核心素养导向的初中物理实验优化探析
来源:用户上传
作者:
摘 要：物理学科是一门以实验为基础的学科，是初中教育的重要课程之一。实验教学是国家课程标准规定的重要教学内容，是培养创新人才的重要途径。在核心素养的新时代，学科教育模式和学习方式要有根本变革，上好物理实验教学，优化物理实验，培养学生物理学科核心素养，是每一位中学物理教师的责任和使命。本文对初中物理实验优化进行了有益的探索和解析。
关键词：核心素养 ; 初中物理 ; 实验优化
2016年9月，中国学生发展核心素养总体框架正式发布。它以培养全面发展的人为核心，凝练出人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养，引发了社会的高度关注。2016年年底，核心素养开始进入课程，走进中小学，中国基础教育迈入核心素养的新时代。
一、核心素养时代对物理实验教学的新要求
从“三维目标”走向“核心素养”，意味着学科教育在高度、深度和内涵上都提出了新的要求，意味着学科教育模式和学习方式的根本变革。那么以实验为基础的初中物理学科又该何去何从呢？ 2019年11月20日，教育部颁发《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》（教基〔2019〕16号文件），明确指出实验教学是培养创新人才的重要途径，要开齐开足开好国家课程标准规定实验，切实扭转忽视实验教学的倾向;要拓展创新，改进方式，着力提升学生的观察能力、动手实践能力、创造性思维能力，培育学生的创新精神、科学素养和意志品质。
二、初中物理实验教学中存在的问题
教育部文件的发布是在充分调查基础上进行的。如果你深入初中物理课堂听课，你往往会有一种感觉，好像物理课与其他学科没有什么两样：不做实验或很少做实验，或以讲代做;新授课与习题课一样，题海茫茫苦作舟。物理课的特点在哪里？物理课的特点就在于“物”和“理”。“物”即事实证据，必须以实验为基础;“理”即理性思维，要以思维为中心。通过实验，创设情境，观察表象，通过理性思维抽象出具体的理论，再通过具体的原生态问题，得到建构和升华。显然，把活生生的物理肢解为知识，而又把知识的获得归结为习题的训练，这样的物理课背离了物理的本质和特性，这样的物理是没有魅力的，也不能形成物理学科的素养。
三、实验优化，助力实验教学“更上一层楼”
实验就是初中物理教学的一个“阿基米德点”，借助实验我们可以帮助学生形成物理学科素养。开齐开足开好国家课程标准规定实验，只是物理学科教学的“标配”，要想“更上一层楼”，就要结合教学重难点，结合学生情况，对物理实验进行创新和优化，创造出适合学生最优化实验。比如沪科版八年级物理第六章第五节《科学探究：滑动摩擦力》，教材实验：探究滑动摩擦力大小与什么因素有关，实际按课本操作去做很难成功，究其原因主要是设计不合理——用弹簧测力计拉着物体做匀速直线运动实属困难，一边拉动弹簧测力计一边读数，难上加难。对于此实验不少试题拿来做文章，让学生评价现在实验和优化后的实验各自的优缺点。除了类似难以成功的实验，还有操作繁琐的实验，有现象不明显的实验，有时间过长的实验，这些实验都需要加以改进和优化。如何进行初中物理实验的优化呢？优化虽然没有固定的模式和万能的方法，但是却有一定的原理可以遵循。
四、实验优化的五个基本原理
（一）转换原理。物理转换原理是已知B=f（A），现要测B，但B不易测，利用B=f（A）把测B转换为測A，由B=f（A）可得B。比如：大气压大小的测量，我们可以把其转换为托里拆利实验中求出大气压所支撑的水银柱的高度来计算出现。其实托里拆里实验实际操作也有缺点：向细管中灌水银困难，并且水银有毒，实验不安全。我们可以接着运用转换原理，利用注射器下挂钩码来计算大气压大小。
