吉增群

[摘要] 實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)是落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。結(jié)合初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，分析了存在問題的原因，提出了指向提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略：轉(zhuǎn)變物理教師觀念，加強(qiáng)自身專業(yè)研究能力;積極開展教學(xué)實(shí)踐，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力;開發(fā)課外新型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞] 實(shí)驗(yàn)探究;初中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);探究能力

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是落實(shí)物理課程標(biāo)準(zhǔn)的重要手段，也是提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究核心素養(yǎng)的重要途徑。然而，受思想認(rèn)識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、升學(xué)壓力等諸多因素影響，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不佳、學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力不強(qiáng)一直是實(shí)際教學(xué)中普遍存在的問題。因此，如何在物理教學(xué)中提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，挖掘物理實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值，已經(jīng)成為當(dāng)前物理教學(xué)改革的重要課題。

一、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不少物理教師不太重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)不如看實(shí)驗(yàn)，將動(dòng)手演示實(shí)驗(yàn)用課件“演示”代替，這樣不僅省時(shí)又省力，還避免了學(xué)生盲目看熱鬧，確保課堂中的每位同學(xué)都能看到視頻中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論。殊不知，如果沒有做實(shí)驗(yàn)，就不能有效聯(lián)結(jié)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和操作技能，不利于物理思維的培養(yǎng)。

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，大部分教師采用先講解后學(xué)生自己操作的教學(xué)方式，缺乏思維調(diào)動(dòng)，對(duì)解決問題的過程視而不見，過于關(guān)注解答問題。學(xué)生完全自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會(huì)微乎其微，基本按教師的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣，雖然學(xué)生做出了完美的實(shí)驗(yàn)，但是對(duì)原本探究實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題或者失敗因素缺少了深層次的

思考。

另外，不少學(xué)校的實(shí)驗(yàn)儀器年代久遠(yuǎn)，或多或少存在老化或缺失的情況，這嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)效果，甚至使得很多實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行。而大部分物理教師迫于升學(xué)壓力，很難抽出時(shí)間和精力對(duì)實(shí)驗(yàn)中的問題進(jìn)行仔細(xì)研究，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材或開發(fā)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)來達(dá)到實(shí)驗(yàn)效果的美好設(shè)想很難實(shí)現(xiàn)。這不但會(huì)使得學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣逐漸喪失，而且不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的

培養(yǎng)。

二、初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題分析

當(dāng)下，課程標(biāo)準(zhǔn)雖大力推進(jìn)學(xué)科素養(yǎng)培育，但因長期受應(yīng)試教育影響，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更多被用來應(yīng)付考試中的實(shí)驗(yàn)題。即便讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，也是提前將實(shí)驗(yàn)流程準(zhǔn)備好，并且在實(shí)驗(yàn)過程中，講解大于探究，不能充分舉證歸納，導(dǎo)致學(xué)生淺嘗輒止，很難深度理解和內(nèi)化所學(xué)知識(shí)，更不用說提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力了。

長期以來，物理中考對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的考查僅體現(xiàn)在試題的實(shí)驗(yàn)題中，并沒有考查學(xué)生實(shí)際操作能力。另外，物理中考涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，但物理課時(shí)有限，為了提高中考物理成績，教師通常會(huì)補(bǔ)充難度較大的解答題，幾乎沒有時(shí)間和精力花在物理實(shí)驗(yàn)上。因此提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力、培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)往往并未落到實(shí)處。

