基于實驗教學的初中生物理素養提升策略

福建省福州第七中學 阮須芳

物理素養是科學素養在物理課程中的具體表現，是個體在學習、探究、應用物理知識后理解物理學基本原理、概念、物理方法及物理過程，從而形成與物理學科有關的科學精神、科學態度與正確價值觀，能夠理解物理、社會、技術與人類的相互關系，并科學決策與正確判斷的能力與品質。在初中物理教學中，教師可以通過實驗培養學生的物理素養。筆者結合教學實踐，就如何利用實驗教學培養學生物理素養展開如下探究。

一、培養初中生物理素養的重要性

《義務教育物理課程標準（2011年版）》指出，物理課程總目標是讓學生學習物理基礎知識，養成良好的思維習慣，嘗試運用科學研究方法與科學原理做決定或解決問題，在經過科學探究后具備科學探究能力，能夠獨立思考，具有創新意識，而且在有根據的情況下敢于懷疑，養成大膽想象、尊重事實的科學精神與科學態度等。除此之外，習近平總書記反復強調教育的根本任務是立德樹人。所以，不管哪一個學段，還是哪一門學科，教育教學都要堅持以人為本的原則，不能以考試、分數為中心，而是要讓學生在理解和掌握物理知識的基礎上學會用它們解決實際問題；更要讓學生通過物理課程的學習獲得良好的學習能力、形成優良的精神品質等，只有這樣才能彰顯出物理課程的育人價值，推動“立德樹人”教育根本任務的落地。在初中物理教學中，教師不能滿足于課本知識的講解，更不能滿足于學生對課本知識以及解題技巧的記憶，而是要有意識地培養他們的物理素養。

二、利用實驗教學提升初中生物理素養的可行性

物理素養可概括為五個部分：（1）物理學科知識。掌握基本的物理術語與物理學基本規律、概念等知識，了解并掌握科學技術、物理學史等發展歷程在環境資源、社會生產生活等方面的應用情況。（2）物理學科能力。參與物理知識探究過程，形成初步的物理學科能力，包括自主學習能力、信息收集與處理能力、實驗探究能力、提問能力、觀察能力、利用物理術語交流評價以及對社會、技術、科學進行決策與判斷的能力等。（3）物理學科思維方法。具備一定的邏輯思維、形象思維，了解并掌握等效替代法、理想模型法、實驗推理法、轉換法、控制變量法等基礎的物理學科研究思維與方法等，能夠用這些處理與解決有關問題。（4）物理學科品質。對物理這門學科保持濃厚的學習興趣，通過學習物理課程形成探索進取、勇于猜想、敢于批判、理性判斷等精神品質，同時形成善于合作交流的良好品質與實事求是的科學態度等，具備奉獻與創新精神。（5）物理學科意識。通過物理課程的學習塑造正確的價值觀、世界觀，能夠靈活地運用物理知識、規律處理、判斷、交流信息，善于發現物理世界的美，形成良好的審美情趣，關注物理技術的發展情況以及它對促進資源、自然、環境、文化、社會等可持續發展的意識等。

作為物理學科的基礎，實驗占據重要位置。教學結果表明，有效的物理實驗教學可以幫助學生理解物理知識并形成深刻的記憶，建立物理概念，還能促進他們的智力發展以及多方面能力的提升。這是一種將理論與實踐結合起來的重要方法，有助于培養學生的物理素養。具體來說，實驗是物理學科發展的根基，物理課本上的很多概念、公式、定理等都是從實驗中產生的，所以對學生進行實驗教學從某種程度上說是讓物理知識回歸本質，使學生知其然且知其所以然，深刻地感受到物理世界的魅力，從而掌握物理學科知識。與此同時，在實驗操作過程中，學生難免會遇到問題，這就需要他們思考、討論、分析、探究等，從而有助于培養學生處理信息、解決問題的能力。在物理實驗中，學生需要嚴謹思考、細致對比、仔細觀察，只有這樣才能整理并歸納出實驗結果，這在無形中培養了他們實事求是的態度與科學嚴謹的精神等。此外，很多物理實驗需要學生合作完成，在合作完成實驗的過程中，學生深刻地認識到與他人合作的重要性，而且通過與他人的不斷磨合形成良好的團結意識、合作精神等。由此可見，利用物理實驗教學培養學生的物理素養具有較強的可行性，兩者是相互促進的關系，物理素養為實驗教學的開展指出了清晰的方向，而實驗教學則助力學生物理素養的形成。

