霍曉宏，享受國務院政府津貼專家，全國優(yōu)秀教師，天津市中小學首批正高級教師，中學物理特級教師。曾任原天津市中小學教育教學研究室副主任，天津市第一中學黨委書記、校長，天津市教科院基礎教育研究所與體美勞教育研究中心書記、體美勞教育研究中心主任，主要從事基礎教育研究。

主持人：霍曉宏

實驗作為自然科學理論建立的基石，它不僅是傳授知識、方法的有效手段，而且是培養(yǎng)學生科學精神的重要途徑。在《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》中，科學精神被明確列為六大核心要素之一，強調對學生理性思維、批判質疑、勇于探索的素養(yǎng)要求。

實驗教學能夠培養(yǎng)學生的理性思維。在實驗過程中，學生需要遵循科學的方法和規(guī)范，對實驗現(xiàn)象進行客觀的觀察和記錄，對實驗數(shù)據(jù)進行理性的分析和推理。這種訓練有助于學生形成嚴謹?shù)乃季S方式，增強處理問題的邏輯性和條理性。

實驗教學能夠激發(fā)學生的批判質疑精神。在實驗中，學生可能會遇到與預期不符的現(xiàn)象或數(shù)據(jù)，這時就需要勇于提出疑問，敢于質疑已有的結論或理論。這種批判性思維的培養(yǎng)，有助于學生形成獨立思考的能力，不盲從、不迷信，能夠用科學的眼光審視世界。

實驗教學能夠鼓勵學生勇于探索的精神。在實驗中，學生需要自己動手操作，親自驗證理論知識的正確性。這種實踐過程能夠讓學生體驗到科學探索的樂趣，激發(fā)他們對未知世界的好奇心和求知欲。同時，實驗中可能會遇到的困難和挑戰(zhàn)，也能夠鍛煉學生的意志力和解決問題的能力。

實驗教學與科學精神的培養(yǎng)是密不可分的。為此，今特邀紅橋區(qū)教師發(fā)展中心物理教研員郜建輝和天津市東麗區(qū)英華學校物理教師王品品，請他們談一談有關物理實驗教學助力學生科學精神培養(yǎng)方面的一些看法、做法和反思。

一、我們的體會

王品品

物理實驗教學強調通過實際操作來學習，使學生能夠親身體驗物理現(xiàn)象和原理的形成過程；通過實驗觀察，使學生感受到物理規(guī)律的作用，鍛煉動手能力和觀察力，加深對抽象概念的理解。在此過程中，理性思維、批判質疑和勇于探索的素養(yǎng)提升是學生科學精神的重要體現(xiàn)。

理性思維是科學精神的本質和特征?？茖W的理性精神認為，客觀世界是有規(guī)律、有秩序的。理性思維主要表現(xiàn)為崇尚真知，能夠理解和掌握基本的科學原理和方法；尊重事實和證據(jù)，有實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度；邏輯清晰，能夠運用科學的思維方式認識事物、解決問題、指導行為等。例如：《義務教育物理課程標準（2022年版）》的課程目標中提出的科學思維要求，就直接指向模型建構和科學推理。

批判質疑主要表現(xiàn)為具有問題意識，能夠獨立思考、獨立判斷；思維縝密，能夠多角度、辯證地分析問題，作出選擇和決定等。它不僅是科學精神的重要組成部分，而且是學生提升創(chuàng)新能力的重要前提條件。批判質疑的科學精神一旦被激發(fā)，學生就會擁有獨立思考、懷疑批判的思想，將有利于提高他們的認知水平。例如：物理實驗教學中，在形成物理規(guī)律的認知過程中，利用驗證實驗就能有效激發(fā)學生的批判質疑意識。

勇于探索在物理教學中可以體現(xiàn)在實驗探究教學過程中。探究是學生認識問題、科學實踐的關鍵一環(huán)，它能夠讓學生在真實的情境中動起來，在實踐探究活動中形成堅持不懈的探索精神，并嘗試自主解決問題。例如：實驗探究教學中，教師可以鼓勵學生提出問題、作出猜想、設計并進行實驗、收集數(shù)據(jù)并分析結果。在實驗過程中，學生可以綜合運用所學知識，通過知識間的關聯(lián)嘗試，用不同的方法來解決問題，這些都有助于培養(yǎng)假設檢驗、邏輯推理和批判性思維能力，進而有助于培養(yǎng)科學精神。