（二）比较原理。物理比较原理是若实验条件N相同，有某物理现象或物理规律K相同;若条件N不同，有某物理现象或物理规律K不同，则说明实验条件N是某物理现象或物理规律K的相关因子。比如：验证液体压强随深度的增加而增大的实验，最初教材实验为一矿泉水瓶子装满水，从不同高度打几个孔，看水喷到地面上的远近，来说明液体压强随深度的增加而增大。实际上这个实验是错误的，因为液体从小孔喷出的水平喷射距离S，与喷射速度V和喷出后的下落时间t两个因素有关，此实验t并不相同。所以运用比较原理，该实验可以优化为：在每个孔下相同距离处水平放置一平板，然后再比较水柱喷射的远近。
（三）放大原理。放大原理是如果物理现象不明显或物理量不易测量，为使物理现象明显或物理量容易测量，想办法进行放大。如老人利用放大镜看书就是利用光学放大;验证桌子在压力作用下会发生微小形变：在一张桌子的两端分别竖置两个平面镜，用一位置固定的激光束射向一个平面镜，反射至另一平面镜，另一平面镜再反射到一刻度尺上，用力压桌面，我们会发现经过两次反射照到刻度尺的激光光斑位置会发生明显变化，证明桌子发生了形变。
（四）模拟原理。模拟原理是某些物理现象不容易或不可能直接显示出来，我们通过物理模拟后把它们呈现出来，方便学生的理解和学习。比如在学习家庭电路时，由于我们平时很难看到完整的家庭电路的电路结构。我们就可以利用模拟原理把一个完整的家庭电路模拟制作到一个电路板上，让学生去认识家庭电路的构成和各部分的作用;类似还有高压输电的原理模拟;显示单线触电、双线触电原理模拟;用瓶子、乒乓球、碎石子、沙子模拟分子间存在间隙等。
（五）变换原理。变换原理是变换实验现象呈现的方式，以另一个角度去展现实验现象。它是创新性思维的一种体现，也是实验优化的常用手段。变换的形式有动静变换、方向变换、平面立体变换、物理尺寸变换等。
动静变换。如：在实验优质课比赛中，一选手引入《光的反射》，用一激光去照射平面镜，经反射照在墙上形成一个光斑。至此评委觉得毫无新意，但选手接着把此平面镜按在一提前准备好的小马达上，接通电源，激光照射转动的平面镜，经反射呈现在墙上的居然是一个心形，颇为有趣，这便是变静为动。
方向变换。很多物理实验受重力影响只能在水平面做，如果变换一下方向，效果就截然不同。比如在做电学实验时，因为元件受重力影响，我们常在水平桌面上连接电路进行实验。如果是学生自己实验倒没有什么，但如果是演示，那么坐在下面的同学就什么也看不见。可以把实验优化为在每个元件后加磁铁，让其吸附在竖直的磁性黑板上，实验现象将会非常明显。
水平立体变换。黑板和纸张都是平面的，导致很多实验现象常常平面呈现，如果实验现象本来是立体的，这就增加了学生理解的难度。我们就要想办法把实验现象立体呈现。比如磁体周围存在磁场，用玻璃杯、细铁屑和磁体很容易呈现平面的磁场分布，但要想立体显示，就必须克服铁屑所受重力的影响，我们可以把铁屑放在液体里，用浮力去抵消重力的影响，进行磁感线的立体呈现。
物理尺寸变换。思路最为简单，但效果不容小觑。比如：在讲《光的色散》时，一教师专门做了一个特大号的三棱镜，用大功率的老式投影仪灯泡照上去，顿时一条长长的彩虹呈现在整个教室的屋顶，学生们兴奋得跳了起来。
总之，在核心素养的新时代，初中物理实验优化还有很大的空间，没有最好只有更好，这就需要初中物理教师与时俱进，更新观念，加强学习，不断实验优化，为学生营造理想的实验效果和愉悦的学习氛围，提升学生的思维品质，促进学生物理学科核心素养的形成。
参考文献：
[1] 余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海教育出版社，2017
[2] 李松岭.物理创新性实验的六大设计原理[J].物理与工程，2007
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-15146182.htm
