指向创新能力培养的初中物理实验教学策略

摘 要：实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养学生创新能力的重要途径。当前初中物理实验教学存在实验内容单调、方法陈旧和资源匮乏等问题，导致学生的创新能力得不到有效培养。为了激活学生的创新思维，提升学生的实践能力，教师应从注重实验方案的多样化、丰富实验内容的层次性、加强实验的反思与讨论、开发跨学科实践项目和设计多元化的创意作业等方面，探索优化初中物理实验教学的策略，培养学生的创新能力。

关键词：初中物理；实验教学；创新能力

中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：0450-9889（2024）19-0121-04

中小学阶段是培养学生创新素养的关键时期，如何在这一重要阶段对学生进行培根铸魂、启智润心，赋予学生更多的创新精神和创新能力，是广大中小学教育者面对的时代课题。实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养学生创新能力的重要途径。2019年11月，教育部在《关于加强和改进中小学实验教学的意见》中提出，实验教学要强化学生实践操作、情境体验、探索求知、亲身感悟和创新创造，着力提升学生的观察能力、动手实践能力、创造性思维能力和团队合作能力，培育学生的兴趣爱好、创新精神、科学素养和意志品质。初中物理实验教学对培养学生的科学素养和创新能力等方面具有独特优势［1］。《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称《2022年版物理课标》）要求教师高度重视实验教学，充分发挥物理实验教学的育人功能，培养学生的问题解决能力和创新精神［2］。然而，当前初中物理实验教学存在实验内容单一、方法陈旧和资源匮乏等问题，导致学生的创新能力得不到有效培养。笔者从实验教学设计、教学方法、教学环境等多个维度出发，提出一系列指向创新能力培养的初中物理实验教学策略，以期为学生的创新能力发展提供有力支持。

一、初中物理实验教学与学生创新能力培养的问题

（一）实验内容单调，缺乏创新性

当前的初中物理实验教学，大部分实验内容比较固定和单调，主要集中在验证已知的物理原理和定律上，缺乏设计性和探索性的实验内容。学生在实验中更多的是按照既定的实验步骤进行操作，很少有机会去尝试和探索新的实验方法和思路，从而限制了学生创新思维的发展。

（二）实验方法陈旧，缺乏启发性

受传统教育观念的影响，部分教师仍摆脱不了教师讲解、学生全盘接受的传统教学方式。一些初中物理教师在实验教学中可能过于依赖传统的讲授和演示方式，缺乏对学生独立思考和创新思维的引导。这种“填鸭式”的教学方法，容易让学生陷入被动接受的状态，缺乏主动探究意识，机械地对照教材完成物理实验，难以培养学生的创新能力。

（三）实验资源匮乏，缺乏实践性

实践操作是物理学习的关键环节，有助于学生将理论知识转化为实际能力，激发创新思维。然而，一些初中学校由于实验场地、仪器设备和材料等教学资源匮乏，导致学生没有足够的机会进行实践操作。缺乏实践操作的机会，导致学生难以直观理解物理原理，限制了学生对物理知识的深入探索和运用。许多物理实验教学更像是“走过场”，或者半途而废改成了“讲实验”，学生最终不得不通过死记硬背来掌握实验内容和结论，导致不利于学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等核心素养的培育和发展［3］。

二、初中物理实验教学培养学生创新能力的原则

（一）以教师为主导，以学生为主体

在初中物理实验教学中，教师作为引导者，需要转变传统的“填鸭式”教学模式，设计富有趣味性、挑战性和启发性的教学活动，激发学生的好奇心和求知欲，为学生创造探索物理世界的机会。教师精心设计驱动性问题，有目的、有针对性地引导学生“走向成功”，这比直接让学生在物理实验中盲目地摸索，教学效果更佳。学生作为学习的主体，应积极参与实验探究活动，主动思考和探索，在实践中发现问题、分析问题和解决问题，通过实践操作来深化对物理知识的理解，培养创新思维和创造能力。

