的参与兴趣，促进学生的思维发散都有重要的作用。其次，“非常规”实验的实验步骤和实验方法，并没有现成的标准模型可借鉴，有利于学生在自主性实验中获得深刻的参与乐趣，并深化观察能力和创新思维。除此之外，在选拔性的考试活动中，全面考查学生的实验能力成为趋势，主要就是借助简单的、生活化的、设计性的实验判断学生在不同情境下独立解决问题的能力和迁移能力。这些实验通常就是新颖的、非常规的，体现了对学生思维广阔性、敏捷性的考查要点，也能有效反应学生的动手操作能力和基本实验技能的掌握程度。基于此，为了切实提升学生的核心素养能力，教师要高度重视非常规物理实验的有效应用。

三、初中物理非常规实验教学的运用策略

非常规物理实验通常是依据当时教学环境的现有条件，充分借助生活中的各种简易物品，灵活展开实验活动的过程。目前，这方面的课程资源尚不丰富，并没有固定的模式可以借鉴。基于此，教师要认真分析具体情况，才能实现非常规实验教学的有效开发和高效运用。

（一）在导入环节，借助非常规物理实验，激发参与兴趣

从生活中进行实验器材的选择，是非常规物理实验的重要特征。同时，借助生活化的物理情境，并引导相关的动手实践操作，是调动学生生活经验，提升参与兴趣的重要途径。在长期的传统教学环境中，部分教师的教学思维逐渐固化，知识引入通常就是借助情境环境的语言描述或视觉刺激，严重影响学生的全面参与程度。在任何的学习活动中，学生的主体地位都必须得到尊重和落实。基于此，教师可以借助非常规物理实验，激发学生的学习兴趣。

比如，在“物体间力的作用是相互的”知识学习中，教师可以开展这样的实验活动。学生一只手握住铅笔的一端，将笔尖压向另一手指，很容易体验到施力物体对受力物体的作用。如此一来，学生对物体之间力的相互作用产生初步理解，并产生这种相互作用是否具有普遍性的疑问，从而激发学生对这一知识点的探究兴趣，还为下一步对压强的学习做好了铺垫。

（二）在论证环节，借助非常规物理实验，提升思维能力

实验活动可以贯穿在物理教学的各个环节。在论证某一规律或定理时，物理实验是必不可少的操作步骤。一些容易操作的、对实验器具要求不严格的验证活动都可以借助非常规物理实验完成。这也是丰富课堂资源，锻炼学生动手操作能力，提升教学效率的必然选择。基于此，教师可以借助非常规物理实验，提升学生的思维认知能力。

比如，在摩擦力的知识学习中，分析摩擦力的影响因素。结合日常生活经验，学生提出接触面粗糙程度不同会影响摩擦力大小的猜想和假设。为了使学生真正实现“做中学”，深刻理解相关的知识，教师可以组织这样的非常规实验，选择两个在容积大小方面完全相同的玻璃杯，其中一个在杯面添加清洁剂。学生两手各拿一个空玻璃杯，在空中保持一致的高度。之后，其他学生同时向这两个杯子中按照相同的速度添加水，进而发现两个杯子在下落程度方面出现明显的差异。在此基础上，学生分析证据、原理，进而得出正确的结论。

（三）在练习环节，借助非常规物理实验，促进全面发展

实验是物理学科的灵魂，物理学科核心素养之间也是相互影响和相互促进的关系。练习活动是巩固学生知识成果，进一步促进学生思维灵活发展，实现知识多元融合的必然手段。传统的物理练习，通常都是纸上谈兵，具有一定的理论局限性。非常规物理实验在材料准备和操作过程中都具有简洁性和便捷性。因此，在新课改教学模式如火如荼的探索实践中，将非常规物理实验引入练习环节，是促进学生核心素养全面发展的必然选择。

比如，在杠杆知识练习中，教师可以引导学生结合生活经验，自主设计一个非常规实验，进而完成材料选择、器具制作、过程论证、结论总结、经验分享各个环节。在这个过程中，学生的物理实验素养和生活应用素养都得到有效锻炼。需要注意的是，实验设计必须充分考虑安全性和易于操作性。

四、初中物理非常规实验教学的注意事项

（一）坚持学生主体原则，给予科学恰当的指导

学生是学习活动的主体，必须全面参与非常规物理实验活动。从实验设计，到实验操作以及结论分析，每一个环节都不可缺少。这样学生才能真正理解物理实验的内涵，获得全面的核心素养培养。同时，初中学生正处在物理启蒙阶段，动手动脑，全方位的实践参与，也有利于激发其学习兴趣，丰富其学习阅历。传统的教师主导的实验教学具有很大的局限性，影响学生的自主发挥和表现。同时，非常规实验具有组织操作的方便性，为学生的全面实践参与提供了可能。因此，教师要特别重视和落实学生的主体原则，给予各方面的参与引导。