郜建輝

實踐是檢驗真理的唯一標準。人的認知發(fā)展總是遵循從感性—知性—理性的過程。感性是現(xiàn)象的、淺層的、個性的感覺；知性是對事物本質、規(guī)律系統(tǒng)體系的認知；理性則是在知性基礎上，通過實踐逐漸發(fā)展的。所以，在物理實驗教學中，教師要基于知識內容，適恰、精妙地設計實驗內容，引導學生通過一些表象提出問題、有效猜想、大膽實驗驗證，從而得出結論，真正走一條從感性到知性、從知性到理性的道路，并在這條路上“博學之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之”。

在《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》中，學生的理性思維、批判質疑、勇于探索作為科學精神的要素，是完全可以通過物理學科的實驗教學得到有效提升的。我們知道，科學概念和科學理論必須是可證實或可證偽的。人們?yōu)楂@得可靠的自然知識，勢必要經歷從觀察到實驗、從定性走向定量的過程，并在此過程中將科學的實驗方法和數(shù)學方法進行有機結合。所以，在物理實驗教學中，教師要善于通過演示實驗、探究實驗、設計實驗、不確定的擴展實驗，以定性分析和定量研究作為知識內容認知的一種方法，鼓勵學生勇于探究未知。

《義務教育物理課程標準（2022年版）》中，在課程目標的四個維度中將科學探究單列出來，強調要基于問題、證據(jù)、解釋、交流等要素，具備基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想與假設、設計實驗與制訂方案、獲取與處理信息、基于證據(jù)得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。在課程內容中，將實驗探究獨立出來，作為一級主題出現(xiàn)，并列舉12個學生必做的探究類實驗，旨在體現(xiàn)物理課程實踐性的特點，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的能力、動手操作和收集數(shù)據(jù)的能力、分析和處理數(shù)據(jù)的能力、解釋數(shù)據(jù)的能力、表達和交流的能力，引導學生學會學習、學會合作，培養(yǎng)學生嚴謹認真、實事求是的科學精神。

霍曉宏

兩位老師說得都挺好?？茖W精神是指在科學活動中的基本精神狀態(tài)和思維方式，是科學的靈魂，其豐富的內涵體現(xiàn)了科學家們在長期科學實踐中積累下來的寶貴精神財富，現(xiàn)已經成為社會發(fā)展不可或缺的無形精神要素?？茖W精神如此重要，那么請兩位老師談一談在日常教學教研中是如何做的。

二、我們的做法

王品品

物理學科的實驗教學作為培養(yǎng)學生科學精神的有效途徑，在實際教學過程中得到有效利用。以我們學校的物理實驗教學為例，具體做法有以下幾個方面。

（一）加大實驗占比，發(fā)展學生理性思維

學校配備足夠的實驗器材，設有專人進行有效的管理和維護，制定科學的安全規(guī)范和應急預案，確保學生在實驗中的安全。同時，規(guī)范實驗課流程，以滿足不同實驗的需求。

一是開足學生分組實驗。義務教育物理課程中要求的9個測量類學生必做實驗和12個探究類學生必做實驗相互關聯(lián)、各有側重，旨在體現(xiàn)物理課程實踐性的特點。實驗教學中，我們嚴格按照實驗的流程，預設標準自悟單、實驗報告單、數(shù)據(jù)記錄單等，要求學生在實驗課上帶著問題進行合作探究，規(guī)范操作，記錄數(shù)據(jù)，總結結論；進行小組展示，質疑并補充完善實驗過程，不斷發(fā)展學生理性思維。