（二）培养发散性思维，鼓励质疑挑战

发散性思维是获得创造性解决问题的思路和方法的有效途径。在初中物理实验教学中，教师可以通过设置问题情境、引导学生从多角度去思考问题、鼓励学生提出自己的见解和方案等方式，培养学生的发散性思维；通过让学生自行设计实验方案、分析实验结果、提出改进建议，培养学生的独立思考能力和创新能力。同时，教师还需要给予学生充分的支持和鼓励，让学生敢于尝试、敢于创新、敢于面对失败和挑战。这样，学生才能在不断的探索中提升创新能力。

三、初中物理实验教学培养学生创新能力的策略

教育家刘佛年先生说过，学生只要在学习过程中有点新思想、新观念、新意图、新做法、新方法等，都可以称得上创新。在初中物理实验教学中，学生可以通过自主设计实验方案、进行实验操作、观察实验现象、分析实验结果等一系列的学习过程，激发创新思维，培养创新能力。

（一）注重实验方案的多样化，拓展学生的探索空间

物理实验能有效激发学生学习物理的兴趣，提高学生对物理实验现象的关注度和探究意识。因此，教师应结合教学内容和学生的生活实际，引入具有创新性和挑战性的实验项目，激发学生的探究欲望和创新思维。例如，在学习人教版物理八年级上册第一章第2节“运动的描述”时，为了让学生知道机械运动，能说明机械运动的相对性，教师设计了“一起拍电影”小组合作实验：利用白云墙纸、孙悟空贴画、透明线等小道具，模拟孙悟空窜上天的镜头。教师引导学生自主设计实验方案、观察实验现象、分析实验结果，这种自主探究的过程不仅可以深化学生对物理知识的理解，而且有助于培养学生的创新思维。

多样化和富有探究性的实验主题，能够为学生提供广阔的探索空间。学生通过自主选择实验材料和设计实验方案，在探索中发现问题、分析问题和解决问题，逐渐培养创新思维和实践能力。例如，“探究不同材料对热传导性能的影响”的教学目标是通过实验探究不同材料对热传导性能的影响，理解热传导的基本原理。教师提供金属、塑料、木材等多种不同材料的样本，以及加热设备、温度计、绝缘材料等，鼓励学生独立思考，根据实验目的自主选择实验材料、设计实验方案，并进行实验验证。教师提供必要的指导和支持，但不过多干预学生的实验过程。学生在材料的选择和比较中培养了对比分析能力，在对实验现象的观察、思考和质疑的过程中发现新问题、发展了创新思维，在推理和实验验证中锻炼了解决问题的能力。

（二）丰富实验内容的层次性，提升学生的认知能力

认知能力是创新的基础，创新则是认知能力的升华。认识能力越强的学生，越能发现新问题、提出新见解。通过不断地尝试和突破，学生能够将所学知识转化为新颖的观点和方法，从而推动创新能力的发展。在物理实验教学中，教师可以根据实验目的和学生的认知水平，设计富有层次与挑战的开放性实验，引导学生层层深入地探索物理知识，提升认知能力。教师从基础实验入手，逐步引入复杂实验，让学生在实践中不断挑战自我，深化对物理知识的理解。

实验内容的层次性对学生认知能力的提升至关重要。教师设计具有不同难度层次的实验内容，引导学生逐步深入探究，从而增强学生的理解力和分析力。例如，学生学习了人教版物理八年级下册第七章第2节“弹力”后，针对课本实验“练习使用弹簧测力计”，教师可以设计项目式学习活动“弹簧测力计DIY学习手册”，要求学生利用身边的材料，自主设计、制作一个弹簧测力计并进行优化。“弹簧测力计DIY学习手册”包含以下子任务：认识弹簧测力计—设计弹簧测力计—制作弹簧测力计—优化弹簧测力计—评价弹簧测力计。学生完成项目式学习活动，掌握了弹簧测力计的结构、功能、原理和使用方法。这样有层次的学习任务，学生可以逐步从基础知识掌握，到复杂问题分析，再到创新应用实践，实现认知能力的全面提升。

