基于核心素养下的物理实验中探究能力培养的几点思考

于良永 李晗泽

【摘要】科学探究能力是物理核心素养的重要组成部分，在物理教学中，要充分发挥物理实验在培养学生科学探究能力中的优势，构建起以核心素养培养为导向的物理实验教学模式。本文基于核心素养视角，論述了初中物理实验中学生探究能力的培养路径，期望对实现物理核心素养培养目标有所帮助。

【关键词】核心素养  初中物理  物理实验  科学探究能力

【中图分类号】G633.7   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）50-0221-02

物理核心素养是学生在物理学习中形成的基本技能、关键能力和价值观念，主要包括物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任四个方面。对于物理实验教学而言，要将学生的科学探究能力培养作为核心素养培养的重中之重。科学探究能力是指学生通过观察和实验，提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验方案、基于实验结果得出结论，并对科学探究过程和结果进行交流、评估和反思的能力。下面结合笔者多年来的教学经验，对物理实验中学生科学探究能力的培养策略进行论述。

一、提出探究性问题，唤起学生科学探究欲望

初中生具有强烈的好奇心理，在物理实验教学中，教师要结合初中生的心理特点精心设计探究性问题，创设探究情境，激发学生的探究欲望。探究性问题的提出要从引发学生的认知冲突入手，促使学生快速进入到实验探究状态，由以往被动式获取知识转变为主动探究知识。

例如，在教学“阿基米德原理”一课时，教师可引入“乌鸦喝水”的故事，根据故事提出探究性问题：“为什么乌鸦在水中加入石头后，能够喝到水？”学生经过思考、讨论后一致认为，水位线上升使乌鸦能够喝到水。接着，教师继续提出问题：“水位线上升的原因是什么？”学生分析问题后认为，是石头将水排开使得水位线上升。之后，教师再提出更深层次的探究性问题：“石头在水中所受的浮力与排除的水有什么定量关系？”围绕这一探究性问题让学生对阿基米德原理进行实验。教师准备好弹簧测力计、天平、量筒、小烧杯、溢水杯、石头、水等实验材料，让学生以小组为单位设计实验方案，利用不同的器材探究浮力与排出液体的所受重力、质量、体积之间的定量关系，最终得出实验结论，即F浮=G排、F浮=m排g、F浮=ρ液V排g。

通过在物理教学过程中提出探究性问题，并引导学生由浅入深地思考分析探究性问题，有利于培养学生科学探究意识。同时，通过创设探究问题情境，布置学生围绕探究性问题进行实验探究的学习任务，有利于学生增强对物理知识的形象认识，深刻掌握阿基米德原理，形成科学思维和科学态度，促进学生核心素养发展。

二、创新物理演示实验，增强学生科学探究意识

在传统的物理教学模式下，教师只是照本宣科地讲解物理知识，让学生被动地接受现有结论，忽视了学生在物理学习中的自主探究过程。而在核心素养下的教学模式中，物理实验教学以培养学生科学探究能力为目标，对部分物理演示实验进行创新设计，让学生通过观察实验现象发现规律，主动参与到探究学习过程中，不断增强科学探究意识。

例如，在教学“蒸发——汽化的另一种方式”时，学生都知道湿衣服凉晒后会变干，这一过程是水变成水蒸气的蒸发过程。但是，由于水分子是肉眼看不到的物体，使得学生只能看到衣服变干的结果，而看不到水蒸发的过程，导致学生难以形象感知液体蒸发现象。为此，教师可设计创新类的演示实验，向学生直观地展示蒸发过程。具体实验步骤如下：

1.准备实验材料。轻质细管（长21cm，直径1cm）、矿泉水瓶（装有适量水）、锥子、纱布、细金属丝、酒精、滴管等。

2.制作实验器材。在细管的中间用锥子分别扎出A、B、C三个小孔，AC=0.2厘米，AB=20.2cm，BC=20cm。将矿泉水瓶用细金属丝固定在A点，将纱布固定在B点，并将C点作为固定点，用细金属丝固定起来，使整个装置悬于半空，如图1所示。

3.实验演示。在纱布上滴上适量酒精，使杠杆处于水平状态。让学生观察实验现象，随着时间的推进和酒精的蒸发，杠杆逐步失衡，呈现出右端下降、左端上升的现象。由此可以使学生形象地观察到纱布上酒精的蒸发过程。