首先，初中生在物理实验方面的实践参与经验相对较少，对常用的实验方法也缺乏足够的了解，因此在提出实验假想方面通常是毫无思路。教师要给予这方面的指导和启发，进而学生才能结合生活经验，提出相关的实验建议。一般而言，常用的实验方法如下。在物理学中，控制变量法是一种常用的研究方法，在对某个变量进行研究时，控制其他因素不变，只选择一个因素进行条件改变，进而减少对未知量的认知误差。生活中很多物理现象的发生，都是在综合因素的作用下实现的，同时不同外力环境会导致具体结果的不同。因此，教师可以结合具体的教学内容，引导学生借助控制变量法完成实验活动。在摩擦力的影响因素分析中，就可以采用这种方法。 转换法主要是指将不容易被看见或感知的物理量，借助具有同等功效和作用的物理量代替，进而完成实验探索过程的一种方法。在液体压强和大气压强的学习活动中，就可以借助这种实验思想。等效替代法是指在物理实验中，为了使问题简化，借助某一物理量代替其他不方便使用的所有物理量，但不会改变结果。如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻，在探究平面镜成像的特点时用玻璃板代替平面镜，浮力替代液体对物体的各个压力等。上面列举的几种实验方法，既是科学家展开实验研究的常用方法，也是学生在物理学习中的常用方法。灵活掌握这些探究问题的物理方法，能更好地发挥主观能动性，更好地参与实验获得，并获得核心素养的有效培养。除此之外，在长期的物理学发展过程中，很多非常规实验活动已经被提出设想和实践论证过。学生在相关的学习活动或考试测验中，都应该接触过，也需要自主进行这方面的内容总结。

其次，教师要给予实验过程的指导。在实验活动中，学生很容易提出各种实验设想，但是某些实验工具安全性相对缺乏，还有些不容易获得和制作。教师也要做好这方面的指导。比如，需要用到试管、酒精灯等器材的实验，或者学生做出猛烈肢体动作的论证活动。教师都需要进行综合考量，并提出合理性的改进意见，确保安全性和可操作性。另外，在具体的实验操作活动中，教师也要恰当指导学生的规范动作和细节注意事项，从而使实验结论更加严谨、客观。

最后，在观察结果、分析论证的活动中，教师也要恰当参与，允许学生自由发言和表达，并借助专业的物理知识引导学生的思维认知，而非简单的结论或者对错阻碍学生思维的自由发挥。除此之外，实验报告也应该在非常规物理实验中得到落实，引导学生进行科学、规范、严谨的填写，全面深化实验素养。在部分学生的观念中，认为非常规的小实验不重要、不严肃，故而在态度和细节上存在随意和不严谨的行为。这将会严重影响实验结果，也会影响学生核心素养的有效培养。因此，教师必须注重这方面的思维认知引导，规范学生的参与行为。

（二）具体情况具体分析，进行科学恰当的运用

非常规物理实验通常就是依托普遍的社会生活现象，进行情境模型重现的一种方式。所有的物理知识都可以通过实验活动得到论证。这并不代表所有的物理知识点的学习活动中，都需要展开非常规物理实验。部分教师为了标新立异，体现新课改模式的要求，力求在每次教学活动中，每个教学环节中，都引人非常规物理实验，造成时间精力的浪费，严重影响了整体的教学进度，也难以获得理想的教学效果。基于此，教师要学会具体情况具体分析，科学恰当地组织非常规物理实验。

比如，教师结合知识点，首先思考实验活动的可行性设计方案，以及实验活动可以达到的教育教学目标，同时根据学生现有的生活阅历、实验能力和核心素养水平，分析整个实验活动的价值，进而做出是否应用的选择。以滑轮知识的学习为例，学生在这方面的认知体验普遍较少，导致对相关理论的理解深度不够。基于此，教师就可以组织非常规实验，丰富学生的体验感，深化学生的物理素养。还有，在知识点的教学活动中，可以应用非常规实验的契机也是非常丰富的。通常而言，一个知识点只需要安排一次的实验活动即可。教师要综合分析整个教学过程，结合学生的参与状态和重难点问题突破的要素进行分析，力求使实验活动取得最理想的教育效果。同样，以滑轮知识为例，实验操作相对复杂一些，知识理解相对困难一些。在这样的背景下，教师就可以在规律归纳的环节，进行非常规实验的应用。除此之外，教师还可以依托非常规物理实验，引导学生自主展开生活实验活动的自主探索工作。比如，组织相关的物理实验设计比赛。又如，通过布置生活作业，引导学生生活观察和生活实践的方式，全面锻炼学生的核心素养能力，并有效开阔学生的认知视野。

总而言之，非常规实验教学是物理实验教学的重要组成部分，对学生核心素养能力的培养发挥着重要且不可替代的作用。教师需要高度重视对非常规物理实验的研究和运用，能从具体的教学内容和实际的学生情况出发，展开科学高效的科学设计和引导，进而提高初中物理教学的整体效果，促进学生核心素养的不断发展进步。