教师布置开放性的实验任务，鼓励学生自主设计、探索和实践，能够激发学生的创新思维，培养学生的问题解决能力。通过开放性实验，学生能在实践中深入理解物理原理，探索未知并发现新规律，从而激发创新潜能，为未来的科学研究和技术创新奠定坚实基础。例如，学生学习了人教版物理八年级下册第十一章“功和机械能”后，教师要求学生设计并制作一个能够将重力势能转化为动能的机械装置。学生根据实际需要，选择木块、绳子、滑轮、小车、弹簧、电动机、传感器等材料设计实验，创造出不同的机械装置来实现重力势能向动能的转化。这个实验任务具有开放性，允许学生自由发挥想象，尝试不同的解决方案。学生在实际操作中活用方法、巧用工具，培养了动手实践能力，丰富了想象力和创造力。

（三）加强实验反思与讨论，推进实验手段的数字化

加强实验反思与讨论不仅能加深学生对知识的理解和掌握，而且能让学生从多个角度审视实验，提出疑问，评估实验方法的优缺点。反思与讨论的过程有助于培养学生的批判性思维能力、交流合作能力和问题解决能力，对学生的全面发展具有积极作用。学生在交流讨论中拓宽思维视野，激发创新灵感，通过对实验器材、实验现象、实验结果进行分析，进而提出改进方案，利用现代技术工具进行实验模拟和数据分析，提高实验的精度。《2022年版物理课标》提出，当有些物理实验无法通过传统实验器材完成，或很难达到预期的效果时，可借助信息技术手段，通过数字实验设备完成。目前，现代实验技术——数字化信息系统（DIS）已融入初中物理教材与课堂，为实验教学注入了崭新活力。

利用DIS实验可实现动态数据实时测量、记录，获得大量可靠数据，依据大量数据样本即时绘制规律图像，使实验现象直观化，便于学生观察、分析。DIS实验促使传统实验由定性分析向定量探究推进，增强学生的实践体验。例如，在人教版物理八年级下册第十章第2节“阿基米德原理”一课教学中，学生发现课本中“探究浮力的大小与排开液体所受重力的关系”的实验方案，无法连续测量排开液体所受重力的关系，且吊着重物的弹簧测力计的下降难以保证匀速，导致测量结果不准确。教师组织学生分学习小组进行讨论，想办法改进实验方案。在教师的引导下，学生想到要保证重物静止，就需要一个不会收缩的测力计，可以使用DIS力学传感器，以提高测量的科学性和准确性。学生改进实验方案如图1所示，利用DIS力学传感器读出重物所受到的浮力大小，以及小桶承接到的排开水的重力大小，使得同时读数更为方便和准确。

推进实验手段的数字化，不仅能丰富实验内容，而且能培养学生的信息素养和创新能力。DIS实验系统能够大幅提高实验的测量精度和数据处理效率，实现动态数据的实时测量与记录，便于学生直观地观察实验现象，分析实验结论，还能促使实验教学由定性分析向定量探究过渡。因此，在初中物理实验教学中，教师应引导学生加强对实验的反思与讨论，让学生利用传统实验器材和DIS实验进行实验创新，有效增强学生的实践体验，进一步培养学生的创新思维和科学探究能力。

（四）开发跨学科实践项目，激发学生的自主探索精神

《2022年版物理课标》提出，跨学科实践主题内容的设计与日常生活、工程实践及社会热点问题密切相关，旨在发展学生跨学科运用知识的能力、分析和解决问题的综合能力、动手操作的实践能力，培养学生积极认真的学习态度和乐于实践、敢于创新的精神。开设初中物理跨学科实践项目的校本课程，旨在让学生从多角度、多领域探索物理知识，拓展学生的知识视野，激发学生的自主探索精神。学生在跨学科实践活动中，能够自主发现问题、解决问题，形成跨学科的知识体系和思维方式，全面提升创新能力和综合素养。

真实情境下的跨学科实践项目更能激发学生的学习兴趣和学习动力，促使学生主动探索、自主学习，通过跨学科的学习促进思维进阶［4］。教师可以开发基于真实情境的跨学科实践项目，包含但不限于图2所示内容。跨学科实践项目将物理知识与社会生活、其他学科知识紧密结合，让学生在真实情境中运用物理知识解决跨学科问题。跨学科实践活动要求物化学习成果，增强学生的知识迁移运用能力和动手操作技能，培养学生的跨学科思维。跨学科实践项目丰富了学生的学习体验，帮助学生构建完整的知识体系，有利于提高学生的综合素质和未来的竞争力。

