秦亮

物理核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生在接受物理教育的過程中逐步形成的、適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格，是學生科學素養(yǎng)的重要組成部分。

物理學科核心素養(yǎng)主要由物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四種要素構(gòu)成。其中，科學探究注重實驗和實踐。那么，在實驗教學中，為了激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，對實驗進行創(chuàng)新是很有必要的。

一、實驗內(nèi)容的創(chuàng)新

常規(guī)課堂教學中的實驗，主要包括教師演示和學生分組實驗。這兩種實驗的內(nèi)容，基本上都是根據(jù)課程標準和教材來實施的。在實踐中，有更多的創(chuàng)新內(nèi)容可以作為課堂實驗的補充，比如綜合實踐活動，社團活動，校本課程中的實驗，研學基地中的實驗，科技館、博物館中的實驗，等等。

1.綜合實踐活動、社團活動、校本課程中的實驗

案例一：探究連通器的構(gòu)造和工作原理

在學習《連通器》一課時，教師可以帶領(lǐng)學生參觀水利設(shè)施，面對現(xiàn)實中的船閘為學生講解。這便于學生對連通器的構(gòu)造、原理和運行進行直接觀察和理解，使學生體會到科學、技術(shù)、社會的緊密聯(lián)系。

2.研學基地中的實驗

案例二：探究發(fā)電機的工作原理

在學習《產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件》一課時，教師可以帶領(lǐng)學生到研學基地近距離觀察風力發(fā)電機，請專業(yè)人員講解風力發(fā)電機的相關(guān)知識。這樣更有利于學生對知識點的掌握、理解，使學生認識到許多工具都源于物理學的發(fā)明創(chuàng)造。

3.科技館中的實驗

案例三：靜電實驗

在學習《電荷》一課時，教師可以帶領(lǐng)學生到科技館親身體驗靜電實驗。學生用手觸摸靜電球，身體內(nèi)聚集了電荷，形成電場，頭發(fā)便順著電場線的方向豎起來了。由于腳下是絕緣體，所以電荷并沒有流動，也就沒有形成回路，因此無須擔心觸電。

二、實驗方式的創(chuàng)新

從學習模式和合作模式來看，實驗的主要方式包括學生獨立完成的實驗、學生分組合作完成的實驗。前者以家庭自主實驗為主，后者以課堂分組實驗為主。二者都屬于傳統(tǒng)的實驗方式，其局限性在于科學探究的四個方面，即問題、證據(jù)、解釋、交流往往無法得到充分的體現(xiàn)，難以完成學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.基于項目化學習的物理實驗

項目化學習，即學生在一段時間內(nèi)通過研究并應(yīng)對一個真實的、有吸引力的問題、課題和挑戰(zhàn)，從而掌握重點知識和技能。項目化學習的重點，是學生的學習目標，包括基于標準的內(nèi)容以及批判性思維、問題解決、合作和自我管理等技能。因此，基于項目化學習的物理實驗，對培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)有著重要的作用和意義。

案例四：平均速度的測量

（1）尋找核心知識。在進行實驗前，首先要了解與這個項目化學習相關(guān)的關(guān)鍵概念、基礎(chǔ)知識和技能，即平均速度的概念、路程的測量、時間的測量等。

（2）設(shè)計驅(qū)動性問題。如，通常高速公路上是如何進行區(qū)間測速的？我們?nèi)绾卧谶\動場上的模擬區(qū)間測速？

（3）設(shè)計公開成果及評價要點。項目小組根據(jù)每個成員對區(qū)間測速相關(guān)信息收集進行交流討論，達成共識;設(shè)計實驗方案，在運動場上進行實驗。

（4）設(shè)計認知策略。一般有兩種做法：一是通過實地調(diào)研深入了解區(qū)間測速的原理和操作方法，二是設(shè)計實驗方案以再現(xiàn)高速公路上的區(qū)間測速。

