科学探究能力培养的初中物理实验教学

【摘要】本研究以人教版“用电流表测量电流”实验为例，结合当下初中物理实验教学实际情况，对ADI教学模式进行优化，从课前、课中、课后三个阶段落实实验教学新模式。课前以激发学生兴趣为主；课中以实验教学实践为主，注重学生主体性，培养学生科学探究能力；课后以总结评价为主，对学生科学探究能力进行强化。希望通过此次实验教学模式研究，提升学生的科学探究能力，为其未来的科学学习和创新实践奠定坚实基础。

【关键词】科学探究能力；初中物理；实验教学；用电流表测电流

ADI教学模式是由美国科学教育专家Michael J. Padilla和Jo Meyer设计并提出的，其原理是将科学论证融入科学教学中。该模式的核心思想在于通过实践推动学生论证，将科学实验、科学推理、科学讨论有机结合，以促进学生学习科学的主动性。其包含了8个阶段的探究活动，受我国初中教学模式的影响，难以在一节课的实践内，完成实验教学活动，并且ADI教学模式会直接给出学生所研究的问题，不利于学生科学探究能力的培养[1]。本文通过对ADI教学模式进行优化，以学生科学探究能力培养为主要目标，探究实验教学新模式。

一、基于科学探究能力培养的初中物理实验教学模式流程

为培养学生科学探究能力，在初中物理实验教学中，以ADI教学模式为基础进行优化。按照课前、课中、课后三个阶段，对ADI教学模式的8个环节进行拆分，在满足初中物理课堂时间限制的基础上，强化学生科学探究能力。其中课前活动以提问、猜想与假设为主，教师根据课程标准要求，研读教材内容，制定实验手册，并将实验手册上传至在线教学平台，提醒学生接收实验手册。学生在接收到实验手册后，根据实验手册提出问题、猜想以及假设，并回传至在线教学平台。教师根据学生反馈的实验手册，了解学生课前准备情况，以便后续针对性调整实验教学策略。与此同时，教师需要提前准备好实验器材。

在课中阶段，学生为学习的主体，实验方案的设计、实验过程中的信息获取以及处理分析，均由学生小组共同完成。教师在此过程中，做好引导作用，对学生疑问进行答疑解惑，关注学生实验安全。在学生完成实验后，教师组织学生小组轮流展示实验结果，引导全班同学对实验现象、实验结果进行技能型交流讨论。

课后阶段，教师通过在线教学平台，为学生分发实验手册，学生根据课堂实验过程，认真填写实验手册，学生根据评分标准进行自我评价，随后回传至在线教学平台。接下来，教师对学生实验手册填写情况进行综合评定，从问题的提出、问题解决过程、问题验证等三个方面，全面评价学生的科学探究过程。最后，利用在线教学平台，上传物理知识总结性教学视频，要求学生完成观看，强化学生科学探究能力，以此形成教育闭环[2]。

二、基于科学探究能力培养的初中物理实验教学实践

根据前述实验教学流程，以人教版“用电流表测电流”实验为例，开展实验教学活动，落实《义务教育物理课程标准（2022年版）》中培养学生科学探究能力的核心素养。

1.课前实验准备：奠定科学探究基础

基于前述流程，教师需要根据“用电流表测电流”实验的内容，为学生制定实验手册。教师在制定实验手册时，需要注意以下几点：（1）问题的设置要基于真实的生活情境，帮助学生将理论知识与实际生活相结合，深化对物理现象的理解；（2）手册内容需要包括详细的实验步骤和操作指南，以便学生在实验过程中能够准确无误地执行；（3）实验手册应包含实验数据的记录和分析部分，数据的准确记录是实验分析的基础，而深入的分析则能帮助学生更好地理解实验现象背后的物理规律；（4）手册中应设置反思与讨论环节，反思有助于学生总结实践经验，找出实验中的不足之处，为后续的实验探究提供改进的方向。

基于上述要求，教师可以为学生设置如下问题情境，帮助学生明确“用电流表测电流”实验的目的。“在日常生活中，我们常常观察到灯泡发光的现象，其背后实则是因为有持续的电流通过。然而，有时我们会发现家里的灯泡会忽明忽暗，这一现象究竟是何原因所致？在这种情境下，电路中的电流又会发生怎样的变化？更进一步地说，灯泡的亮度与电流大小之间又存在着怎样的内在联系？”

通过设置生活化的问题情境，能够引导学生将理论知识与实际生活情境相结合，深入思考电流与灯泡亮度之间的关系。通过观察和思考，学生将能够逐步明确实验的目的，即探究电流与灯泡亮度之间的具体联系，进而深化对电流概念的理解。

