指向核心素养的初中物理实验活动设计研究

陈志寅

【摘要】考虑到物理学科的实验性特征，为帮助学生提升物理观念、科学探究能力以及思维品质，本文认为需结合核心素养要求，配合学生自主性实验以及教师演示实验方式，引导学生更为全面、深刻地理解物理基本技能和知识，即配合有效且科学的实验活动设计，培养学生物理学科核心素养.本文在简要概括核心素养以及物理实验教学设计模式后，结合三类实验活动设计讨论初中物理实验活动设计模式，然后针对性地提出相关优化物理实验活动设计的建议，希望可以提高学生核心素养.

【关键词】实验教学；初中物理；核心素养

依托核心素养培养要求，完善初中物理实验活动设计模式，促使学生在教师指导、同伴合作以及自身努力后，通过实验活动高效率学习物理知识、物理技能，然后更为客观、全面地基于物理视角看待事物及现象，更为全面地利用物理学科思维方式及观点，解决现实问题，从而逐步建立物理与科技领域、社会领域和人类领域的关联性.总体来说，就是结合初中物理实验教学，推动学生形成、发展核心素养.因此，文章提出创设实验情境，建立物理观念等多条建议，希望能够有效提升物理实验教学质量与效率.

1 基础概述：指向核心素养的初中物理实验活动设计模式

1.1 核心素养

指向核心素养的教学模式，强调要培养学生适应社会发展、实现终身发展的品格及能力.如果将核心素养聚焦到物理学科，则按照六大核心素养基础，可将物理核心素养归结为物理观念、实验探究、科学思维、科学态度与责任等方面.其中，在核心素养子项实验探究中，强调要通过“提出物理问题、进行猜想与假设、实现信息获取与处理、得出结论并解释”一系列流程，培养学生对实验过程进行探究与交流、对实验结果进行反思和评估的能力.

1.2 物理实验教学设计模式

物理学是现代技术以及自然科学发展的基础，具有较强的实践性特征.但对于初中阶段的学生来说，整个教学环节的物理实验活动相对简单，主要包括探究类实验、测量类实验以及验证类实验.

2 实验设计：指向核心素养的初中物理实验活动模式探究

2.1 验证类实验活动设计

2.1.1 概述

验证类实验在初中物理课程标准中占比较少，具体表现为阿基米德原理的验证.对于物理科学研究而言，验证性实验是重要基础，是指在初步认识研究对象后提出的某种假说，是对假说或认识是否正确进行验证的一种实验过程.所以，验证性实验着重培养和提高学生的分析能力与推理能力，有助于训练学生的实验技能.

2.1.2 模式

结合验证类实验特点，按照提出问题、提出假说、验证实验或修正假说，总结规律的步骤设计验证类实验教学活动.其中，在提出问题环节，需要帮助学生做好验证性实验的思想准备，引导学生树立一般科学方法论思想，并推动学生实现感性认识到理性认识的过渡；在提出假说环节，强调教师要与学生共同讨论，并引导学生通过观察和思考，完成实验归纳，通过增强学生实验参与感，培养学生的逻辑能力，让学生更为直观地感受科学发展过程；在验证实验与修正假说环节，主要是结合实验验证假说演绎预言现象.如果实验结果与假说一致，则可进一步推广相关假说；如果实验结果与假说不符，则需要进行后续假说修正，从而达到培养学生科学素养的作用.

2.1.3 案例

本文以验证阿基米德原理为实验案例，通过设计如图1所示的实验过程，学生通过重现阿基米德浴缸情境，探究浮力大小与排开水量的关系，并由教师引导学生提出F_浮= G_排的假设.在实验验证阶段，教师需要与学生共同完成实验方案的讨论，并结合物体排开液体重力以及浮力测量方法，明确实验器材，然后将实验数据记录到实验表格中.最后，教师需要与学生共同交流和验证假设，并在交流过程重温阿基米德研究浮力的历史，通过这样的过程，可引导学生学习科学家严谨、科学的态度.

2.2 测量类实验活动设计

2.2.1 概述

初中物理课程中常見的测量类实验包括用滑动变阻器改变电路电流、测量物质密度、用电流表测电流，电压表测电压、用弹簧测力计测力、测定小灯泡电功率、用电流表，电压表测电阻这六个.对于测量类实验教学，要求物理教师明确实验操作顺序以及研究方法，掌握实验仪器及仪表的操作规则.

2.2.2 模式

结合测量类实验特点，文章认为可将这种类型实验过程划分准备、操作以及总结三个阶段.并着重结合实验案例，让学生思考不同阶段需要解决的重点问题，继而帮助学生突破实验难点，引导学生进行实验反思.

2.2.3 案例

本文以用天平和量筒测量固体密度为实验案例，通过设计如图2所示的实验过程，在学生学习相关密度概念后，按照准备、操作以及总结的实验流程，引导学生测定物质密度.首先，在实验准备阶段，教师需要向学生提供充足的实验器材，并与学生商讨具体的实验方案；在实验操作阶段，教师需引导学生用排水法测量物体体积，用天平测量物体质量，用密度公式求解物体密度；最后，在实验总结阶段，教师需要向学生传递多次测量、应用先进测量工具和测量技术可减少实验误差的思想，帮助学生逐步提高自身核心素养.

