提升学生实验探究能力，优化物理实验教学

吉增群

[摘要] 实验探究能力的培养是落实物理学科核心素养的关键环节。结合初中物理实验教学的现状，分析了存在问题的原因，提出了指向提升学生实验探究能力的初中物理实验教学策略：转变物理教师观念，加强自身专业研究能力;积极开展教学实践，提升学生实验探究能力;开发课外新型实验，培养学生实验创新能力。

[关键词] 实验探究;初中物理;实验教学;探究能力

物理实验教学是落实物理课程标准的重要手段，也是提升学生实验探究核心素养的重要途径。然而，受思想认识、实践经验、升学压力等诸多因素影响，物理实验教学效果不佳、学生实验探究能力不强一直是实际教学中普遍存在的问题。因此，如何在物理教学中提升学生的实验探究能力，挖掘物理实验的育人价值，已经成为当前物理教学改革的重要课题。

一、初中物理实验教学现状

当下的物理实验教学中，不少物理教师不太重视实验教学，认为做实验不如看实验，将动手演示实验用课件“演示”代替，这样不仅省时又省力，还避免了学生盲目看热闹，确保课堂中的每位同学都能看到视频中的实验现象和结论。殊不知，如果没有做实验，就不能有效联结知识经验和操作技能，不利于物理思维的培养。

在学生实验中，大部分教师采用先讲解后学生自己操作的教学方式，缺乏思维调动，对解决问题的过程视而不见，过于关注解答问题。学生完全自主进行实验探究的机会微乎其微，基本按教师的设计思路进行实验。这样，虽然学生做出了完美的实验，但是对原本探究实验中可能出现的问题或者失败因素缺少了深层次的

思考。

另外，不少学校的实验仪器年代久远，或多或少存在老化或缺失的情况，这严重影响了实验效果，甚至使得很多实验难以进行。而大部分物理教师迫于升学压力，很难抽出时间和精力对实验中的问题进行仔细研究，通过改进实验器材或开发创新性实验来达到实验效果的美好设想很难实现。这不但会使得学生对物理学科的兴趣逐渐丧失，而且不利于学生实验探究能力的

培养。

二、初中物理实验教学问题分析

当下，课程标准虽大力推进学科素养培育，但因长期受应试教育影响，物理实验教学更多被用来应付考试中的实验题。即便让学生动手做实验，也是提前将实验流程准备好，并且在实验过程中，讲解大于探究，不能充分举证归纳，导致学生浅尝辄止，很难深度理解和内化所学知识，更不用说提高学生的创新意识和实践能力了。

长期以来，物理中考对实验探究的考查仅体现在试题的实验题中，并没有考查学生实际操作能力。另外，物理中考涉及的知识点较多，但物理课时有限，为了提高中考物理成绩，教师通常会补充难度较大的解答题，几乎没有时间和精力花在物理实验上。因此提升学生实验探究能力、培养学生物理核心素养往往并未落到实处。

三、加强初中物理实验教学的策略探究

（一）转变物理教师观念，加强自身专业研究能力

要改变物理教师忽视实验探究中能力培养和思维训练这一现状，学校应为教师多提供专业学习的机会，教师也应主动学习先进的教育理念，改变陈旧的教育观念，以发展学生的物理核心素养为目标，潜心研究教材中的实验，对物理实验教学的各个角度进行变革，变单一验证为科学探究。例如，课堂演示实验利用现代教学手段，或在教学环节的关键点切入一些创新实验，通过探究实验来化解教学难点，促进学生深层次理解;学生实验则摒弃之前按部就班的验证实验，真正让学生动手、动脑，基于真实学情切实提高实验操作能力;课后则鼓励学生多做家庭小实验，通过动手做实验，熟知实验探究步骤，发现实际操作中的疑难问题，进而思考解决问题的办法。以上做法目的都是将学生物理核心素养培育融入实验教学中，紧跟时代步伐，培养新时代创新人才。