三、現階段初中物理實驗教學存在的問題

（一）學生主體地位未體現

當前初中物理課上，很多教師依然沿襲著傳統的“講解—接受”教學法，按照實驗教學目標以及學生的理解能力，將實驗過程、結果以及實驗現象的原理等直接傳授給學生，而學生被動地記憶。眾所周知，物理實驗具有很強的實踐性，其關鍵是動手操作，這也契合了陶行知先生所說的“教學做合一”理念，目的就是讓學生在做的過程中理解理論知識，形成深刻印象，掌握其背后的原理，并以此鍛煉他們的實踐能力、創新能力等。但現如今，很多教師在物理實驗課上專注于理論知識的講解，以“講”實驗的方式代替“做”實驗，學生也以“聽”實驗的方式代替動手操作。尤其在信息技術被廣泛運用到教育領域的今天，或是為了節省時間，或是為了避免學生操作失誤，又或者其他原因，部分教師直接用多媒體播放物理實驗過程，學生以“看”的形式了解實驗，教學本質未發生變化，但學生主體地位沒有得到尊重與彰顯。

（二）實驗過程缺乏探究性

對學生進行實驗教學，目的是通過理論聯系實踐的方式加深學生對物理概念、公式等基礎知識的理解，還要通過實驗操作鍛煉學生的動手能力、解決問題的能力以及思維能力等，尤其是創新思維、探究能力、敢于批判的精神、理性判斷能力等，這些都是物理素養的重要組成部分。然而，就當前初中物理實驗教學實施情況來看，以演示性實驗、驗證性實驗為主。具體來說，演示性實驗即教師在臺上或者實驗室演示操作，學生在臺下觀看并根據觀察現象記憶。而驗證性實驗雖然學生有動手操作的機會，但是實驗過程、結果等教師已經提供給學生，即學生按照既定的步驟操作實驗，最后得到預期結果。這兩種類型的實驗都違背了物理實驗教學的初衷，學生沒有真正參與知識建構，不利于他們對實驗過程、原理的理解，也不利于物理素養的形成。

（三）忽視學生的全面發展

實驗教學作為初中物理教學中的重要組成部分，承載著培養學生物理學科意識、思維方法、精神品質等諸多職責。然而，在當前初中物理實驗教學中，教師過于關注實驗本身，要求學生記住實驗過程、實驗現象、實驗原理、實驗結果等知識，忽視了他們的全面發展。眾所周知，學生是教學活動的中心，無論是實驗教學還是其他模塊的教育，都要堅持以學生為中心的原則，所以這種完全以實驗為中心甚至以考試為中心的教育理念與方法不符合要求，學生的學科能力（如處理信息的能力、觀察能力）和學科思維方法（如理想模型法、實驗推理法、控制變量法等）均未得到培養，這抑制了實驗教學價值的發揮，也不利于學生的全面發展。

四、基于實驗教學提升初中生物理素養的措施

（一）重視實驗講解，幫助學生夯實基礎知識

在物理素養中，物理學科知識是基本的組成部分，基于實驗教學提升初中生的物理素養，教師要重視理論知識講解，幫助學生夯實基礎知識，尤其是物理概念與規律等。其中，物理概念主要是指利用邏輯思維方法抽象概括物理事物，是客觀事物的本質特征與共同屬性在人們頭腦中的反映；而物理規律主要是指物理現象與過程中必然會發生、變化與發展的規律，揭露事物本質屬性和內在聯系。在物理學中，物理規律是運行中心，而物理概念是重要基石，了解并掌握基本物理概念與規律從某種程度上說是學生提升物理素養、學好物理的基礎與前提。眾所周知，初中階段的學生認知能力發展迅速，無論是對主觀事物還是客觀事物，他們都積累了豐富的感性認識，甚至形成了很多前概念，這給學習物理概念與規律提供了充分的準備。然而，初中生年齡小，他們的身心發展具有不成熟、不穩定等特點，很難長時間集中注意力，而且抽象概括能力較低，對事物的觀察也不夠細致，還容易受到前概念的干擾，所以很難理解物理概念的外延、內涵等，這會抑制他們物理素養的形成與發展。在實驗教學中，教師在學生探究問題、動手操作之前加強理論知識的講解，能夠為他們有序、高效地展開實驗提供可靠的保障。除此之外，在實驗結束后也要帶領他們整理和歸納從實驗中獲取的知識，構建完整的知識體系，為提升學生的物理素養奠定堅實的基礎。

