初中物理实验教学中学生科学素养的培养

摘 要：实验教学是物理教学的重要组成部分，对于培养学生的观察能力、实验技能和科学思维等科学素养具有不可替代的作用。分析了通过初中物理实验教学培养学生科学素养的研究现状和前沿动态，以及学生对物理实验教学的需求和期望，提出了一些具体的物理实验教学策略，如开展数字化实验、开展虚拟仿真实验和运用在线实验平台等，旨在培养学生的科学素养。

关键词：初中物理；实验教学；科学素养；数字化实验；虚拟仿真实验

作者简介：黎世华（1984—），男，广西壮族自治区百色市乐业县同乐镇初级中学。

随着素质教育的深入推进，科学素养成为衡量学生综合素质的重要指标之一。初中物理实验教学是培养学生科学素养的重要途径，但是当前的初中物理实验教学存在一些问题，如实验内容过于简单、缺乏探究性，实验教学方法单一、缺乏创新性等。这些问题不仅影响了物理实验教学的质量，也制约了学生科学素养的发展。因此，开展关于初中物理实验教学中学生科学素养培养的研究，具有重要的现实意义和理论价值。

一、初中物理实验教学现存问题分析

当前，初中物理实验教学在培养学生科学素养方面存在一些问题。首先，受传统的教学观念影响，一些物理教师更倾向于讲理论知识，占据教学的主体地位，采取“灌输式”的物理教学方式［1］。在这种方式下，实验教学往往被视为理论教学的辅助手段，而非独立的、重要的教学内容。若实验教学仅仅是理论教学的附属，学生便会缺乏主动参与、探索和发现的机会。物理是一门实验科学，很多理论都是基于实验进行观察和推理得出的。如果学生没有亲自参与实验，其理论知识的吸收和应用就会受到影响。因此，传统的“重理论、轻实验”的教学方式不利于学生对物理学的深入理解和探索。为了激发学生的兴趣和积极性，提升他们的实践能力和科学素养，物理教师需要积极转变观念，采用更加现代化和有效的教学方式。

其次，由于物理学科在初中阶段的课程中占据重要的位置，物理考试成绩会直接影响学生的升学情况，因此部分教师在教学过程中习惯将中考考点作为教学重点。这使得一些属于“非重要考点”的物理实验被忽略，相关的实验教学设计较少甚至没有，进一步导致学生的实验机会减少，科学素养和实验技能得不到全面发展。

二、学生对物理实验教学的需求和期望

本文通过对三所初中的学生进行问卷调查和访谈，分析和总结学生对物理实验教学的需求和期望，具体如下。

（一）完善实验设备，保障实验安全

在初中物理实验教学中，学生需要完善的实验设备来支持他们的学习。完善的实验设备能够保证实验的准确性和可靠性，同时也能提升学生的学习兴趣和积极性。学生希望学校能够提供足够的实验器材和设备，让他们得到更好的实践体验。学生还关注实验的安全性，期望学校能够提供安全的环境，确保实验过程的安全［2］。此外，他们还期望教师能够适当强调安全注意事项，让他们了解如何避免实验事故的发生，保证实验顺利进行。

（二）提高动手能力，深入理解物理学原理

物理是一门实践性很强的学科，实验教学能有效提高学生的动手能力。在实验中，学生普遍希望自己能够有更多的动手操作机会，以加强对物理知识的掌握。另外，学生期望教师能够引导他们进行探究性学习，让他们在实验中发现问题、分析问题并解决问题，从而更加深入地理解物理学原理。

（三）贴近生活，激发物理兴趣

物理实验与生活实际相结合，不仅有助于学生理解物理学原理，还能激发他们对物理的兴趣。在物理实验中，当学生看到所学的理论知识能被用来解决生活中的实际问题时，他们会感受到物理的实用性，从而更有动力去学习和探索物理知识。生活化的物理实验能让学生更好地理解和记忆物理知识。有的理论知识抽象、难以理解，但如果将之与日常生活中的事物或现象相联系，便能使其变得生动且易于理解。生活化的物理实验还可以激发学生的学习兴趣，当学生在实验中获得成功时，他们会感到兴奋和满足，对学习产生高涨的热情。例如，在研究声音的传播时，教师可以让学生通过制作简易的乐器来感受声音的振动和传播。