（二）积极开展教学实践，提升学生实验探究能力

物理学科的理论性和实践性都很强，在教学过程中，要注重学生的动手实践，积极开展实验教学，不断鼓励学生通过观察、比较、实验、归纳、类比等研究方法提出各种假设和猜想，鼓励学生善于动手、勤于动手，在脑、手、口的协作中激发自己的潜能，提高实验操作能力，同时，培养积极探索的精神和创造性思维，培养学生思考和解决实际遇到的新问题的能力。

1.创设研究情境，确定实验探究问题

一切思维都是从问题开始的。初中物理实验教学需要创设真实的实验问题情境，以引发学生认知冲突为起点，引导学生分析知识内容，结合已有经验提出疑问，讨论并确定感兴趣、可操作的实验探究问题，并将实验探究的问题整理出来。

例如苏科版八年级物理下册“浮力”教学中的活动实验，探究下沉的物体是否受到浮力。在实验过程中，金属块或者石块浸入水中前后，弹簧测力计的实际读数变化并不明显。为进一步引发学生的认知冲突，教师向学生展示了雄伟的长江大桥，并提出问题“桥墩是否受到水的浮力作用”，他们结合实验结论，对已有经验产生了质疑。此时，教师提示“密度是物体质量和体积之比”，激发学生来思考“物体浮力大小是否与物体的体积、密度有关，是否与浸入液体的密度有关”，从而自然过渡到学生实验“探究影响浮力大小的因素”。在此过程中，教师在课堂中先创设科学实验探究情境，将学生的错误认知的现象作为探究问题抛出，激发学生的实验探究兴趣，再鼓励他们讨论后整理出实验探究的问题。真正做到答疑解惑，避免学生被错误认知误导。

2.精心设计问题，进行合理猜想与假设

在课堂上，教师要不断打破传统教学思维的束缚，转变为以学生实验探究为主的教学模式，敢于创新教学策略，精心设计启发式问题来改善教学效果，让学生敢于猜想与假设、主动协作、主动探索。

例如，苏科版八年级物理下册第六章第四节“密度知识的应用”中，“设计与实验”环节列出金属螺母、石块、玻璃球三种物质，要求选择其中一个测量密度。以测石块的密度为例，常规方案是先用天平称量石块的质量，在量筒中注入一定体积的水，读出读数V1;再用细线捆绑石块浸入量筒的水中，读出此时的读数V2，两次读数的差值就是石块的体积，最后计算质量与体积的比值就可以得到石塊的密度。如果教师按照常规实验方案进行教学，则仍然是照本宣科的验证性实验，无法满足学生的实验探究欲望，也不利于培养学生的实验探究能力。

为此，教师精心设计了如下问题引导学生思考：

（1）教材提到如何测“形状不规则的物体”的密度，如果是比水轻的物体，比如泡沫呢？我们如何测量泡沫的密度？（2）如果是能溶于水的糖，又如何测量其密度？对于问题（1），学生注意到泡沫会浮在水面上，经过讨论，他们很容易猜想用一根细铁丝将泡沫压在水里，使泡沫全部浸入水中后，再根据两次读数差值，算出泡沫的体积。对于问题（2），由于糖块形状不规则且易溶于水，学生一时无法想到如何测出其体积。教师适时启发：不能用排水法测体积，能不能用其他固体或液体来代替？学生恍然大悟，有的猜想可用细沙或者食用油来代替水，有的提出可用橡皮泥将糖块包裹住，间接测出其体积。教师肯定了这些想法，并在课后带领他们进行自主实验探究。学生们主动探索、积极体验，通过动手操作验证自己的各种猜想，在知识的探索和获取过程中，由被动变为主动，对知识点的理解更加透彻和深刻。

3.注重思维培养，设计并实施探究方案

实验探究中伴随着一系列的思维和认知的碰撞，高质量的实验探究对学生高阶思维的培养具有十分重要的作用。在实验探究中，教师可以适当启发学生变换实验条件，提出新的实验挑战，引导学生在面对新问题时正确判断、质疑，从而让学生设计出科学合理的实验探究方案，并且参与实验活动的各个环节的思维进阶，在深化理解中迁移应用，进而将碎片化的知识形成结构网络，从而建构正确的物理观念。