2.课中实验实施：落实科学探究培养

（1）设计实验方案。教师引导学生以分组形式开展活动，每组由3-4名学生组成。小组内，学生围绕“用电流表测电流”实验展开深入的讨论，明确影响实验结果的自变量与因变量。通过分析实验原理，理解电流与灯泡亮度之间的关系，进而思考如何通过调整变量来观察电流的变化。在充分讨论的基础上，各小组根据实验目的和所提供的器材，精心选择实验装置，并设计出具体的实验方案。

学生通过讨论分析，可以明确电流的变化与电源相关，可将电流作为自变量，而灯泡亮度作为因变量。通过增加电池数量，改变电路电流，完成实验探究。在设计实验方案的过程中，不仅能够锻炼学生分析问题和解决问题的能力，还能培养其严谨的科学态度和科学探究能力。

（2）获取信息。在科学实验探究中，数据等信息不仅是实验结果的直接体现，更是学生理解、分析和解释科学现象的基础，同时也是推动科学交流和合作的重要工具。因此，在初中物理实验探究过程中，教师需要注重培养学生的信息获取能力，为科学探究能力培养提供科学依据。

在“用电流表测电流”实验中，教师需要组织学生小组讨论在该实验中，通过收集何种信息，能够进行实验现象分析。例如，通过观察小灯泡的亮度变化，可以间接推断出电路中电流的大小；通过比较不同电流下电池节数的差异，可以进一步探究电流与电源之间的联系；改变电路中电流表的位置，观察电流示数变化情况。

在整个信息获取的过程中，教师还需特别强调实验的安全性，确保学生在操作电流表等器材时遵循正确的安全规范；教师还应关注数据收集的准确性，指导学生正确使用电流表的方法，以获取可靠的实验数据；教师应确保每个学生都能在小组中发挥自己的长处，共同为实验的成功贡献力量。

（3）处理与分析信息。获取实验信息后，学生需要对所收集的信息进行处理和分析。在“用电流表测电流”实验中，学生需要对测得的电流值进行整理、比较和分析。学生可以使用表格、图表等形式呈现数据，以便更直观地分析数据之间的关系和规律。

在分析数据时，学生需要运用所学的物理知识和实验原理来解释实验现象。例如，学生可以通过分析电流示数与小灯泡亮度之间的关系来解释电流值的变化。通过分析数据，学生不仅能够加深对物理知识和实验原理的理解，还能够培养批判性思维和问题解决能力。学生需要学会从数据中发现问题、提出假设并进行验证，从而不断提升自己的科学探究能力。

（4）成果展示与交流。首先，各实验小组需将实验数据、记录及分析结果整理成报告，以图表和文字形式清晰呈现。该过程不仅要求学生准确记录实验数据，还需对数据进行深入分析，挖掘数据背后的科学规律。通过撰写报告，学生的逻辑思维和表达能力得到锻炼。

其次，每个小组轮流上台展示实验成果。在展示过程中，学生需详细介绍实验过程、数据分析及结论，并回答其他同学或教师的提问。该环节不仅考验学生的表达能力，还要求学生具备应对突发问题和质疑的能力。通过展示与交流，促使学生之间的思想发生碰撞，有助于深化其对实验原理和科学规律的理解。

最后，教师还需对学生的展示内容进行评价与反馈。对于展示中的亮点和创新点，教师应给予肯定和鼓励；对于存在的问题和不足，教师应提出具体建议和指导，帮助学生进一步完善实验报告，提升学生科学探究能力。

3.课后实验总结：强化科学探究能力

科学探究能力的形成，并非能够通过课堂教学快速实现。课堂教学活动为学生提供基本的理论知识和方法指导，然而，真正的科学探究能力却需要在实践中不断磨砺和提升[3]。因此，初中物理教师需要充分利用线上教学平台，引导学生完成实验总结，强化学生科学探究能力。

（1）完成实验手册。完成实验手册不仅是对实验过程的梳理，更是对实验知识和技能的巩固。学生通过填写实验手册，能够系统回顾实验目的、原理、步骤及结果，深入反思实验中的得失，进一步加深对科学探究的理解。