三、通过初中物理实验教学培养学生科学素养的策略方法

随着现代信息技术的发展，数字化实验、虚拟仿真实验、在线实验平台等新型实验教学方式逐渐受到关注。这些新型教学方式可以弥补传统实验教学的不足，为学生提供丰富多样的实验学习体验。

（一）创新实验器材，更新教育观念

物理实验教学方式需要适应科技的发展和教育的需求，以更好地培养学生的科学素养。创新物理实验教学方式离不开创新实验器材，如果物理实验教学受限于实验器材，那么实验效果和学生的探究欲望也会在一定程度上受到限制。信息时代背景下，很多新型实验器材涌现，这些器材不仅新颖，而且贴近生活，能够很好地模拟物理现象，帮助学生深入理解物理学原理。比如：数字化的溫度计、热流计等热学实验器材，能够精确测量温度和热流，帮助学生探究热传递规律以及热量与温度的关系；智能化的电压表、电流表等电学实验器材，可以实时显示电流、电压等电学参数，学生可以利用这些器材开展电路设计、与欧姆定律相关的电学实验，深入理解电学知识；高精度计时器、在线数据采集器等仪器，能够提高测量的精度和效率，有助于学生记录和分析实验数据，提高其数据处理和分析能力。

创新实验器材的应用，不仅可以突破传统实验方式的局限，提高实验的准确性和可靠性，而且可以增强实验的趣味性和探究性，激发学生的好奇心和探究欲望。通过使用创新实验器材，学生可以在动态的真实情境中进行探究，培养实践能力。创新实验器材的应用需要教师具备相应的素质和能力。教师需要及时更新自己的教育观念，掌握新的教学方法和技术，不断提高实验教学水平，以便更好地引导学生进行实验学习。

（二）数字化实验

随着科技的不断发展，数字化技术深入渗透到各个领域。在初中物理实验教学中，数字化实验已经成为一种趋势。数字化实验利用数字传感器技术、数据处理技术、数据分析与可视化等技术［3］，为学生提供更加丰富、精确的实验数据和良好的实验体验，有助于培养学生的科学素养和实验技能。

数字传感器技术是数字化实验的核心技术之一。利用数字传感器可以实时采集实验数据，减小传统实验中手动读取数据的误差，使实验数据更精确可靠，学生更好地理解物理规律。在数字化实验中，数据分析与可视化是关键环节。通过数据分析，学生可以了解实验数据的分布、趋势和规律；通过可视化，学生可以将数据以图表、图像等形式呈现出来，直观地理解物理规律。例如，学生使用数字化光度计和角度传感器，可以精确测量入射角和折射角的大小，并计算折射率；使用磁场传感器和数据采集器，可以实时测量感应电流的大小和方向，通过改变磁场的方向和强度，观察感应电流的变化，理解电磁感应现象的基本原理。在数字化实验中，学生能够准确地测量和处理实验数据，提高实验的可信度和说服力，培养科学探究能力。

此外，在线实验管理系统是数字化实验中实现实验数据远程传输、监控和管理的重要工具。通过在线管理系统，教师可以方便地对学生的实验数据进行监控和管理，及時了解学生的实验进展和问题，提升实验教学的效果和质量。

（三）虚拟仿真实验

虚拟仿真实验是利用计算机技术模拟真实实验环境的实验方式。通过虚拟仿真实验，学生可以在计算机上模拟物理实验，理解物理学原理。虚拟仿真实验具有较高的安全性、便捷性和可重复性［4］，同时可以帮助学生掌握正确的实验操作技巧，提高他们的实验能力和科学素养。