仍然以测物体密度为例，基于学生已掌握以上固体和液体的密度测量方法，此时教师将生活元素融入实验情境中，激发学生“跳一跳摘到桃”的勇气，提出“如果现在只有天平、烧杯、水和橙汁，如何测量橙汁的密度？”因为缺少了量筒，橙汁的体积无法直接测量，很多学生囿于思维定式，不知如何解决。教师提醒他们实验材料中有水，仍然可以利用上述的替换法来思考。学生们纷纷开动脑筋，经过热烈讨論，认为可以用体积替换法来设计出实验方案：第一步，调节天平平衡，测出空烧杯的质量m1;第二步，在烧杯中加满水，测出烧杯和水的总质量m2;第三步，倒出水，在烧杯中加满橙汁，测出橙汁和烧杯的总质量m3;第四步，计算出橙汁的体积：V橙汁=V水=（m2-m1）/ρ水，橙汁的质量：m橙汁=m3-m1，从而得出橙汁的密度。为了促进学生的高阶思维，教师可以继续变换条件：现有天平（无砝码）、烧杯、水、量筒，如何测量酒精的密度？气体的密度又如何测量？这些问题是教材实验内容的拓展，当学生遇到困难时，启发他们灵活改变思路，不断鼓励他们进行思考、探索及变通，将科学知识和方法迁移，进而培养学生迁移能力，发展学生的高阶思维。

4.分析实验数据，交流评价中得出结论

物理学中的定律通常从物理实验中概括、归纳出来，因此，有针对性地观察实验中的现象、记录实验中的数据尤为重要。在实验前需要准备好记录的图表;实验中需要严谨地对待实验，做到操作正确、善于观察、详细记录;实验探究结束后，需要针对实验过程进行合理地评价和总结，对实验现象进行汇总，对记录的实验数据进行分析处理得到结论。

例如，苏科版物理九年级上册探究电流和电压关系、电流和电阻关系的学生实验中，学生采用控制变量法，在满足控制量的条件下对实验数据分析，发现变化量之间的关系与数学学科中所学的函数关系相似，结合坐标图处理实验数据。在保持电阻一定时，电流随电压的增大而增大，且电压与电流的比值不变，符合数学中正比例函数图像特征。当电压一定时，电流随电阻的增大而减小，画出电流和电阻的关系图，符合数学中反比例函数特征。同时，在实验探究过程中，教师应用好评价的手段。学生可以自评，分析探究过程中出现的问题，并找出原因，对整个实验探究过程进行评价;也可以小组间互评，找出各组实验方案或过程的优劣，取长补短，最终得到实验结论。通过交流评价，学生不仅更好地掌握实验本身，动手能力得到相应提高，还促进了他们的合作、沟通和表达能力的提高。

（三）开发课外新型实验，培养学生实验创新能力

教师和学生需要积极改进实验器材或开发创新型课外实验，充分挖掘学生的潜力，注重提高学生动手实践能力和创新能力，以在潜移默化中提升物理学科素养。同时，学校还要积极引导家庭与社会组织学生开展实践活动，持久激发学生学习兴趣和探索欲望，增强学生的自主探究能力，构建一个良好的学习环境。

例如，学生可以利用电铃工作原理制造出“小鸡啄米”的儿童玩具;电梯运行时，站在体重计上，观察其示数如何变化，由此增强学生对超重、失重状态下人的受力平衡的理解;在“测量平均速度”实验中，为减小摩擦力，用小玻璃球和电线槽做来改进;将用塑料膜包好的手机蓝牙音响放入水中，用话筒将水内的声音送到扩音器内，全班学生都能听到原来水下听不到的声音;利用凸透镜原理，用装有水的矿泉水瓶对着太阳光照射，在最亮点处放一个易燃物，根据实验现象，告知他人车上随便放矿泉水会有潜在危险等。

通过这些创新型实验的探究，不仅大大激发了学生的探究热情，增强了学生的创新意识，还有助于理解物理知识难点，获得学习物理的成就感。

教师是物理实验教学活动的引导者、设计者、组织者，也是学生实验探究活动的参与者、推动者。教师应注重与教材有机结合，提供更加灵活和多样的实验探究方式，通过实验教学不断培养和深化学生的核心素养。

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