1.环境监测与保护：学生可以利用物理学的知识和技术，如温度、湿度、风速等的测量，来监测环境变化。通过实际观测和数据分析，学生深入了解物理测量原理，还能提出保护环境的措施，实现物理与地理、生物学等学科的交叉融合。

2.能源调查与效率提升：学生可以探究太阳能、风能等不同类型能源的应用，评估它们的效率并尝试改进。这个项目结合了物理中的能量转化原理和数学的数据分析，同时也涉及环境科学和社会学的内容，有助于学生全面了解能源问题。

3.设计与制造：学生可以设计并制造一个小型机械装置或电子设备。这个项目结合了物理中的力学、电学和电磁学知识，同时涉及设计思维和工程实践，有利于培养学生的创新精神和实践能力。

4.物理与体育跨学科实践：通过分析引体向上、跳绳、掷实心球、拔河等体育项目中的物理原理，学生可以更好地理解力学知识，并将理论知识运用于实际情境中。

（五）设计多元化的创意作业，指导学生体验多样化的科技活动

作业是课堂教学的延伸、补充和拓展。初中物理实验教学中，教师可以在课堂或课后设置问题解决情境创意作业，激发学生的创新思维。教师布置课外小实验、小制作、小发明等与物理知识紧密联系的作业，鼓励学生利用身边的物品和器材进行实验，可以有效弥补学校物理实验设备、材料的不足，让学生在实践操作中感受物理的趣味和价值。例如，以生活物品设计物理实验作业，作业内容包括自制密度计、设计制作简易潜望镜、设计制作万花筒、探究双面镜成像个数与镜成夹角的关系等，学生将制作或探究过程写成一份实验报告，从而实现深度学习。教师设计多元创意作业，让学生经历更多的实践和探究，不断提升创新能力［5］。

科技活动涵盖了物理知识的探索、实验操作的实践和科学原理的应用等多个方面，为学生提供了挑战和展示自我的平台，提供了更多动手实践的机会。在动手实践过程中，学生会遇到一些问题，自然会开动脑筋思考解决问题的办法，同时也会提出更多相关的问题，而这些问题反过来会进一步激发学生的探索欲望。学生在参与科技活动过程中实现“玩中学”“学中玩”，在竞赛中互学互鉴、共同提升，实践能力、创新意识和科学素养都得到全面提高。例如，南宁市第二中学物理教师课外指导学生设计富有创意和趣味性的物理游戏、创新实验展示等，参加学校每年举办的科技节，鼓励学生展示自己的才华和创新能力；组织和指导学生参加每年的全国青少年劳动技能与智能设计大赛，学生在进行设计和比赛的过程中，动脑想、动手做，体会物理原理的应用与价值，培养和提高跨学科思维、劳动技能、创新能力和综合素质。通过参与科技活动，学生能在不同领域感受物理的魅力，拓宽视野，为未来的科技创新奠定坚实基础。

总之，创新能力的培养离不开宽松民主的学习氛围，创造性思维的发展离不开挑战性问题与实践活动。在初中物理实验教学中，教师注重激发学生的创新潜能，通过设计具有启发性和挑战性的实验项目，引导学生主动探索、积极实践，开发跨学科实践项目、设计多元化的创意作业和指导学生体验多样化的科技活动，拓宽学生的创新思路，有效培养学生的问题解决能力和创新能力。

参考文献

［1］张健，李春密.促进创造性思维发展的物理实验教学策略与实践［J］.物理教学，2023，45（9）：7-11.

［2］中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2022年版）［S］.北京：北京师范大学出版社，2022：43-44.

［3］王海宇，黎雪，莫海浪.创新实验教具与方案 培养学生科学探究核心素养：以沪粤版物理八年级上册“3.2探究光的反射规律”为例［J］.广西教育，2022（22）：81-84.

［4］马芸青.基于学习力提升的生活化物理作业设计优化策略［J］.中小学课堂教学研究，2023（3）：37-40.

［5］曹蕴瑞.基于核心素养的初中物理作业设计例析［J］.中学物理教学参考，2023，52（5）：6-8.

注：本文系南宁市教育科学“十四五”规划2021年度课题“核心素养下的初中物理深度学习教学实践研究”（2021C015）的阶段研究成果。

（责编 韦榕峰）