（5）設(shè)計學習實踐及評價要點。項目小組通過社會實踐了解并掌握高速公路區(qū)間測速的原理和操作方法，通過探究性實踐在運動場上進行區(qū)間測速的實驗。

（6）深化全程評價。通過專業(yè)人士、物理教師的外部評價與項目小組成員的內(nèi)部評價，項目小組成員對區(qū)間測速（平均速度的測量）進行反思，并撰寫反思筆記。通過與其他項目小組進行交流與分享，實現(xiàn)對項目的改進、創(chuàng)新和拓展。

2.基于STEAM教育的物理實驗

STEAM教育中的綜合素養(yǎng)主要包括：科學素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)、數(shù)學素養(yǎng)。STEAM的本質(zhì)是跨學科整合，而不僅是一個或多個學科的疊加。借助STEAM教育，最終目標是提高學生的創(chuàng)造力，核心概念是跨界思維。

案例五：能量的轉(zhuǎn)化——太陽能月球車

課程標準在關(guān)于“機械能、內(nèi)能及其轉(zhuǎn)化”的部分中提出，通過實驗，學生認識到能量可以從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，不同形式的能量可以互相轉(zhuǎn)化。教師可將學生分成幾個實驗小組，為每個小組提供太陽能月球車的實驗器材套裝。學生合作分工，根據(jù)說明書和制作材料完成太陽能月球車的模型制作。學生通過實驗，理解了太陽能發(fā)電是指將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電方式。太陽能屬于清潔能源，不會對環(huán)境造成污染，只要有陽光就能實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，使用起來非常方便。

3.基于進階式學習的物理實驗

學習進階是對學生在一個時間跨度內(nèi)學習和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述。學習進階致力于描述學生的思維發(fā)展過程，建立科學的認知發(fā)展模型，為教學序列的安排提供了依據(jù)，讓教學科學、有序、高效。初中物理實驗進階式學習的流程包括經(jīng)驗、映射、關(guān)聯(lián)、系統(tǒng)和整合。

案例六：探究凸透鏡成像規(guī)律

（1）經(jīng)驗。學生知道用放大鏡觀察物體時，物體會變大，但尚不清楚自己觀察到的正立、放大的虛像屬于凸透鏡成像規(guī)律中的一種情況。

（2）映射。學生手持凸透鏡觀察周圍的物體，當被觀察物體到凸透鏡的距離以及眼睛到凸透鏡的距離發(fā)生變化時，所觀察到的影像也隨之變化。進階：教師指導(dǎo)學生學習關(guān)鍵術(shù)語，即焦點、焦距、物距、像距、實像、虛像等。

（3）關(guān)聯(lián)。教師提供實驗器材，指導(dǎo)學生進行分組實驗。進階：學生通過操作、觀察、記錄等手段，發(fā)現(xiàn)凸透鏡成像時，焦距、物距、像距具有內(nèi)在的聯(lián)系，進一步理解虛像和實像的含義。

（4）系統(tǒng)。通過學生的交流討論與教師的評價，師生共同總結(jié)出凸透鏡成像的規(guī)律。進階：學生學習從物理現(xiàn)象中總結(jié)歸納科學規(guī)律的方法，體驗科學研究的過程與方法。

（5）整合。教師指導(dǎo)學生學習凸透鏡成像規(guī)律在生活中應(yīng)用的具體事例。進階：在探究凸透鏡成像規(guī)律的實驗中，激發(fā)學生的求知欲，培養(yǎng)主動與他人合作和交流的精神;學生能用核心概念統(tǒng)整對物理觀念的理解，并建構(gòu)物理觀念間和跨學科概念之間的聯(lián)系。

三、實驗器材的創(chuàng)新

1.自制教具實驗

自制教具活動，是指教師或?qū)W生利用生活中或?qū)嶒炇抑谐Ｒ姷牟牧?，來制作能夠演示物理原理和實驗?guī)律的實驗儀器的教學活動。自制教具活動體現(xiàn)了課程改革理念，強調(diào)實踐與創(chuàng)造并重，注重科學與工程統(tǒng)一。