二是堅持推進項目式課程。我們每學期用4—6節(jié)物理課開設物理跨學科實踐項目式課程，以問題的解決過程為線索，設計實驗方案，分解若干驅動性任務，旨在發(fā)展學生跨學科運用知識解決復雜問題的能力，培養(yǎng)學生樂于實踐、敢于創(chuàng)新的精神。例如：物理項目式課程《聲如夏花，聆聽成長的聲音》，學生以人教版八上物理第二章《聲現(xiàn)象的知識》為依托，以解決“如何聆聽到成長的聲音”這個問題為線索設計方案，設置三個分解的驅動性任務：“成長的角度有哪些”“如何用聲音的變化體現(xiàn)成長”“聆聽成長的聲音帶給我怎樣的思考”。學生從生活中發(fā)現(xiàn)成長的聲音，綜合運用物理的聲學知識和美術、音樂、信息等學科知識構建一次完整的成長經歷，制作作品并進行展示，培養(yǎng)獨立思考、敢于創(chuàng)新的精神；深入理解物理概念，遷移運用所學知識，同時通過多元內容和多種形式滿足個性充分發(fā)展，養(yǎng)成良好的學習習慣，在提升物理學科核心素養(yǎng)的過程中，不斷發(fā)展理性思維。

三是突破物理實驗的條件限制。學校配備NB物理實驗室（NOBOOK虛擬實驗室是一款初高中物理實驗模擬軟件，包含電學、力學、聲學、光學等所有物理實驗的仿真演示），克服了現(xiàn)實中因實驗場地、時間、實驗器材等的局限性，實驗效果逼真，可以隨時隨地進行實驗探究和交流學習。學生可以自由搭配實驗器材，進行DIY探索實驗（“Do it yourself”的英文縮寫，意思是自己動手制作）。例如：學習“利用浮力測密度的設計實驗”時，學生利用課間和自由活動時間，在NB實驗室選取實驗器材，設計并操作有天平無量筒、有天平無砝碼且有量筒、無天平有量筒等多種特殊方法測密度的實驗，在激發(fā)興趣的同時，不斷發(fā)展理性思維。

（二）創(chuàng)設實驗情境，培育學生質疑精神

規(guī)律的探究需要創(chuàng)設問題情境，應用物理知識解決問題應結合具體的實際情境，這就對每節(jié)課的核心問題提出了更高要求。為此，我們采用科學的教學理念——PDC理念（“Problem-Driven Classrooms”的英文縮寫，即問題驅動下的課堂學習），實施核心問題驅動下的課堂，形成PDC理念指導下的物理實驗課主要流程：導入→自悟→探究→展示→點撥→延伸，并在此過程中培育學生的質疑精神。例如：初中物理人教版第四章《光現(xiàn)象》第三節(jié)《平面鏡成像》一課，虛像概念的理解是一個教學難點，我們將核心問題設計為“如何才能做出水澆不滅的燭焰”。教師以魔術表演“水澆不滅的燭焰”導入，激發(fā)學生好奇心，發(fā)現(xiàn)魔術的關鍵器材——一面亞克力板，聯(lián)想亞克力板與平面鏡的相似之處，提出疑惑“為什么亞克力板能夠成功實現(xiàn)魔術，用平面鏡行不行”，進而通過探究和展示平面鏡成像的規(guī)律，解答疑惑，最后引導學生做出“水澆不滅的燭焰”并總結得失。整堂課在核心問題的引領下，以學生的質疑思考為線索，有效提高了實驗課質量。

（三）擴展實驗渠道，提升學生探索能力

一是豐富實驗教學內容。利用多媒體、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代教育技術，豐富實驗教學內容；利用學校大組教研，發(fā)揮集體智慧，持續(xù)更新與生活現(xiàn)象相關的演示或分組實驗，利用日常用品改進實驗或開發(fā)新實驗。例如：演示壓力大小的變化，可以把砝碼放在彈性鋼片上，逐漸抬起鋼片一端，觀察鋼片的形變程度；用鋼絲棉連通電路，鋼絲棉起火引出焦耳定律的實驗等，以提高教學效率和學生學習興趣。