三、加強(qiáng)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略探究

（一）轉(zhuǎn)變物理教師觀念，加強(qiáng)自身專業(yè)研究能力

要改變物理教師忽視實(shí)驗(yàn)探究中能力培養(yǎng)和思維訓(xùn)練這一現(xiàn)狀，學(xué)校應(yīng)為教師多提供專業(yè)學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，教師也應(yīng)主動(dòng)學(xué)習(xí)先進(jìn)的教育理念，改變陳舊的教育觀念，以發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)為目標(biāo)，潛心研究教材中的實(shí)驗(yàn)，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)角度進(jìn)行變革，變單一驗(yàn)證為科學(xué)探究。例如，課堂演示實(shí)驗(yàn)利用現(xiàn)代教學(xué)手段，或在教學(xué)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)切入一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，通過探究實(shí)驗(yàn)來化解教學(xué)難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生深層次理解;學(xué)生實(shí)驗(yàn)則摒棄之前按部就班的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，真正讓學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦，基于真實(shí)學(xué)情切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)操作能力;課后則鼓勵(lì)學(xué)生多做家庭小實(shí)驗(yàn)，通過動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，熟知實(shí)驗(yàn)探究步驟，發(fā)現(xiàn)實(shí)際操作中的疑難問題，進(jìn)而思考解決問題的辦法。以上做法目的都是將學(xué)生物理核心素養(yǎng)培育融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，緊跟時(shí)代步伐，培養(yǎng)新時(shí)代創(chuàng)新人才。

（二）積極開展教學(xué)實(shí)踐，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力

物理學(xué)科的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，在教學(xué)過程中，要注重學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐，積極開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不斷鼓勵(lì)學(xué)生通過觀察、比較、實(shí)驗(yàn)、歸納、類比等研究方法提出各種假設(shè)和猜想，鼓勵(lì)學(xué)生善于動(dòng)手、勤于動(dòng)手，在腦、手、口的協(xié)作中激發(fā)自己的潛能，提高實(shí)驗(yàn)操作能力，同時(shí)，培養(yǎng)積極探索的精神和創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生思考和解決實(shí)際遇到的新問題的能力。

1.創(chuàng)設(shè)研究情境，確定實(shí)驗(yàn)探究問題

一切思維都是從問題開始的。初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)問題情境，以引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突為起點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生分析知識(shí)內(nèi)容，結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)提出疑問，討論并確定感興趣、可操作的實(shí)驗(yàn)探究問題，并將實(shí)驗(yàn)探究的問題整理出來。

例如蘇科版八年級(jí)物理下冊“浮力”教學(xué)中的活動(dòng)實(shí)驗(yàn)，探究下沉的物體是否受到浮力。在實(shí)驗(yàn)過程中，金屬塊或者石塊浸入水中前后，彈簧測力計(jì)的實(shí)際讀數(shù)變化并不明顯。為進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，教師向?qū)W生展示了雄偉的長江大橋，并提出問題“橋墩是否受到水的浮力作用”，他們結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對(duì)已有經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)生了質(zhì)疑。此時(shí)，教師提示“密度是物體質(zhì)量和體積之比”，激發(fā)學(xué)生來思考“物體浮力大小是否與物體的體積、密度有關(guān)，是否與浸入液體的密度有關(guān)”，從而自然過渡到學(xué)生實(shí)驗(yàn)“探究影響浮力大小的因素”。在此過程中，教師在課堂中先創(chuàng)設(shè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究情境，將學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知的現(xiàn)象作為探究問題拋出，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究興趣，再鼓勵(lì)他們討論后整理出實(shí)驗(yàn)探究的問題。真正做到答疑解惑，避免學(xué)生被錯(cuò)誤認(rèn)知誤導(dǎo)。

2.精心設(shè)計(jì)問題，進(jìn)行合理猜想與假設(shè)

在課堂上，教師要不斷打破傳統(tǒng)教學(xué)思維的束縛，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生實(shí)驗(yàn)探究為主的教學(xué)模式，敢于創(chuàng)新教學(xué)策略，精心設(shè)計(jì)啟發(fā)式問題來改善教學(xué)效果，讓學(xué)生敢于猜想與假設(shè)、主動(dòng)協(xié)作、主動(dòng)探索。

例如，蘇科版八年級(jí)物理下冊第六章第四節(jié)“密度知識(shí)的應(yīng)用”中，“設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)列出金屬螺母、石塊、玻璃球三種物質(zhì)，要求選擇其中一個(gè)測量密度。以測石塊的密度為例，常規(guī)方案是先用天平稱量石塊的質(zhì)量，在量筒中注入一定體積的水，讀出讀數(shù)V1;再用細(xì)線捆綁石塊浸入量筒的水中，讀出此時(shí)的讀數(shù)V2，兩次讀數(shù)的差值就是石塊的體積，最后計(jì)算質(zhì)量與體積的比值就可以得到石塊的密度。如果教師按照常規(guī)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行教學(xué)，則仍然是照本宣科的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，無法滿足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究欲望，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

