初中物理实验教学中科学素养的培养策略
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作者:蔡发财
摘 要：物理是一门研究物质、相互作用和运动规律的自然科学，是注重实验的自然科学基础课程。物理实验教学是物理教学的十分重要的环节，对落实物理课程目标，培养和提高学生科学素养有重要意义。物理实验帮助学生正确掌握物理概念及其原理，拓展科学探究能力，养成良好思维习惯，进一步引导学生将物理所学的知识、技能与实践相结合，逐步形成良好的物理核心素养，深化学生的科学素养。本文围绕物理实验、教师实验教学和科学素养这一主题，阐述物理实验在培养学生科学素养方面的意义以及如何通过物理实验教学培养学生科学素养。
关键词：物理实验意义;实验教学;科学素养培养
物理实验是有目的、有计划地运用仪器、设备，在人为控制的条件下，使物理现象重现，从而进行观测，并获取资料的一种科学研究方法，而物理实验教学是物理教学中一个很重要的组成部分，有效开展物理实验教学有利于学生直观感受到物理现象，从而加深对物理的基本概念和原理的理解，训练学生科学探究的能力与水平，理论联系实践，逐步形成科学的态度和价值观，学生探究实验的各个环节有助于提高实验能力，让学生在实验中认识尊重客观数据的重要性，在实验的相互配合中发扬交流合作精神，在收集、处理实验信息中培养严谨的科学态度和科学精神等物理核心素养，而这些在接受知识过程中培养或提高的适应社会发展和人类完善自身的科学知识、能力、意识、方法和品质等物理核心素养恰好是科学素养的具体化和深化。
一、 物理实验在培养学生科学素养上的意义
（一）物理实验能有效激发起学生对物理的兴趣，引发学生学习物理知识的热情
初中生好动、猎奇心强，注意力相对不定，而物理实验真实、形象、新奇、生动，甚至出乎意料的一些实验现象，如在《两种电荷》的教学引入时摩擦后的气球可以使水流变弯曲、可以吸引轻质易拉罐;瓶吞鸡蛋、筷子提米、帕斯卡破桶实验、压缩气体做功使棉花燃烧起来、平面镜教学中的浇不灭的火焰等一系列不可思议的物理现象，恰好可以引起他们一探究竟的浓厚兴趣，利用具有移情作用的兴趣，刺激学生求知欲望，激发学习物理追根究底的热情，同时实验现象又有助于强化学生对物理知识的认知，提高学生对物理学习的兴趣等级，进一步推动学生科学素养的形成。
（二）通过设计物理实验并进行试验能增强学生的自信心，磨炼学生的意志，让学生体验成功的喜悦，有利于提高学生的科学品质
学生想要根据所学的物理知识和技能，亲自参与实验的设计并进行实验，为获得实验的成功，学生必然要利用自己所学的相关知识，阅读相关的资料，从而提高了学生的自主学习能力，同时也可以讓学生所学的物理知识和技能在现实得到实践，加深理解。实验过程中，通过学生亲自实验获取的直观的实验现象，可以更清楚地理解抽象的物质知识，更好地掌握物理基本知识和原理。学生在实验中，通过组装实验器材，甚至自制器材，如自制电动机、简易温度计、简易投影仪、望远镜、潜水艇等，动手操作实验仪器，可以充分进一步培养学生动手操作能力;学生利用所掌握的物理知识和实验技能，不断改进实验设计，在实验中完善、实践自己的实验设计，学生的物理基础知识和技能在自己设计的物理实验中不断完善和提升，在自己设计的物理实验中取得成功，感受成功快感，形成了对学生自信心的强大鼓励;当然，学生也不可避免由于各种因素，在实验中收获实验失败的痛苦（如在探究海波和石蜡的熔化特点时一不小心就会观察不到，或在自制电动机时，线圈始终无法转动），也可让学生在失败中学会寻找失败的原因，学会总结反思，在挫折中收获成功的经验，增强学生的意志，而这正是学生科学素养所包括的三大方面（知识和技能、过程和方法、情感态度和价值观）中情感、价值观的重要体现。
（三）物理实验能培养求真务实的科学态度和科学精神，养成良好的科学习惯，提高科学素养
物理实验是一个严谨的科学探究过程，在实验中要想获得实验成功，必须从设计实验、准备实验、进行实验、收集记录实验数据到整理实验仪器等科学探究的细节，一步一步做起，注重观察细节，养成有条不紊的做事的良好习惯。同时学生通过实验可以开阔自己的思维和眼界，不断强化改进实验的意识和创新实验的精神，鼓励学生利用已有的物理知识，学习科学方法，获取关于改进物理实验的直观经验，增强解决实际问题的能力，而这正是学生科学素养所包括的三大方面（知识和技能、过程和方法、情感态度和价值观）中的过程与方法的重要体现，真正践行从物理走向生活，促进学生创新精神这一科学素养的培养。