二是建立實驗室開放制度。以學科活動為載體，搭配實驗室開放制度，為學生提供更多鍛煉機會。學校積極創(chuàng)造條件開展開放性實驗探究，旨在通過學科活動搭建培養(yǎng)學生科學思維的橋梁，經歷實踐探究的過程，應用科學方法遷移解決生活中的實際問題，在解決實際問題的過程中，培養(yǎng)學生探索能力。例如：在物理學科活動“物理實驗大練兵”中，學生從“測量太陽的直徑、看見聲音的變化、比一比大氣壓”等六項開放性任務中自選其一，自選器材，按照實驗室開放制度提前預約，提交設計方案，小組合作完成實驗探究和展示。學生從被告知的學習方式轉變?yōu)橛H身經歷，觀察能力、動手實踐能力、創(chuàng)造性思維能力和團隊合作能力等都有所提升。

三是開拓實驗創(chuàng)新空間。在物理學科活動中，涌現(xiàn)出很多實驗創(chuàng)新點。例如：在“看見聲音的變化”任務中，學生用激光束反映薄膜的振動，進而看到聲音在音調、響度等方面的變化。具體操作是在薄膜上裝了一面平面鏡，聲源振動引起薄膜振動，進而帶動平面鏡振動，引起照在平面鏡上的激光往復變化。小組分工明確，初次組裝器材時，平面鏡太大，聲源響度小，導致光束變化不明顯。大家遇到問題不退縮，一起合作想辦法，通過討論把平面鏡改成小塊，聲源用音箱播放聲音，效果得到明顯改善。探究過程中注意控制變量法和轉換法的使用，展示時從控制變量的角度看到只改變音調和只改變響度時光波的形狀，從情感升華的角度還播放了學生們愛聽的歌曲，看到聲音帶來的變化，帶來一場聽覺和視覺的盛宴。我們把這次學生實驗的經歷拍成紀錄片，一可作為開放性實驗探究的優(yōu)秀案例，為一些科技比賽提供素材；二可為學校進行開拓性創(chuàng)新實驗的反思提供素材。物理學科活動作為初中物理實驗教學的補充和拓展，對于學生綜合素質的提升和科學精神的培養(yǎng)發(fā)揮不可替代的作用。

（四）完善實驗評價，激發(fā)學生科學精神

教師要充分發(fā)揮評價的診斷和激勵功能。在物理實驗教學評價中，以物理課程要培養(yǎng)的學生核心素養(yǎng)和學業(yè)質量標準的具體要求為依據(jù)，創(chuàng)設真實而有價值的問題情境，引發(fā)有利于核心素養(yǎng)表現(xiàn)的評價任務，以學業(yè)質量為依據(jù)，制定詳細、可操作的評價指標。注重采用主體多元、形式多樣的評價方式，全面客觀地了解學生核心素養(yǎng)的發(fā)展狀況。例如：在“物理實驗大練兵”學科活動中，以師生共同評價的方式，從參與態(tài)度、實驗技能和成果展示三個維度進行評價，每個維度各有不同視角，不僅評價學生的實驗操作，還要評價他們的思考過程和創(chuàng)新能力。在此過程中，教師要幫助學生改進提升，并及時提供反饋，以激發(fā)學生科學精神。（具體評價方式參見表1。）

郜建輝

實驗教學能力是物理教師應具備的基本素養(yǎng)，也是培養(yǎng)學生科學精神的實踐基礎。在實際工作中，教師實驗教學能力的提升，有助于學生科學精神的培養(yǎng)。所以，物理教師在開展實驗教學過程中應該注意以下幾點。

（一）在演示實驗中，加強學生理性思維的培養(yǎng)

所謂演示實驗，就是為了展示物理現(xiàn)象，揭示問題的發(fā)生、發(fā)展過程，引導學生觀察、思考，并配合教學內容，由教師操作示范的實驗。它是物理實驗，也是物理教學中不可或缺的一部分。演示實驗的效果與作用，不僅反映了教師的學科專業(yè)技能和素養(yǎng)，也會影響到學生的物理學習。

