核心素养导向下初中物理实验拓展式教学的研究

杨笑

【摘要】在初中阶段的物理学科课堂教学过程中，学科教师借助物理实验的方式培养和发展学生的学科核心素养，引导学生理解和掌握必备的科学探究方式，对于提升物理学科课堂教学质量和效率有着极为重要的作用.本文以“测量浮力大小”的物理实验拓展式教学为例，针对核心素养导向下初中物理实验拓展式教学策略进行简要论述，以期为相关教育工作者提供经验借鉴和帮助.

【关键词】初中物理；实验教学；核心素养

随着素质教育以及新课程标准理念的不断深化发展，在初中阶段的物理学科教学过程中，培育学生物理学科核心素养是学科教学活动的重要目标.物理学科作为抽象性、实验性较强的学科之一，借助物理实验拓展式教学能够行之有效地提升学科教学成效.拓展式教学指的是学科教师从学生的已有认知结构入手，将理论知识、方法和事件联系起来，是一种重视学生参与和主动学习的教学方法.在拓展式教学中，学科教师通过设置探究性的任务和问题来激发学生的学习兴趣，并提供必要的指导和支持，在鼓励学生积极参与课堂讨论、合作学习和实际操作的基础上，更为深入地理解和应用学科知识.

1 初中物理实验拓展式教学中思维展开方式分析

在拓展式教学中，思维展开方式包括本体拓展和迁移式拓展两种方法.本体拓展是指在某一特定知识领域内展开思维，从深入理解基本概念开始，逐步扩展到相关概念和复杂问题上.这种思维展开方式基于对特定领域知识的全面理解和应用，并通过深入学习不同层次的内容来拓展思维，如伽利略的理想斜面实验.迁移式拓展则涉及将已学知识迁移应用到其他领域或实际情境中.迁移式拓展鼓励学生将已有思维方式和解决问题的方法迁移到新的情境中，从而扩展学生的思维能力和解决问題的能力.迁移式拓展可以帮助学生将所学知识与实际生活相连接，提高学生的创新和应用能力，如电厂偏转问题中的类平抛运动.科学方法分析在拓展式教学中也起着极为重要的作用.科学方法分析强调借助科学原理和证据对问题进行分析和解决.不仅包括观察和提出问题、形成假设、进行实验和数据收集，而且还包括分析和解释数据以及得出结论的步骤.通过教授学生科学方法分析，不仅能够有效培育学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，还能够提升学生对科学方法的综合运用能力，强化对科学方法（如模型法、类比法、转换法等）的掌握程度.

2 核心素养导向下的“测量浮力大小”物理实验拓展式教学

基本问题的两种拓展方式其实质都在于寻找和定位到契合的问题切入点，从不同的切入点入手来开展实验分析，以此来达到拓展学生实验思路的教学目标.下面以在核心素养导向下的“测量浮力大小”物理实验为例，简要分析初中物理实验中的拓展式教学.

2.1 教材中的“测量浮力大小”实验

在初中物理教材中（以人教版为例）“测量浮力大小”的实验主要以称重法和排水法为主，教材中的“测量浮力大小”实验内容如表1所示.由教材内容中设置的实验内容可以得出，两种“测量浮力大小”的实验目的一致，但两种物理实验的侧重点存在差异，称重法测量浮力大小的实验偏向于对浮力认知上的理解和掌握，而排水法则偏向于对阿基米德原理的理解和认识.教材中的两种实验相同之处在于借助对浮力大小的认知来完成测量浮力大小实验，但在不同的条件下如何有针对性地测量浮力大小，教材文中则涉及得相对较少，这就在一定程度上为物理实验拓展式教学提供了入手点.

2.2 本体式拓展在“测量浮力大小”中的应用

在“测量浮力大小”的物理实验中，本体式拓展可以应用于多个方面.首先，本体式拓展不会改变实验的目的，仍然以测量浮力大小为目标.这意味着实验所探究的问题属性保持不变，因此在思维的展开方式上，仍然可以归类为本体式拓展的范畴.其次，在开展本体式拓展之前，学科教师应该先完成对浮力这一单元内容的教学.这样，学生将对浮力的基本知识结构有一定的了解和掌握.而在这个基础上，可以进行更深入的拓展和研究.通过这种方式，学生不仅能够巩固学科上的知识，还能够锻炼和发展逻辑思维能力.学生可以被要求设计一个新的实验来测量浮力大小.学生可以思考如何改变实验的参数，例如改变物体的形状、密度或浸入液体的深度，以获得不同条件下的浮力数据.通过这样的拓展，学生可以深入了解浮力的影响因素，并通过实验验证相关理论.本体式拓展还可以引导学生将浮力的测量问题与数学建模相结合.例如，学生可以使用数学模型来描述浮力与物体的密度、液体的密度以及物体浸入液体的深度之间的关系.学生可以使用数学方程式或图形来表示这些关系，并利用这些模型进行浮力的预测和计算.