以原子光谱的虚拟仿真实验为例，在这一实验中，学生可以通过虚拟仿真技术，模拟不同能级上的原子光谱线，探究光谱线的特征和规律，并深入理解原子的结构和性质。首先，学生从软件提供的原子模型中选择一种自己感兴趣的原子，如氢原子、氦原子，观察所选原子的内部电子云分布和能级结构，了解不同能级之间的能量差异。然后，通过软件模拟不同能级之间的跃迁，观察产生的光谱线。对比模拟生成的光谱线与已知的原子光谱图谱，分析光谱线的特征和规律，了解不同能级跃迁产生的光谱线类型和它们对应的波长范围，并结合原子内部结构和光谱线特征，深入理解原子的性质和行为。最后，使用数据采集与分析工具，记录实验数据，整理成表格或图表的形式，分析和比较不同原子模型的光谱线特征。根据实验数据和观察结果，总结实验结论，理解原子光谱与原子结构之间的关系，以及它们是如何体现原子的性质的。

（四）在线实验平台

在线实验平台教学是一种基于互联网的实验教学方式，通过在线实验平台，学生可以在自己方便的时间进行实验。只要有互联网连接，学生就可以随时随地进行在线实验［5］，大大节约时间成本，获得更多的学习机会。另外，在线实验平台一般整合了大量的实验资源，包括详细的实验指导、视频教程、实验模拟器等，有利于学生理解实验的原理和操作步骤。此外，学生可以实时提交实验数据和结果，获取教师的反馈和建议，从而进一步理解实验中的问题，并进行相应的改进。在线实验平台还鼓励学生自主学习。在没有教师现场指导的情况下，学生需要自主查找资料、设计实验方案、分析数据和得出结论，这可以培养学生独立思考和解决问题的能力。

在线实验平台为物理实验教学带来了巨大的变革和机遇，它不仅为学生提供了更灵活、便捷的学习方式，还促进了学生的自主学习。随着科学技术的持续进步和教育理念的不断更新，我们有理由相信，在线实验平台将在未来的物理教学中发挥越来越重要的作用，成为一类不可或缺的实验教学工具。

（五）生活化实验

物理学作为一门揭示自然界运行规律的学科，常常因为其抽象的概念和理论让学生感到困扰。如何将物理知识生动、直观地呈现给学生，让他们真正感受到物理学的魅力呢？生活化实验为我们提供了一个极好的途径。

将实验内容与生活相结合，可以让学生意识到物理并不遥远，而是与生活息息相关的，从而激发学生的学习兴趣，使他们更加主动地投入物理学习中［6］。利用日常生活中的物品进行实验，能让学生直观地看到物理学原理在现实中的应用，加深对知识的理解。由于实验材料源于生活，学生在操作时会有更多的新鲜感和学习热情。通过生活化实验，学生能够将物理知识应用到实际生活中，实现知识迁移。例如，利用自行车进行力学实验，探究自行车的机械能转化。学生骑行自行车，记录起始速度和结束速度，测量行驶距离和所用时间，然后计算自行车的平均速度和功率，分析自行车行驶过程中的机械能转化情况，探究不同情况下的能量损失和效率。在这一实验中，学生可以探究自行车行驶过程中的机械能转化情况，了解不同情况下的能量损失和效率，以及功率的概念和应用，为设计和改进自行车提供理论支持。

生活化实验不仅有助于提高学生对物理知识的理解能力，还能激发他们的学习兴趣，提升其实践能力。教师应该多引入生活化实验到物理课堂中，帮助学生理解和应用物理知识，为他们的全面发展打下坚实的基础。

结语

总之，初中物理实验教学中学生科学素养的培养需要从多方面入手。教师在教学中应该关注实验方法的发展，注重对学生科学思维的引导和科学探究精神的激发，根据实际情况采取有效的教学策略和方法，提高学生的科学素养水平。未来，我们可以进一步探讨如何将人工智能技术与实验教学相结合，创新实验教学方式，提高实验教学的趣味性和实效性。另外，教师还需要加强实验教学评价，全面了解实验教学的效果和学生科学素养的发展状况，为进一步完善实验教学提供有力支持。

［参考文献］

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