2020-02-20 点击:

作者: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。