探究核心素养理念下初中物理培养学生自主设计实验能力的有效途径

江嘉敏

摘 要：在新课程标准和核心素养的要求下，结合本校学生的实际情况，以科学性和有效性为前提，总结日常教学经验，探究如何培养学生自主设计实验能力的有效途径。

关键词：核心素养；自主设计实验；培养综合能力；有效途径

2015年3月30日教育部正式发文《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，里面多次提到核心素养，其中包括了9大方面：身心健康、学会学习、实践创新、社会责任、国家认同、国际理解、人文底蕴、科学精神和审美情趣。初中物理教育要切实地落实在核心素养上，自然就应利用好物理学科的优势——一门以实验为基础的自然学科，如何在日常实验教学中让学生学会学习，学会实践创新，培养学生科学探究精神，进而促进其达到全面发展个人素质的核心素养教育要求。

我校是一所典型的城中村学校，当地村民经济条件相对优

越，但家长文化水平普遍偏低，没有家庭教育的意识。受到大环境的影响，尤其是本地学生，学习目的不明确，学习积极性不高，思维能力不强，语言组织能力偏低，动手实践能力较弱，过分依赖老师，这对于以实验为基础的自然学科来说，无疑是一个很致命的弱点。很多物理规律都是通过实验探究发现和总结出来的。我们不能忽视实验在物理教学中的重要地位，更不能无视学生在实验中参与度的重要性。这几年广州物理中考里面对考查学生自主设计实验能力方面的要求是越来越高，分值所占的比重也越来越大。反观早几年我校在中考里面有关考查设计实验能力方面的得分情况与区内的数据对比统计发现，我校学生明显在这方面的能力是十分薄弱的，学生在这类型题目中的得分占比与区内的得分占比相差比较大，如图1：

相信，这种情况的存在并非是个别例子。很多与我校类似的学校的物理老师也一样面对着这样的窘境。

针对这一现实问题，我一直在寻思如何在日常教学中引导和训练学生善于观察、善于思考、善于动手，致力探索出一条培养学生自主设计实验能力的有效途径，在这里，我谈谈自己的几点感悟和做法：

一、培养学习兴趣，兴趣提供动力

对于初二第一次接触物理的学生来说，很多人会觉得物理离自己生活很远，说到实验就会觉得一定很难，很“高大上”。其实并不然，生活处处是物理，物理与生活息息相关，而且物理学是一门十分有趣的科学。古曰：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”所以，想要培养学生设计实验能力，首先就应先培养学生学习物理的兴趣。像我们物理课本的第一课，就是希望通过让学生观察和亲自动手做几个小实验，例如用放大镜看自己的指纹再观察远处的景物，又例如往刚停止沸腾的水上浇冷水等等，以此来吸引学生对物理的兴趣，激发学生强烈的求知欲，自然就会有学习动力，而且还可以让学生了解到做实验并不是一件很困难的事情，小小的实验里面也蕴藏着大大的科学道理。

二、创设有效的问题情境，让学生学会提出问题

问题是针对物理现象提出的，是引发学生进行实验探究的前提，是探究的起点。爱因斯坦说过：提出一个问题比解决一个问题更重要。

而問题灵感源于生活，日常的教学中多使用情景教学，将与学生生活密切相关的事物引入物理课堂，增加学生的熟悉感和亲切感，提高学生的学习兴趣。例如，在讲授《比热容》这节课时，先投影一张日常煮开水的图片，让学生思考两个问题：（1）将一壶水和半壶水煮开所需要的时间一样吗？（2）将同样的一壶水煮开和煮成温水所需要的时间又会一样吗？根据生活经验告诉学生，同种物质升温时所吸收的热量与物质的质量和温度变化有关，进而再引导学生思考：如果是质量相同的不同物质，在温度变化一样的时候吸收的热量还会一样吗？或者从另一个角度去思考：质量相同的不同物质在吸收相同的热量时温度变化会相同吗？此时，老师立刻提供一个生活场景：炎热的夏天，去海滩游泳，发现沙子是烫脚的，海水却是凉的。这一下子就抓住了学生的眼球，引发了大家的好奇心：这是为什么呢？同样的日照条件，是因为沙子与水本身物质的不同造成吸热能力的差异，从中为学生提供了做探究实验的依据。

又例如，在“研究浮力的大小与哪些因素有关”的实验中，我先播放两段视频，一段是轮船在长江中航行片段，一段是实心铁块在水中下沉的片段，引导学生思考：同为铁块制成的轮船为什么可以浮在水面上？而实心铁块却不行？然后我再演示将同一个鸡蛋放在不同的两种液体中，一个会下沉，另一个却悬浮。又进一步引导学生思考：为什么同一个物体在不同的液体中的浮沉情况会不一样？让学生通过一次次不同的生活场景去挖掘和探究物体受到的浮力大小可能与哪些因素有关。