為此，教師精心設(shè)計(jì)了如下問題引導(dǎo)學(xué)生思考：

（1）教材提到如何測“形狀不規(guī)則的物體”的密度，如果是比水輕的物體，比如泡沫呢？我們?nèi)绾螠y量泡沫的密度？（2）如果是能溶于水的糖，又如何測量其密度？對(duì)于問題（1），學(xué)生注意到泡沫會(huì)浮在水面上，經(jīng)過討論，他們很容易猜想用一根細(xì)鐵絲將泡沫壓在水里，使泡沫全部浸入水中后，再根據(jù)兩次讀數(shù)差值，算出泡沫的體積。對(duì)于問題（2），由于糖塊形狀不規(guī)則且易溶于水，學(xué)生一時(shí)無法想到如何測出其體積。教師適時(shí)啟發(fā)：不能用排水法測體積，能不能用其他固體或液體來代替？學(xué)生恍然大悟，有的猜想可用細(xì)沙或者食用油來代替水，有的提出可用橡皮泥將糖塊包裹住，間接測出其體積。教師肯定了這些想法，并在課后帶領(lǐng)他們進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生們主動(dòng)探索、積極體驗(yàn)，通過動(dòng)手操作驗(yàn)證自己的各種猜想，在知識(shí)的探索和獲取過程中，由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加透徹和深刻。

3.注重思維培養(yǎng)，設(shè)計(jì)并實(shí)施探究方案

實(shí)驗(yàn)探究中伴隨著一系列的思維和認(rèn)知的碰撞，高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)探究對(duì)學(xué)生高階思維的培養(yǎng)具有十分重要的作用。在實(shí)驗(yàn)探究中，教師可以適當(dāng)啟發(fā)學(xué)生變換實(shí)驗(yàn)條件，提出新的實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)，引導(dǎo)學(xué)生在面對(duì)新問題時(shí)正確判斷、質(zhì)疑，從而讓學(xué)生設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)探究方案，并且參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的思維進(jìn)階，在深化理解中遷移應(yīng)用，進(jìn)而將碎片化的知識(shí)形成結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從而建構(gòu)正確的物理觀念。

仍然以測物體密度為例，基于學(xué)生已掌握以上固體和液體的密度測量方法，此時(shí)教師將生活元素融入實(shí)驗(yàn)情境中，激發(fā)學(xué)生“跳一跳摘到桃”的勇氣，提出“如果現(xiàn)在只有天平、燒杯、水和橙汁，如何測量橙汁的密度？”因?yàn)槿鄙倭肆客?，橙汁的體積無法直接測量，很多學(xué)生囿于思維定式，不知如何解決。教師提醒他們實(shí)驗(yàn)材料中有水，仍然可以利用上述的替換法來思考。學(xué)生們紛紛開動(dòng)腦筋，經(jīng)過熱烈討論，認(rèn)為可以用體積替換法來設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案：第一步，調(diào)節(jié)天平平衡，測出空燒杯的質(zhì)量m1;第二步，在燒杯中加滿水，測出燒杯和水的總質(zhì)量m2;第三步，倒出水，在燒杯中加滿橙汁，測出橙汁和燒杯的總質(zhì)量m3;第四步，計(jì)算出橙汁的體積：V橙汁=V水=（m2-m1）/ρ水，橙汁的質(zhì)量：m橙汁=m3-m1，從而得出橙汁的密度。為了促進(jìn)學(xué)生的高階思維，教師可以繼續(xù)變換條件：現(xiàn)有天平（無砝碼）、燒杯、水、量筒，如何測量酒精的密度？氣體的密度又如何測量？這些問題是教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的拓展，當(dāng)學(xué)生遇到困難時(shí)，啟發(fā)他們靈活改變思路，不斷鼓勵(lì)他們進(jìn)行思考、探索及變通，將科學(xué)知識(shí)和方法遷移，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生遷移能力，發(fā)展學(xué)生的高階思維。