在“用电流表测电路”实验手册填写过程中，学生应详细记录实验的全过程。从实验器材的准备开始，学生应列出所需器材清单，并说明器材的用途。接着，学生应详细描述实验步骤，包括电路搭建、器材连接、数据测量等，确保每一步都清晰明了。在实验结果部分，学生应记录所获得的数据，并绘制相应的图表。此外，学生还应分析实验结果，解释实验现象，并与理论预期进行比较，提出对实验以及物理现象的见解和疑问。学生在填写完实验手册后，需要总结自身在实验过程中遇到的问题，并思考在后续实验探究活动中，如何避免此类问题的再度发生。随后将实验手册上传至班级教学平台，以便教师能够在线审批。通过完成实验手册，学生不仅能够加深对实验内容的理解，还能够提升自身的实验技能和科学探究能力。

（2）评审实验手册。实验手册中包含学生对自身实验过程的反思，但受限于学生认知水平，反思难免存在片面性。因此，教师在学生全部上传实验手册后，可以利用在线教学平台智能审批功能，对学生实验手册进行评审，以便能够发现学生未发现的问题，进而提出具体的改进建议。具体而言，教师在评审学生实验手册时，需要注重以下几点：①检查实验手册的完整性，确保学生详细记录了实验的每一个步骤和结果；②关注实验数据的准确性和可靠性，检查学生是否按照实验要求进行正确的测量和记录；③分析学生的实验结果分析部分，评估学生是否能够运用所学知识对实验结果进行合理解释和讨论；④关注学生的反思与改进部分，了解学生在实验过程中的收获和不足，并提出具体的改进建议；⑤注重与学生的沟通和交流。对于学生的优点和亮点，应给予充分的肯定和表扬；对于学生的问题和不足，应提出具体的改进建议和指导；⑥应鼓励学生之间的相互评价和交流，让学生在相互学习中不断进步。

通过评审实验手册，学生不仅能够认识到自身在实验中的不足和需要改进的地方，还能够从他人的优秀表现中汲取经验，进一步提升自身的科学探究能力。以此来增强学生的责任感和自信心，激发其对科学探究的热情和兴趣。

（3）总结与反馈。总结与反馈是本次实验教学模式的最后环节，也是培养学生科学探究能力教学模式的闭环步骤。通过总结与反馈，学生得以全面审视实验过程，深化对实验内容的理解，进而强化自身的科学探究能力。

在实验结束后，教师应组织学生进行实验总结。该过程中，学生需要回顾实验目的、原理、步骤和结果，分析实验中的成功与不足，思考如何改进实验方法和提高实验效果。并且，教师应引导学生对实验过程中遇到的问题进行梳理和反思，探讨问题产生的原因和解决方案，培养学生的问题解决能力。

在总结的基础上，教师应给予学生具体的反馈。反馈内容应涵盖学生在实验设计、操作、数据分析和结论得出等方面的表现。教师还应关注学生在实验总结与反馈过程中的态度变化。该过程有助于培养学生的批判性思维、创新能力和团队合作精神，为学生在未来的学习和工作中奠定坚实的基础。

三、基于科学探究能力培养的初中物理实验教学反思及建议

本次实验教学探究在实践过程中，仍存在以下两方面问题：一方面，教学评价形式亟待优化。当前的评价方式往往侧重于实验结果和书面报告，对学生的实验过程、思维发展和问题解决能力等方面的评价需进一步升华。为更好地培养学生的科学探究能力，后续需要构建多元化的评价体系。将实验操作的规范性、实验设计的创新性、实验数据的处理与分析能力、团队合作与沟通能力等多个方面内容加入评价体系中。通过综合评价学生在各个方面的表现，以便更准确地评估学生的科学探究能力，并针对性地提供指导和帮助。另一方面，信息技术在实验教学中的应用不足，也是当前需要关注的问题。在本次教学实践中，只利用了线上教学平台以及智能批改功能，虚拟实验室等技术应用程度不深。为改进该状况，后续实验教学中，需加强信息技术在实验教学中的应用。具体而言，可以利用多媒体技术展示实验原理和过程，提高学生的学习兴趣和参与度；利用虚拟实验软件模拟复杂实验，降低实验成本和风险等。

四、结语

综上所述，本次初中物理实验教学以培养学生科学探究能力为根本目标。在ADI教学模式的基础上进行优化，以满足当下初中物理教学的实际情况。通过课前精心准备、课中有效实施以及课后及时总结与反馈，学生能够在实验中不断发现问题、解决问题，从而逐步提升科学探究能力。

【参考文献】

[1]周飞.以初中物理实验教学培养学生科学探究能力[J].数理化解题研究，2022（32）.

[2]杨洪云，李秀燕.基于科学探究能力培养的初中物理PBL教学模式初探—以“空气的‘力量’”为例[J].中学理科园地，2022（03）.

[3]冯秀女.重视物理实验教学培养学生科学探究能力[J].现代农村科技，2021（01）.