让学生学会提出问题，提好问题，是做好设计实验的第一步。

三、小组合作探究与讨论，学会编写与优化实验方案，培养学生合作意识和设计实验能力

现在物理实验教学这一块面临的最大问题是老师的“不放心、不放手”，加上面对教学进度的压力，很多老师在教学过程中，想节省时间或避免上实验课时的一些麻烦，都不安排学生进行探究实验活动。一律亲自上阵，自己边做实验边授课，都是采取“包办式”教学。从明确实验原理、实验方案的设计、实验器材的选取、实验步骤的制定以及实验数据的处理上，老师都为学生“设想”好，然而却是害了学生。在这样的教学方式下，学生只会按图索骥，机械性地复制粘贴老师的一言一行，长期下来，学生的想象力和创造力都会受到压抑，久而久之，形成了依赖老师的习惯，慢慢地失去了学习的兴趣，实验的趣味也消失殆尽。

学会放手，让学生去经历过程，是做好实验教学的第一步，也是培养学生自主设计实验能力的关键一步。当然，由于初中生本身知识水平能力有限，加上个体发展存在差异，让每个学生独立去完成一个实验的设计是有困难的，这就需要通过小组合作去取长补短。

例如，在探究“电流与电压、电阻关系”一课中，设计实验过程中会遇到问题，有些学生可能在思考过程中忽略控制变量因素；有些学生可能在设计电路图中出现只能测得一组数据的情况，不能做到科学探究；又或者有些学生不懂得怎样设计数据表格或处理数据时找不到规律，等等。但这些问题都可以通过组内成员之间、小组与小组之间、老师与学生之间的相互对比、相互讨论、相互研究，最终编写和完善出最优的方案。在此过程中学生通过相互交流，不仅训练了学生的思维能力，也提高了学生的文字表达能力，这恰恰是我校学生最欠缺的一种能力，毕竟这也是中考考查学生能力的其中之一。老师在此过程中充当着一个合理引导者的角色，对于学生在表达自己观点出现问题的时候，不要立即给予否定的态度。例如“伏安法测电阻”实验中，很多学生都会设计出这样的电路图（如图2）。

但很快就会发现这个电路只能测出一组数据，不符合科学探究。这时老师就应该发挥引导者的作用，引导学生思考怎样做可以改变电路中的定值电阻两端的电压以及流过它的电流，最终引出滑动变阻器，完善电路图。适时、适当地给出点拨或提示，指引学生思维向正确的方向迁移，同时也给了学生自我反省的时间，更加能激发学生的积极性。

四、让演示实验变为学生实验，增加学生实验次数，提升实践操作能力

整个初中阶段课本上出现的演示实验大概有38个，学生实验大大小小加起来约42个，从比例上来看，学生实际能参与的实验并不算多。能力是经验的积累。其实，有很多的演示实验可以变成学生实验，例如热学中“做功改变内能”的两个实验，力学中“研究液体内部压强”实验，电学中“电荷间的相互作用”等。其实，只要实验本身无危险性，实验器材局限性不大，对学生操作技能要求不高的话，都可以作为学生实验。让学生多做实验，反复训练，不但可以培养学生良好的实验习惯，熟知实验器材的正确使用，还能让学生提高动手能力。同时，让学生从单纯的视觉感受上升到切身体验，对实验现象和原理有了更深刻的了解，更重要的是让学生在动手过程中还必须阐述每一个实验步骤和解释每一个实验现象背后的成因，有助于培养学生的逻辑思维能力和表述能力，增加学生的成就感与满足感。

五、鼓励学生进行课外实验，使知识技能学以致用

物理实验不应局限于课堂上，鼓励学生课外利用一些生活用品或开放学校物理实验室，自主开发实验、或独立完成或小组合作。作为学校、老师，也可定期举办一些小型的实验设计竞赛，实验规模、难度可根据学生自身水平而定，綜合素质相对较高的鼓励其天马行空，自由发挥，相对较弱的学生可以让他们模拟课本或课外的小实验，像水火箭、蜡烛跷跷板等，学生除了动手操作以外，还必须要求他们把设计方案写出来，文字画图皆可，看谁做得更好，旨在让更多的学生参与其中，乐在其中，提高学习物理的兴趣和创新能力。

课外实验是课堂实验教学的重要补充，有助于学生将书本上学到的物理知识与生活和社会联系起来，深化知识的同时，体会生活中处处有物理，这对提高学生的科学素养，培养学生的合作、创新意识和实践能力具有重要作用。

美国著名哲学家、教育学家杜威认为科学教育不仅仅是要让学生学习大量的知识，更重要的是学习科学研究的过程和方法。让学生掌握好自主设计实验的能力是对知识应用的迁移和提升，是核心素养的最高要求，是反映学生综合能力的一个评价指标。通过近三四年的不断努力和探索，本校学生在这方面的水平得到了一定提高，尤其是文字叙述能力和动手操作能力，总体的物理成绩也有了明显进步，但还是离区、市的平均水平存在一定的距离，这是一个需要坚持不懈而漫长的过程。作为一线的物理教师，我们需要深刻地理解实验教学在物理教学中的重要地位，要不断努力地研究如何有效引导学生掌握设计实验的能力，关键是让学生在此过程中提高自身的综合素养，学会用科学的方法解决实际问题。

参考文献：

[1]阴瑞华，田春凤.物理实验教学方法与案例[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

[2]汤清修.初中物理教学关键问题指导[M].北京：高等教育出版社，2016.

[3]陈汉光.高中物理实验教学方法策略与案例研究[M].广州：广东高等教育出版社，2016.

[4]陆亚东.例说开放式物理实验教学的特点、策略及思考[J].中学物理教与学，2017（8）：46-49.