4.组织探究活动。教师让学生对实验现象所揭示的科学原理进行探究，即BC是AC的100倍，为维持平衡，若B端上纱布上的酒精蒸发1克，则A端就必须少100克。但是由于A端上物体重量保持不变，所以B端上的纱布才会随着酒精的蒸发而逐步上升。

通过演示创新类实验，不仅让学生直观地观察到液体蒸发的过程，而且还帮助学生深入理解阿基米德撬起地球的原理，有助于学生在新颖、形象的演示实验中积极探究科学原理，深化对物理规律的领悟，进而提升科学探究意识。

三、优化设计教材实验，培养学生科学探究精神

在初中物理教材中编排了诸多实验项目，但是由于部分实验项目远离学生生活，并且操作起来具备一定的难度性、主观性和复杂性，所以很难让学生在实验操作中获得准确的实验结论，不利于学生深入探究和认识物理规律。为此，教师应结合教学内容和教学目标，对部分教材中的实验项目进行改良设计，着重于培养学生的科学探究精神。

例如，在进行“凸透镜成像规律”的实验教学时，教材中安排的实验器材包括蜡烛、凸透镜、光屏、光具座等，由于实验中烛焰的大小难以确定，很难找到准确的倒立等大实像位置，使得学生对位置判断存在一定的主观性，不利于学生形成科学探究精神。基于这一实验教学现状，教师可对该项试验进行改进，选择学生生活中常见的物体作为实验器材，让学生亲自动手操作实验。具体的实验步骤如下：

1.准备实验材料。轻薄触屏智能手机1部、鞋盒1个、凸透镜1个、纸、夹子。

2.制作实验器材。学生自行制作实验器材：将鞋盒内部涂成黑色，在鞋盒一侧的中央位置按照凸透镜的大小挖出一个圆孔，在圆孔内固定凸透镜（如图2所示）;在白纸上描画出与手机屏幕大小一致的区域（如图3所示），用夹子夹住这张白纸，使其呈竖立状态（如图4所示）;用夹子夹住手机，使其竖立，作为光源，将手机放入到鞋盒内;将纸尺（按照1：1比例在白纸上打印的刻度尺）贴在盒子内侧和外侧，用于量取距离（如图5所示）。

3.动手操作实验。学生在手机上显示静态图片，盖上鞋盒子，完成凸透镜成像的倒立放大实验和倒立缩小实验。根据实验现象，让学生探究纸尺上物距和像距关系，对成像规律形成更加深入的认识。

通过对教材中的实验进行改良设计之后，能够将科学探究和科学态度培养渗透到学生实验操作的过程中，使学生能够以更加科学的实验方法判断像和物的大小关系。经过改良设计的凸透镜成像实验与教材中的实验相比，能够消除教材实验掺杂主观性判断的弊端，使学生更加准确地判断等大实像的位置，并让学生亲自动手参与实验过程，亲历科学知识的建构过程。

结论：总而言之，初中物理实验教学要将学生科学探究能力培养贯穿于教学始终，积极推进传统物理实验教学模式改革发展。在教学实践中，教师要通过提出探究性问题、创新演示实验以及优化设计实验方案，进一步唤起学生的科学探究欲望，增强学生科学探究意识，培养学生科学探究精神，从而不断提升学生对物理现象的科学探究能力，帮助学生更加深入地理解物理规律，促进学生物理核心素养全面发展。

参考文献：

[1]贺登超.浅谈初中物理实验教学中创新思维能力的培养[J].学周刊，2019（1）：92-93.

[2]陈海涛.巧用物理实验设计 培养学生创新能力[J].物理教师，2019（1）：104-105.

[3]李明标，张研研，董海宽.以实验素质和创新能力培养为目标的物理实验教学体系的构建[J].大学物理实验，2018（12）：28-29.

作者简介：

于良永（1976-），大学，一级教师，研究方向为核心素养下的物理实验课的教学研究。善于分析教材编写的思想和意图，寻找学生与教学知识之间衔接点教学方法研究。

李晗泽（1989-），山东济宁人，大学，多次执教市级优质课、公开课。擅长与学生的沟通，落实核心素养下的实验方法的研究。