演示實驗是教師講授物理概念、物理規(guī)律的基礎，是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的重要手段。因為它有助于引導學生觀察、思考，使學生對某一物理現(xiàn)象有最為直觀、最為清晰的了解。它可以將枯燥的認知過程變得生動，將平淡的內容變得神奇，將抽象的理解轉化為具體的觀察。在物理教學中，我們經常為了提升教學效果，采用“提出假設預想，然后通過實驗驗證”的教學手段。這種情況下的演示實驗是在實驗前由學生根據(jù)自己所學知識對實驗現(xiàn)象進行預測，然后由教師演示實驗，學生觀察實驗，最后由學生對所預測的現(xiàn)象進行解釋。合理設計演示實驗，不僅可以提高學生興趣，激發(fā)學生思維，還可以通過演示實驗所遵循的目的性、直觀性、科學性等原則，使學生通過對實驗現(xiàn)象進行預測、解釋，了解物理現(xiàn)象，建立和驗證物理概念與物理規(guī)律，達到理性思維的實效培養(yǎng)。

（二）在實驗操作中，強化學生批判質疑的意識

實驗的操作能力是指在解決物理問題、學習物理知識和科學創(chuàng)造中，運用物理知識、借助實驗器材、通過實驗手段，按計劃完成實驗方案的動手過程。實驗的操作能力主要包括：實驗儀器的使用能力、實驗設備的組裝能力、實驗設備的調試能力等。

教師要通過觀察、實際操作、排除故障、思維判斷、數(shù)據(jù)分析等，提升對學生實驗操作的指導能力等。在此過程中，實驗操作各種細節(jié)的處理和問題的設置就是良好的契機，教師應有意識地設計能夠引發(fā)學生質疑、思考的問題，催發(fā)他們的內驅力，達到強化學生批判質疑意識的效果。所以，教師只有具備一定的實驗指導能力，才能擔當實驗教學任務，以客觀嚴謹?shù)睦硇跃?、求實求真的實證精神、懷疑批判的創(chuàng)新精神、鍥而不舍的探索精神，引導學生通過實驗活動培養(yǎng)科學精神。

（三）在實驗設計中，促進學生探索能力的提升

實驗設計能力是在解決物理問題、學習物理知識和科學創(chuàng)造中，根據(jù)一定的目的、任務，運用已有知識、信息及相應的技能，選擇適合的實驗方法及所需要的實驗器材，進行可行性方案設計，并通過實驗操作進行實施。它主要包括實驗器材的選擇、實驗方案的設計、實驗數(shù)據(jù)的處理等多方面能力。在物理實驗教學中，實驗設計經常與實驗探究進行整合，既可以全面體現(xiàn)物理學科的核心素養(yǎng)，又能夠有效培養(yǎng)學生的探索精神和能力。

例如：在初中物理“測電阻的設計實驗”中，教師可以通過這一內容的設計，體現(xiàn)物理學科核心素養(yǎng)的四個要素。一是在物理觀念方面，可以基于“運動與相互作用”部分對電流與電壓、電阻的關系的知識要求，通過情境設置，促進學生對電阻和測電阻實驗的理解，實現(xiàn)對相互作用的觀念及其要素的認識。二是在科學思維方面，可以基于學生的經驗事實，訓練建構理想模型的抽象概括過程，將分析綜合、推理論證等科學思維方法進行內化。三是實驗探究方面，通過實驗設計、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結論并作出解釋，并以開放性的設計，對實驗過程和結果進行交流、評估、反思。四是科學態(tài)度與責任方面，可以激發(fā)學生對科學探究的求知欲，養(yǎng)成實事求是、尊重自然規(guī)律的科學態(tài)度，促使學生積極參與觀察、實驗、制作等科學實踐活動，體驗戰(zhàn)勝困難、解決物理問題時的喜悅。如此這般，物理實驗教學就有效培養(yǎng)了學生的科學精神。

霍曉宏

兩位老師通過采取以上措施，有效促使學生在實驗教學中形成理性思維、批判質疑和勇于探索的科學精神，提高學生的實踐本領和科學思維能力，從而有效培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。除此之外，兩位老師還有需要補充的嗎？