以“探究：摩擦力”一課為例，在組織學生開展實驗前，教師要利用有關道具，結合生活經驗等給學生詳細講解摩擦力概念，如讓A、B兩個學生上臺做實驗，A是班上力氣最大的學生，B則是班上力氣最小的學生，在力氣大的A學生那端繩子上涂上潤滑油，讓兩個學生同時抓住一根橡膠材質的繩子進行“拔河”比賽。結合這個實驗過程，給學生講解摩擦力的概念、方向、產生條件等基礎知識，為他們接下來探討“滑動摩擦力與哪些因素有關？”這個問題奠定基礎。在結束實驗活動后，教師還要系統地分析實驗過程中涉及的物理知識，幫助學生形成完整的知識體系，讓他們既做好充分的準備，又能在結束后基于深入理解掌握所有知識，這對提升學生物理素養有重要意義。

（二）創設問題情境，有效激發學生探究興趣

立足實驗教學提升學生的物理素養，教師必須改變傳統物理課堂的實驗教學形式，即演示性實驗或驗證性實驗。這兩種實驗教學方式雖然能夠在一定程度上加深學生對物理基礎知識的理解，但是學生并沒有真正參與知識構建，主要通過“看”或“記”的方式掌握知識，并沒有“思”與“做”，這違背了實驗教學的初衷。培養學生的物理素養，除了要讓他們在理解的基礎上記住物理知識，還要培養他們的探究能力、處理信息的能力、解決問題的能力，以及迎難而上、實事求是的精神品質等。因此，教師在實驗教學中應秉持以學生為本的原則設計問題，利用問題驅動學生思考，以培養他們的能力與品質，最大限度挖掘其物理潛能。為了進一步激發學生的探究興趣，教師盡量不要直接提出問題，而是結合相應的情境呈現，或是用多媒體創設直觀情境，或是利用道具創設表演情境，又或者創設故事情境等，然后將問題融入其中，增強實驗教學的趣味性，符合初中生的心理特點，促使他們全身心地參與實驗活動。

以“科學探究：聲音的產生與傳播”一課為例，教師在課上可以利用多媒體播放提前準備好的音頻文件，有瀑布的聲音、夏日的蟬鳴、森林中的鳥語、路上汽車的鳴笛聲、工廠的電焊聲、鋼琴曲片段等。利用多媒體創設的情境給予學生良好的聽覺體驗，在這個基礎上拋出問題：（1）聲音是如何產生的？（2）我們人耳是如何聽到聲音的？（3）聲音是如何傳到我們耳朵里的？（4）聲音傳播的快慢與哪些因素有關？以此激發學生的探究興趣，引起他們的思考。有了興趣的驅動，學生就會全身心投入實驗活動，這為培養他們分析問題的能力、處理信息的能力奠定了牢固的基礎。

（三）優化實驗設計，持續激活學生物理思維

在以培養學生物理素養為導向的實驗教學中，教師除了安排演示性實驗、驗證性實驗，還要多安排一些探究性實驗，用問題引導學生，讓他們自主思考，真正參與知識探究。小組合作探究是一種有效的教學方法。具體來說，在提出問題后，教師將全班學生分成若干小組，讓各小組學生思考、討論。它的優勢在于，初中生由于成長環境、家庭教育、思維方式、興趣愛好的不同而存在個體差異，所以在小組合作學習過程中，對同一個問題，不同學生可能會產生不同的思路，設計出不同的實驗方案，這是重要的生成資源。在小組合作中，不同的觀點與思路相互碰撞，學生的視野、思維也會變得更加開闊，尤其是發散思維、批判思維等。此外，這也有助于培養學生實事求是的精神、團結協作的能力等。

