核心素养视角下初中物理实验探究教学的实施策略

徐磊

(泰州市野徐初级中学，江苏 泰州 225300)

《义务教育物理课程标准》（2022年版）中提出物理学科核心素养包括“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”和“科学态度与责任”。“实验探究”是“科学探究”素养的有机组成部分，对应着学生借助物理实验解决问题的能力。实验探究要求开展严密的计划与操作，从具体现象中发现不变规律，集中体现了物理课程的科学性，是发展学生核心素养的关键途径。本文拟结合教学经验，探讨如何在核心素养视角下开展初中物理实验探究教学。

实验法是重要的科学探究方式，在初中物理教学中具有举足轻重的地位。[1]通过参与实验活动，学生将亲历提出问题、获取证据、检验假设、发现结论等过程，进而发展科学探究素养。但是，目前教师在开展实验探究教学时，大多仅将其视为验证知识的途径，强调通过实验活动加深学生对结论的印象，但是实验探究过程的价值则受到忽略。在部分实验课堂中，虽然学生全程参与了实验操作，但是学生的学习主动性没有得到调动，在实践中只是被动地完成教师的要求。这样的实验探究教学以知识为导向，未体现出探究的精髓，不利于学生核心素养的发展。学生在完成实验后，仅仅掌握了结论和具体实验的操作方式，但是对实验的本质原理没有认识。而且，学生获得的经验无法迁移运用在其他实验中。教师要将实验探究教学的重心从“知识导向”转变为“素养导向”，从实验探究过程中发掘丰富的学习空间，让学生通过开展实验发展核心素养。

核心素养的发展是学生持续积累和内化经验的过程，如果教师每次实验探究活动中渗透核心素养，学生便可不断提升探究能力。以下结合苏科版九年级教材中的“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验，说明具体教学策略。

2.1 教材与学情分析

“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验是苏科版九年级物理第十四章《欧姆定律》中的内容。在学习本节课程之前，学生已了解本实验中的四个核心概念：导体、电流、电压、电阻，并且接触过本实验中要使用的器材，具备基本的操作经验。学生通过参与探究串并联电路电压特点、参与改变电流大小等活动，初步掌握了有关电路图的知识。但是，学生对实验原理的理解能力不强，基于实验目标进行设计的经验不足，对实验信息的收集、处理能力也有待提高。在这样的学情基础之下，要完成一个全新的实验探究活动，仍具备一定难度。教师要针对学情施教，引导学生自主思考探究方法，将既有经验运用于本次探究中，并通过探究实践升华经验，发展核心素养。

2.2 教学目标设计

教师对实验探究教学目标的把握，对教学效果有直接的影响。结合教材的特征，可设计如下的教学目标：（1）知道导体中电流与电压、电阻的定量关系，并了解如何通过控制变量法，研究一个量随两个量变化的定量关系；
（2）能够用电压表、电流表、电阻等器材组装电路，测量一段导体的电压与电流，获取和记录不同的实验数据；
（3）积极参与交流讨论、合作探究、评估反思，形成实事求是的科学态度和良好的学习习惯。在以上教学目标体系中，融入了“科学探究”的核心素养，可以帮助教师更好地把握教学重心。

2.3 教学策略

“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验的结论，就是初中物理电学模块中重要的科学定律——欧姆定律。在核心素养视角下，开展本次结论的重点不在于要验证欧姆定律，而是要以本实验提升学生在实验探究方面的综合能力。教师要从实验目标出发，搭建支持学生发展的支架，可开展如下教学活动。

2.3.1 提出问题，展开科学猜想

疑问是探究的动力，有了疑问才会产生以实验求知的必要性。教师可以将新课与旧知关联起来，基于学生的“最近发展区”提问，调动学生的认知冲突。在本次实验课中，教师提问：“在调光灯电路中，如果电源电压大于灯泡允许的电压，就需要串联一个定值电阻，那么应如何选择这个电阻？”对于本问题，仅仅凭借学生已有的知识无法解答。学生在思考过程中，会发现必须了解电流与电压、电阻之间的关系，才能解开疑难。当学生的思维走上新的路径时，教师便可以提出实验任务，鼓励学生通过设计和实施实验，发现以上物理量之间的关系。

在提出问题之后，则要开展猜想活动。教师针对实验任务鼓励学生猜想，并要求学生说明自己基于何种经验或推理作出猜想。在开展本次实验课时，许多学生提出在串联电路中可以发现当电压越大时灯泡也越亮，因此可推测电压和电流同步增大、同步减小，因此猜想电压与电流成正比或电压与电流的平方成正比。教师则将学生提出的猜想记录在教学板中，以备后期对比检验。科学猜想是有价值的思维训练活动，能够让学生在开展实验探究时更为积极地思考。

2.3.2 思考方法，明确实验原理

实验是讲求方法的活动，其中融入了不变的科学探究原理。只有基于科学探究原理设计实验，才能够保障实验结论的有效性。在开展“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验时，教师提出问题：“在开展这个实验时，要测量哪些物理量？”引导学生厘清实验中具体的物理量及相互关系。其次，教师再次提问：“怎样才能确定哪些因素没有影响，哪些因素有影响以及怎样影响？”对于探究三变量之间关系的实验，学生此前已有一定经验，因此提出可开展两步实验，每次实验时只变动一个因素，其他因素保持不变，然后记录其他两个量和变动量之间的关系。当学生回答后，教师提出“控制变量法”的概念，让学生系统性地了解这种实验探究方法。通过这种方式，学生明确了实验原理，触及了实验的本质，能够在自身思维的牵引之下开展实验探究。[2]