2.2.1 本体式拓展方向分析

教材文本内容中应用的称重测量法来测量浮力大小的实验，适用于测量物体密度大于液体密度的情况，能够借助物体重力以及该物体浸没在水中时弹簧测力计示数的差值来计算浮力大小，但这种方法存在一定的局限性，即物体密度远远小于液体密度时，当物体不能够下沉到液体中呈现出漂浮的状态时，此时再利用沉重法来测量浮力大小就显得捉襟见肘了.以物体密度小于液体密度来测量浮力大小为切入点，引导学生自行设计测量密度小于液体的物体全部没入液体时的浮力，以此来达成拓展学生思维意识的教学目标.学科教师可以为学生布设物理实验任务，引导学生通过先设计后讨论的方式来发挥其主观能动性，在必要环节由学科教师介入引导，可以设计如下测量浮力大小实验.

2.2.2 “测量浮力大小”物理实验拓展方案

（1）实验拓展方案一

“测量浮力大小”物理实验拓展方案在“排水法”测量实验框架下进行拓展和分析，由学科教师引导学生如何将密度小于液体的物体（即木块）完全压入水中，通过外力作用的方式将物块完全沉入水中，并思考由外力作用下可能会产生的问题，即物块和悬挂物都需要完全沉入到水中，通过计算两个物体的重力来分析排开水的重力大小.但值得注意的是，当存在外力压入时如何保障接触的物体能够不影响排开水的体积，学科教师引导学生明确使用体积较小的物体或纤细的物体来完成外力压入，如图1所示.

（2）实验拓展方案二

“测量浮力大小”物理实验拓展方案继续在“排水法”测量实验框架下进行拓展和分析，由学科教师引导学生利用存在明确质量的物体来作为外力将物块压入到水中，可以利用存在明确质量的砝码作为外力来压住物块，通过计算物块和砝码的重力来测量浮力大小.但值得注意的是，学科教师需要继续引导学生明确虽然砝码的质量固定，但极有可能出现没有完全合适的砝码将物块完整压入到水中，在微调外力质量上存在难度的问题，进一步拓展学生思维，发散学生思维意识，让学生联想到替换固定质量外力物体来解决质量微调的问题，学生可能联想到的实验图解如图2所示.

（3）实验拓展方案三

“测量浮力大小”物理实验拓展方案在“称重法”测量实验框架下进行拓展和分析，由学科教师向学生提出引导性质疑，引导学生在利用弹簧测力计的基础上设计浮力测量实验.学生在查阅相关资料后，极有可能设计出利用弹簧测力计将物块完全拉入水中的实验，学科教师应及时对学生进行引导，引导学生明确在实际测量实验中不宜在水中使用測力计的实验弊端，即在水中应用测力计不仅可能会对实验器材造成损坏，甚至会出现测量浮力数据不准确的现象，逐步引导学生通过改变受力方向的方式，应用滑轮来开展测量浮力实验，如图3所示.

2.3 “测量浮力大小”物理实验主体式拓展教学总结

在“测量浮力大小”的物理实验中应用主体式拓展教学对于学生核心素养的培养和发展有着极为重要的意义.在“测量浮力大小”实验中应用主体式拓展能够激发学生的学习兴趣，培养实验设计和问题解决能力，提升学生的科学素养，以及促进学生间的合作和交流.通过让学生亲自设计实验、提出问题和探索答案，使得学生能够更加主动地参与学习，培养实验设计和创新能力.此外，主体式拓展教学注重学生的实践经验和科学思维的培养，通过自主收集数据、观察现象和分析结果，学生能够更好地理解科学原理，并形成批判性思维和实证推理的习惯.学生在团队中合作、分享和交流，培养合作技能、沟通能力和团队意识，这对于学生的物理学科核心素养培养极为重要.

值得注意的是，在“测量浮力大小”的物理实验主体式拓展过程中，学科教师的引导拓展就是启发学生思维、拓展学生思想的过程，学生在学科教师的引导下不仅不会偏离物理实验的目标和方向，同时还能够在一定程度上增加物理实验拓展探究的趣味性，再让学生体验物理实验探究成就感的基础上，进一步激发学生对于物理实验探究的积极性，提升物理实验拓展探究课堂教学的质量和效率.

3 结语

综上所述，在中学阶段的物理学科实验教学过程中，学科教师应用拓展式教学能够行之有效地提升课堂教学的质量和效率，通过不断寻求拓展实验切入点的方式来引导学生深入挖掘物理知识，在启发学生思维意识的基础上，有效弥补传统物理实验课堂教学中的不足之处，通过将理论知识与实践结合起来的方式，促进学生全面发展并真正掌握科学方法和物理思维，实现培育学生核心素养的教学目标.

参考文献：

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