2.3 探究类实验活动设计

2.3.1 概述

常见的探究性实验包括内容如下：探究凸透镜成像规律、探究平面镜成像特点、探究液体内部压强及相关因素、探究二力平衡条件、探究物体质量与体积关系、探究杠杆平衡条件、探究导体中电流和电压的关系.对于探究类实验来说，强调学生结合自主思考与自主探究，通过发现并总结科学规律，逐步强化自身科学素养.

2.3.2 模式

完整的探究活动过程包括如下六个方面：提出问题、进行猜想、实验方案设计、进行实验、得出结论、交流与表达.虽说整个实验过程包括以上六个步骤，但按照探究实验难度等级及其他要素，上述流程在不同的探究实验中各有侧重.

2.3.3 案例

文章以探究杠杆平衡条件为实验案例，首先，实验前对杠杆进行调节，“左高右调，右高左调”；其次，假设OA、OB分别为动力臂和阻力臂，在动力臂一端挂上钩码，在阻力臂一端挂上弹簧测力计代替钩码，在保证左侧钩码不变的情况下，在右侧改用弹簧测力计向下拉，保持杠杆平衡.随后，分别进行保持作用点不变，改变拉力方向；保持拉力方向不变，改变作用点的实验流程.通过设计如图3所示的实验过程，让学生在实际参与、亲身体验的过程中，猜想杠杆平衡的条件.

3 实施对策：指向核心素养的初中物理实验活动优化建议

3.1 创设实验情境，建立物理观念

学生在初中阶段所学习的物理知识主要来自自然现象及生活现象，因此在学习过程中可结合已有生活经验、科学知识及认知经验进行加强练习.即物理教师在设计实践活动时，需要结合学生常见、熟悉、感兴趣的案例、素材及现象，创建有较强形象性、真实性、生动性和有趣性的实验情境，让学生能够在实验教学情境中产生认知冲突，从而形成较强的求知欲与好奇心.此时，教师就可引导学生结合物理观念，客观看待实验现象及实验过程，从而达到依托实验教学，培养学生物理核心素养的效果.

3.2 评估分析实验，发散学生思维

基于核心素养教学要求，物理教师在设计物理实验活动时，需要摆脱教材实验器材、实验方案、实验条件等方面的限制，通过改变实验器材以及实验条件的限定原则，进一步培养学生发散思维，提升学生思维品质，引导学生结合转换法及替代法多元化实验方法，打破实验条件的桎梏，从而在反复论证后得出具体的实验结果.鉴于此，文章建议物理教师在实施实验教学工作后，结合设置实验评估与分析流程，全面发展学生科学思维素养.

3.3 探究物理实验，培养探究能力

初中生在学习物理学科时，进行科学探究是最基础的核心素养.而想要实现这一目的，要求教师能够依托学生自身生活经验、基本技能以及物理知识，在讨论生活以及自然常见现象后，提出相关实验问题，并合理猜想与假设问题解决方案.然后，教师需要围绕提出的问题及实验目的，通过制定实验方案、实验计划，让学生在观察、记录、沟通后结合实验数据，进一步证实或证伪自身猜想与假设，最终得出正确实验结论，提出新的问题.

3.4 重视拓展延伸，实现学生互评

立足于核心素养，物理教师在设计实验活动过程中，需要特别关注在实验活动内引入物理史料、物理学家事迹等相关拓展性内容，希望通过延伸教材之外的知识，让学生对学习物理产生较高的热情，学生能够认识到学习物理学科的实用性价值，从而有效提高学生的物理核心素养.此外，文章认为，除了要依托教师评价进行实验结果性评价工作外，还需要结合学生互评以及学生自评等方式，落实实验过程性评价，以求在整个实验活动设计过程全面结合核心素养理念要求.即教师需要在完成评估分析、实验探究以及拓展延伸等工作后，设置学生互评及学生自评环节，让学生通过不断反思与总结实验过程、结果及方法，学习科学探究技能，理解物理学科思想方法，从而逐步提升自身物理学科綜合核心素养.

4 结语

综上所述，依托核心素养设计物理实验活动，要求物理教师要遵循物理实验设计基本原则，在领会核心素养内涵后，结合多种物理实验类型，依托物理实验案例，进一步探究指向核心素养的初中物理实验活动设计模式，然后通过引导学生参与物理实验探究过程，让学生结合实验论证，进一步接触科学家们物理定律发现过程及历史，从而在多方面的刺激下，促使学生实现均衡发展、全面发展的目标.

参考文献：

[1]张旺，王潇毅;伍科.基于核心素养的初中物理综合实践活动设计——以“比较材料的隔声性能”为例[J].物理之友，2021，37（07）：27-29.

[2]郑伟平.基于核心素养的物理单元复习学习活动设计对策探究——以初中物理“力与运动”单元为例[J].考试周刊，2022，（34）：126-129.

[3]韩金荣，韩伟；顾建军;王慧.基于学科核心素养培育的初中物理实验教学设计研究[J].湖南中学物理，2023（04）：38-41+49.

[4]王想敏.核心素养导向下的初中物理创新实验教学设计——以“大气压强”实验教学为例[J].物理教学，2022，44（02）：38-40.

[5]李敏.深度备课：初中物理实验教学中发展学生核心素养的策略——以“探究凸透镜成像的规律”教学设计为例[J].试题与研究，2022（15）：35-37.