2.3.3 制订方案，画出实验电路

在经过科学猜想和对方法的思考后，实质上已经有了实验方案的雏形。教师通过师生共同交流的方式，完成对实验方案的制订。教师引导学生用口头表达的方式说明实验目标、猜想、材料和步骤，然后将完整的实验方案用多媒体展示出来。在实验方案中包含实验电路，电路的精确性对实验过程和结果至关重要，画实验电路也是培养学生核心素养的关键途径。因此，教师将画实验电路的任务，交给学生自己去完成 教师针对易错点进行讲解，和学生一起讨论本实验的电路图中应当包含哪些要素。然后让学生在草稿纸上画，再让一名学生在教学板上展示实验电路，并共同分析。本实验中用到的电路图具体如图1 所示。

图1 电路表

2.4 开展探究，亲历实验过程

实验探究是实际展开操作的环节，其目标在于获取和处理信息，分析各变量之间的关系，进而形成结论。实验探究环节强调亲历性，即要让学生成为实验的主体，真正动手操作和动脑思考，体验探究的全过程。

2.4.1 合作实验，获取信息

实验探究对学生的综合能力有很高的要求，学生既要具备动手能力，又要具备清晰的思维。因此，可以小组合作的方式开展实验，让学生在四至五人的小组内完成实验、获取信息。小组合作可以起到同伴互助的作用，学生之间可以在方法上相互提示，并让操作中的错误得到及时发现。在学生动手开展实验之前，教师运用多媒体展示本实验的流程图，以此引导学生有条不紊地开展实验。不过，电学实验中要注意的细节繁多。因此，当学生在自主进行实验时，教师在不同的小组间巡视，帮助学生解决个别化问题，提示学生注意一些操作事项，如留意电路中的正负极、使用正确的电压表接入按钮等等。学生在实验的过程中进行观察，然后获取信息，将观察到的数据填入表格。

2.4.2 分析论证，处理信息

实验操作是获取信息的过程，但是信息本身并代表实验结论，要对信息进行进一步分析和处理，从中提炼变量之间的关系，才能获得实验结论。在“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验中，教师让学生报告实验结果。如一个小组实验第一步骤中使用R=5Ω定值电阻，分别获取了三组数据：U=1V，I=0.2A；
U=1.5V，I=0.3A；
U=2V，I=0.4A。在第二步骤中将电压定为1.5V，分别获取了三组数据：R=5Ω，I=0.3A；
R=10Ω，I=0.15A；
R=15Ω，A=0.1。教师用投影仪展示三份学生实验报告，然后和学生一起分析数据，获得结论：导体中的电流与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。在用文字表述实验结论后，教师使用Excel 表格处理当R=5Ω条件下的实验数据，用一个函数图像来表示U、I、R 之间的关系，进而以图像形式表征实验结论。用图像展示结论后，便完成了猜想、实验设计、实验操作、分析论证的全部探究环节。此时，教师再用一个PPT 页面，介绍本次实验中发现的变量关系便是欧姆定律。学生亲历实验探究环节，了解了相互关联的各流程，不仅掌握了学科知识本身，而且提升了探究能力。

2.5 交流评估，培养反思能力

在实验结束后开展交流评估，可以为学生提供回望实验过程的机会，培养学生的反思能力。虽然成功地完成了实验，但是学生在进行实验时大多遇到过一些问题。在交流评估环节中，教师鼓励学生讨论实验中遇到的问题并分析原因，以此共享探究经验。如有的学生没有调节滑动变阻器保证电压表示数不变，记录了发生变化的电压值，导致对变量关系的判断失误；
有的实验小组发现在开头闭合前，电流表的指针发生反偏。经过分析，发现原因在于电流表未调零。学生的集体交流，让实验操作中的错误更容易被发现。师生共同分析差异的来源，认为可能是源于材料的出厂规格差异或测量仪的读数误差。通过充分讨论实验中的问题，有助于学生留意电路实验中的误区，并形成更加缜密的科学思维。学生可从交流评估环节中讨论的内容中提炼要点，加入实验报告中。

教学实践经历对教师而言是宝贵的教研资源，可从中提炼教学注意事项。回顾和反思“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验教学过程，可以从中总结以实验探究教学培养学生核心素养的几点经验。

3.1 促进学生主动开展探究

核心素养视角下的实验探究课中，应当让学生成为课堂的主人，促进学生主动开展探究。[3]教师要调动“学”的能动性，让学生自主进行计划、实验、记录、分析与反思。因此，教师一方面要注重“激发兴趣”，让学生在求知欲的牵引下主动参与探究。

3.2 培养实验器材操作能力

使用实验器材完成实验操作，是一项重要的核心素养，在很大程度上能够说明学生探究能力的高低。合理使用实验器材不仅仅是细节上的问题，而且还与学生对物理知识的掌握程度有关。在开展实验探究教学时，教师要充分利用实验操作中的各个环节，让学生正确掌握实验器材的操作方法。[4]

3.3 以实验培养学生科学思维

物理实验是以科学思维为基础的，思维的有效性保障了实验本身的有效性。因此，教师在开展实验探究教学时，不仅停留于让学生学会操作具体的实验，更要以此培养学生的科学思维。学生在做实验的过程中应当领会如何分析问题和解决问题，在实验猜想、数据分析等方面形成个性化的感悟。只有当学生理解物理实验中包含的思想和方法时，核心素养才会得到提升。

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