物理实验教学的组织形式，通常包括物理演示实验、学生实验、教师随堂实验，这也是物理实验教学最重要的三种方式。演示实验主要由老师在课堂上进行实验，有时也让学生参与演示配合教师完成，教师可以采用物理模型演示、视频播放演示及模拟教具演示、自制教具演示、利用AI数字化模拟演示、仿真物理实验室等App进行计算机辅助课堂演示，如演示大气压存在时教师可以演示“纸片托水”，可以利用FLASH动画模拟马德堡半球实验等。学生分组实验探究主要是在教师的指导下，在实验室或特定的物理教室以独立或小组方式配合操作完成物理实验。而随堂实验是教师边教学边指导学生实验，既非演示实验也区别于学生分组实验，在创设情境上更加灵活。那么教师如何在物理实验教学中培养科学素养？
二、 物理实验教学中培养学生科学素养的策略
（一）针对不同的物理教学内容、目的、对象选择不同的实验教学方式
在日常的物理实验教学中，教师应该深入钻研教材，利用现有的知识水平和教学条件，通过演示实验让更多生动有趣的物理实验出现在物理课堂，提高学生学习物理的兴趣;同时教师还可利用现有物理仪器改进实验，在实验方式上求创新，尽可能多让学生亲自动手实验，变演示实验为学生实验，如利用学生自备的饮料瓶或废弃的塑料药瓶等让学生亲身去感受浮力的存在，在创新实验的同时也对学生进行环保教育，通过这样的体验取得直接的实践经验，达成学生情感态度价值观三方面的收获，从而加强对科学（science）、技术（technology）、社会（society）三者（STS）关系这一科学素养的其中一个核心因素的理解。 （二）改变物理实验传统教学观念，完善物理实验教学行为
以前的物理实验教学课，教师总会要求学生在实验前提前预习教材，依据课本上内容及实验要求提前准备好实验报告，不断强调实验步骤和操作要点，要求学生严格按规定步骤，规范操作，在课堂上教师还提前按部就班的演示一遍，要求学生直接模仿教师的操作进行实验;实验中还不忘强调实验的纪律，要求学生在实验时小心操作，不互相交流走动，如测量密度实验、欧姆定律实验等中规中矩地给学生所有必需的实验器材或者给学生独有的器材让学生连思考都不用思考，直接进行实验。这样的物理实验，用器材、规则和实验步骤绑住了学生的思维和创新。如果要培养和提高学生的科学素养，作为物理实验老师就应该要让自己彻底解脱出来，转变观念，改变教学行为，当好实验教学的组织者、观察员、建议者、指导者甚至是当一个给学生实验制造障碍的麻烦制造者（故意设置障碍如在伏安法测电阻实验时故意不提供电流表或电压表，或者故意要求其中的電压表或电流表的量程损坏，无法使用，测密度时故意只提供给学生天平或者量筒等），真正让学生成为物理实验的主人，指导学生运用亲历实验，更多地让学生自己通过观察大胆尝试，描述和分析实验现象，解决遇见的问题，得出实验结论;提倡交流合作，大胆猜想假设改进实验，通过学生的经历和体验物理实验，开拓思维，激发潜能和创造性，实现其科学素养的培养和提高。
（三）通过学生参与物理实验的全过程，创新物理实验教学环境
第一，教师可以通过让学生全程参与物理实验前的准备以及实验后的实验整理，让他们通过自己的动手锻炼感受实验准备的艰辛和整理实验器材的不易，体验获得劳动成果过程中的心酸与快乐，给学生带来满足感和成就感，培养学生的情感价值观。
第二，充分挖掘学生的想象力、创造力，在不同的实验教学中尽可能留有余地，放手让学生大胆创新实验，去遇见问题，解决问题。
第三，锻炼学生的动手操作能力，让学生在物理实验中摆脱教条的负担，尽可能让学生多自制教具，让学生享受动手的快乐，既发展学生的个性，又培养和发展学生对物理的兴趣。
第四，教师要主动保持学生学习的热情，多用激励性、探究性语言，营造良好的实验氛围，创造良好的物理实验教学课堂。
第五，运用现代教育技术，优化物理实验教学。信息化背景下的现代教育技术如数字化信息系统（DIS）实验室可以简化实验数据的采集过程，在处理数据和分析实验结果比传统的实验仪器要形象生动得多，利用电流、电压、力、温度等的传感器代替传统的安培表、伏特表、弹簧测力计、温度计，不仅扩大了测量范围，简化了数据处理的流程，提高了测量精度和速度，还加大了物理实验研究问题，而将智慧课堂模拟技术、AI技术引入物理实验教学，能使学生更生动直观地观察到实验现象，掌握实验基本技能得出实验结论。
总之，科学素养教育是学生整体素质的重要组成部分，通过物理实验教学，不但能有效调动学生学习物理热情和主动性，激发学生的学习热情，使学生物理知识、科学探究的能力和科学品质得到提升，充分说明利用物理实验教学是培养学生的科学素养的重要途径。
参考文献：
[1]教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）.北京：北京师范大学出版社，2012.
[2]付丽萍.中学物理实验技能训练教程[M].厦门：厦门大学出版社，2019（6）.
[3]李惠明.物理教学中的科学素养[J].东西南北·教育，2014（5）.
作者简介：蔡发财，福建省漳州市，漳州市玉兰学校。
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