三、我們的反思

王品品

物理實驗教學是物理教育中非常重要的一部分，反思我們的物理實驗教學，應該注意以下幾個方面。

一是要采用多樣化的教學方法，如演示實驗、小組合作、自主探究等，以適應不同學生的學習風格。鼓勵學生提出問題，并引導他們通過實驗來尋找答案。這樣，可以通過物理學科的實驗教學，在學生的科學精神培養(yǎng)過程中做到“因人而異”。

二是要強調實驗操作的安全性、規(guī)范性的前提下，允許學生進行探索，對實驗結果進行批判性思考，理解實驗的不確定性。鼓勵學生進行創(chuàng)新性實驗，探索未知領域。提供開放性問題，激發(fā)學生的探究興趣和創(chuàng)新思維。

三是要確保實驗與理論教學相輔相成，讓學生看到理論知識在實際中的應用，通過實驗來驗證和加深對物理定律和概念的理解。

四是要設計合理的評價體系，不僅要評價學生的實驗操作，還要評價他們的思考過程和創(chuàng)新能力。及時提供反饋，幫助學生認識到自己的不足，并鼓勵他們不斷進步。同時，定期對實驗教學進行評估和反思，找出存在的問題和改進的空間。

五是要充分利用現(xiàn)有資源，包括實驗室設備、網(wǎng)絡資源等，提高實驗教學的效率和效果。并進行廣泛的交流，學習先進的實驗教學方法和理念。

綜上所述，物理實驗教學作為物理教育的重要組成部分，是培養(yǎng)學生科學精神的實效路徑，對于學生綜合素質的提升和科學素養(yǎng)的培養(yǎng)具有不可替代的作用。

郜建輝

在中學物理實驗教學中，教師一定要注重基于學生生活實際和真實情境的問題引導，并以此引發(fā)學生真正的思考，形成與教學要求相適應的思維，借此開展教學。就像美國心理學家布魯納所說：“教學過程是一種提出問題和解決問題的持續(xù)不斷的活動?！币虼?，物理實驗教學要從“知識傳遞”轉向“知識建構”，著重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力與實驗操作能力。這樣，才能更好地培養(yǎng)學生的科學精神。在實際的實驗教學中，應注意以下兩點。

一是要做好學生的“思維加工”，建立與解釋物理概念。物理概念是人們通過對客觀事物進行大量觀察、測量抽象出來的，具有抽象性強的特點。所以，通過實驗教學可以增加學生的感性認識，促進其理性思維的形成。例如：在初中物理《電壓》一課的講解中，教師可利用水位差的演示實驗，用類比的方法引出電壓的概念。

二是要做好學生的“認知提升”，了解與驗證物理規(guī)律。在物理教學中會遇到很多規(guī)律，而大多數(shù)規(guī)律是通過大量實驗、事實總結概括出來的。當然，有些規(guī)律是通過已有知識推導出來的，但它們需要通過實驗來驗證。因此，在實驗教學過程中，為了使學生更好地學習和理解物理規(guī)律，教師教學過程中一定要重視實驗。這樣，既可以引導學生學習新的物理規(guī)律，或者對已學過的規(guī)律加以驗證，加深對規(guī)律的理解和掌握，又可以在此過程中培養(yǎng)學生批判質疑、探索實踐的科學精神。

總之，中學生正處于對世界充滿好奇和探知欲望的時期。生動鮮活的物理實驗能夠極大引起學生的興趣，產生強烈的刺激和欲望，那些奇特的實驗現(xiàn)象勢必會引起學生積極的思維，這正是我們培養(yǎng)學生科學精神所需要的。

霍曉宏

實驗教學在培養(yǎng)學生科學精神方面具有不可替代的作用。因此，教師在開展物理教學的過程中，要把實驗作為物理教學的基礎。通過實驗教學，培養(yǎng)學生的觀察能力、動手能力，發(fā)展學生的思維能力；引導學生學習科學方法和科學研究方法，激發(fā)學生的學習興趣，調動學生的積極性、主動性，培養(yǎng)學生的科學精神。

（柳艷芳）