案例七：探究光的傳播與反射規(guī)律實驗裝置

將長方體形狀的玻璃缸擺放在平整的桌面上;在玻璃缸底部固定一塊小平面鏡;向玻璃缸中注入自來水;將少量淺色顏料或牛奶滴入水中，用玻璃棒攪拌至均勻;將一個鐵架臺放在玻璃缸左側(cè);將紅色或綠色激光筆固定在夾子上;將夾子平行固定在鐵架臺上;打開激光筆的開關(guān)，可觀察到一條清晰的光線沿直線從水中穿過;將激光筆的光線對準小平面鏡，可以觀察到清晰的光的反射現(xiàn)象。

該裝置的特點：使用器材較少，組裝便捷，使用簡便;可以觀察到非常明顯的實驗現(xiàn)象;利用率高，能拆分組合成探究不同光學現(xiàn)象的實驗裝置。

2.信息化實驗

數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）實驗室，是為實現(xiàn)理科教學和信息技術(shù)整合而開發(fā)的，是運用現(xiàn)代信息技術(shù)進行學習的一種手段。DIS運用傳感器采集實驗數(shù)據(jù)，通過接口與計算機連接，完成數(shù)據(jù)采集，并能給出數(shù)據(jù)分析表和曲線，從而實現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)的即時處理和直觀表現(xiàn)。DIS實驗簡化了實驗數(shù)據(jù)的采集過程，在觀測小信號和瞬間變化信號、處理數(shù)據(jù)和分析實驗結(jié)果等方面具有傳統(tǒng)實驗儀器不可比擬的優(yōu)勢。這種方式不僅擴大了測量范圍，而且提高了精度、速度，拓寬了研究范圍。

案例八：觀察聲音的特性

（1）觀察聲波的圖像。使用電腦預(yù)裝的數(shù)據(jù)采集器，進入物理實驗專用界面，將聲波傳感器接到數(shù)據(jù)采集器第一通道上;敲擊音叉，將聲波傳感器靠近聲源，就可以在屏幕上觀察到聲音的波形圖像。由此證明發(fā)聲的物體在振動，且具有波形特征。

（2）觀察音調(diào)與頻率的關(guān)系。進入物理實驗專用界面，選取兩個頻率不同的音叉，用相同的力度分別在聲波傳感器附近敲擊，觀察不同頻率聲音的波形圖像。點擊“開始”按鈕，敲擊音叉，可以觀察到聲音的波形。然后點擊“停止”按鈕，可以觀察到兩組不同的圖像。對比計算得出音叉的頻率，總結(jié)音調(diào)與頻率的關(guān)系。

（3）觀察響度與振幅的關(guān)系。進入物理實驗專用界面，用不同的力度分別敲擊同一個音叉，將聲波傳感器靠近音叉，得到兩組波形，觀察兩組不同的圖像，總結(jié)響度與振幅的關(guān)系。

3.樂高積木搭建實驗

樂高教育獨創(chuàng)了4C顧問式的教育解決方案，即聯(lián)系、建構(gòu)、反思、延續(xù)。4C的教育理念主要在于開發(fā)學生智力、想象力、創(chuàng)造力和動手能力，提高學生的科學素養(yǎng)。學生在搭建樂高積木的過程中進行觀察、思考、聯(lián)想，邊操作邊發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，反思搭建的作品，逐步提高創(chuàng)造力、動手能力和團隊協(xié)作能力。

通過以上三種創(chuàng)新策略，物理教師可以拓寬實驗思路，完善實驗設(shè)計，以此有效激發(fā)學生學習物理的興趣，從而實現(xiàn)培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的目標。

（本文系2021年度河南省基礎(chǔ)教育教學研究項目“基于核心素養(yǎng)的初中物理創(chuàng)新型實驗開發(fā)策略的研究”的研究成果，課題編號：JCJYC210607023）