以“壓力的作用效果”一課為例，對“壓強大小與哪些因素有關？”這個問題，筆者讓各小組學生思考并交流，大膽闡述自己的想法。各小組展開激烈的討論，給出了自己的觀點。如，有的學生通過“運輸車裝很多輪子”這一實例猜測壓強大小與受力面積有關系，也有的學生通過“減少書包里書本數量會更加舒適”的實例猜測壓強大小與壓力大小有關系。在激烈的討論和爭辯中，每個學生都在極力地說服同組成員，試圖得到他人的認可，最后根據討論的成果設計實驗方案。這樣的學習氛圍給學生展示自我提供了重要的契機，每個人都能暢所欲言，說出自己的想法與見解，再通過實驗結果證實或證偽。這樣的實驗過程培養了學生解決問題的能力、批判性思維、科學嚴謹的精神等，促進了他們物理素養的提升。

（四）理論聯系實際，培養學生學以致用能力

眾所周知，物理主要研究電、磁、力、聲、光等領域的物質，而這些在生活中隨處可見，與生活有著密不可分的關系。在實驗教學中，教師可以抓住這一契機融入與生活有關的知識，即堅持理論聯系實際的原則展開實驗活動，這對提升學生物理素養有重要意義。一方面，在實驗教學中融入生活元素，能夠給予學生親切感、熟悉感，既可以消除他們的畏懼心理，又能充分調動他們的主觀能動性。另一方面，生活元素的介入讓學生深刻地認識到物理與現實之間的聯系，有助于培養他們學以致用的能力。

例如，在“科學探究：牛頓第一定律”一課中，教師可以聯系學生日常生活中經常坐公交車的場景創設教學情境：“同學們，公交車是我們生活中的一個重要交通工具，你們有沒有發現，當公交車剎車時，車上乘客的身體會如何，前傾？后仰？還是原地不動？而當車子突然啟動時，車上的乘客又是前傾？后仰？還是保持原姿勢不動呢？”這樣的生活場景對初中生來說熟悉而親切，可以有效喚醒其學習興趣。在學生理解牛頓第一定律的概念與原理等知識后，教師可以讓學生做一個能夠用牛頓第一定律解釋的物理實驗。完成這樣的實驗需要學生將自己學到的物理知識與實際生活聯系起來，這樣既可以加深他們對牛頓第一定律的認識，又可以在無形中提升他們學以致用的能力、探究能力、理論聯系實際的能力等。如有的學生將一個硬幣放在A4紙上，然后迅速抽出紙張，紙上的硬幣卻沒有移動位置；有的學生拍打衣服上的灰塵；有的學生用一個盆裝著水然后倒出去等。通過他們的這些實驗反饋，筆者清楚地認識到大多數學生都理解并掌握了牛頓第一定律，并且學會用它解釋生活現象，這既深化了他們對牛頓第一定律的認識與理解，也培養了學生學以致用的能力。

（五）引導實驗反思，提升學生物理綜合素質

在傳統初中物理實驗教學中，很多教師注重操作過程而忽視了活動結束后的反思。實際上，實驗后的反思也是至關重要的，它不僅可以培養學生自我反省能力，還能幫助他們有針對性地彌補不足，實現學習效益最優化。例如，在小組合作探究活動結束后，筆者會讓各小組派一名代表展示成果，重點闡述實驗過程的思路等。接著，讓小組代表進行自我反思，說出自身的問題，其他組員則協助補充，同時回答其他小組成員的提問等。然后，讓小組之間互相評價，肯定對方的優點，指出不足之處。一方面，引導學生相互借鑒，另一方面，通過實驗反思培養學生的信息處理能力、整合能力，使其具備良好的獨立意識、問題意識等，促進學生物理素養的提升，充分發揮物理課程的育人價值。

總之，物理實驗具有形象性、直觀性、真實性、趣味性等特征，是物理教學體系中至關重要的組成部分。在實際生活中，很多教師沒有認識到實驗教學的價值，將它放置在一個可有可無的位置上，抑制了實驗教學功能的發揮。實際上，有效的實驗教學不僅可以幫助學生鞏固物理知識、鍛煉能力，還能提升其精神品質，教師應及時革新教育理念，深入研究物理素養的內涵并優化教學流程，建立科學、完善的物理教學模式，充分發揮物理課程的育人價值，促進學生全面發展。