4.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，交流評(píng)價(jià)中得出結(jié)論

物理學(xué)中的定律通常從物理實(shí)驗(yàn)中概括、歸納出來，因此，有針對(duì)性地觀察實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象、記錄實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)尤為重要。在實(shí)驗(yàn)前需要準(zhǔn)備好記錄的圖表;實(shí)驗(yàn)中需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?duì)待實(shí)驗(yàn)，做到操作正確、善于觀察、詳細(xì)記錄;實(shí)驗(yàn)探究結(jié)束后，需要針對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行合理地評(píng)價(jià)和總結(jié)，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行匯總，對(duì)記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理得到結(jié)論。

例如，蘇科版物理九年級(jí)上冊探究電流和電壓關(guān)系、電流和電阻關(guān)系的學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生采用控制變量法，在滿足控制量的條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)變化量之間的關(guān)系與數(shù)學(xué)學(xué)科中所學(xué)的函數(shù)關(guān)系相似，結(jié)合坐標(biāo)圖處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在保持電阻一定時(shí)，電流隨電壓的增大而增大，且電壓與電流的比值不變，符合數(shù)學(xué)中正比例函數(shù)圖像特征。當(dāng)電壓一定時(shí)，電流隨電阻的增大而減小，畫出電流和電阻的關(guān)系圖，符合數(shù)學(xué)中反比例函數(shù)特征。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)探究過程中，教師應(yīng)用好評(píng)價(jià)的手段。學(xué)生可以自評(píng)，分析探究過程中出現(xiàn)的問題，并找出原因，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過程進(jìn)行評(píng)價(jià);也可以小組間互評(píng)，找出各組實(shí)驗(yàn)方案或過程的優(yōu)劣，取長補(bǔ)短，最終得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。通過交流評(píng)價(jià)，學(xué)生不僅更好地掌握實(shí)驗(yàn)本身，動(dòng)手能力得到相應(yīng)提高，還促進(jìn)了他們的合作、溝通和表達(dá)能力的提高。

（三）開發(fā)課外新型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力

教師和學(xué)生需要積極改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材或開發(fā)創(chuàng)新型課外實(shí)驗(yàn)，充分挖掘?qū)W生的潛力，注重提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，以在潛移默化中提升物理學(xué)科素養(yǎng)。同時(shí)，學(xué)校還要積極引導(dǎo)家庭與社會(huì)組織學(xué)生開展實(shí)踐活動(dòng)，持久激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，增強(qiáng)學(xué)生的自主探究能力，構(gòu)建一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

例如，學(xué)生可以利用電鈴工作原理制造出“小雞啄米”的兒童玩具;電梯運(yùn)行時(shí)，站在體重計(jì)上，觀察其示數(shù)如何變化，由此增強(qiáng)學(xué)生對(duì)超重、失重狀態(tài)下人的受力平衡的理解;在“測量平均速度”實(shí)驗(yàn)中，為減小摩擦力，用小玻璃球和電線槽做來改進(jìn);將用塑料膜包好的手機(jī)藍(lán)牙音響放入水中，用話筒將水內(nèi)的聲音送到擴(kuò)音器內(nèi)，全班學(xué)生都能聽到原來水下聽不到的聲音;利用凸透鏡原理，用裝有水的礦泉水瓶對(duì)著太陽光照射，在最亮點(diǎn)處放一個(gè)易燃物，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，告知他人車上隨便放礦泉水會(huì)有潛在危險(xiǎn)等。

通過這些創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的探究，不僅大大激發(fā)了學(xué)生的探究熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，還有助于理解物理知識(shí)難點(diǎn)，獲得學(xué)習(xí)物理的成就感。

教師是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的引導(dǎo)者、設(shè)計(jì)者、組織者，也是學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的參與者、推動(dòng)者。教師應(yīng)注重與教材有機(jī)結(jié)合，提供更加靈活和多樣的實(shí)驗(yàn)探究方式，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷培養(yǎng)和深化學(xué)生的核心素養(yǎng)。

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