摘 要：隨著2018年1月教育部正式印發(fā)了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)已成為我國(guó)當(dāng)前課程改革的新任務(wù)和新內(nèi)容。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，基于對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的理解，闡述了物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性、價(jià)值以及物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略。

關(guān)鍵詞：初中物理;學(xué)科核心素養(yǎng);設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);教學(xué)研究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 收稿日期：2020-01-24 文章編號(hào)：1674-120X（2020）12-0106-02

物理教學(xué)以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和特點(diǎn)，不僅注重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，而且注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、探究能力、創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。所以，物理教師在實(shí)踐教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)是很有必要的。

一、物理學(xué)科核心素養(yǎng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育、學(xué)習(xí)物理知識(shí)過(guò)程中逐步形成帶有物理學(xué)科特點(diǎn)的、適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是知識(shí)、能力、價(jià)值觀的綜合表現(xiàn)。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括：物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。物理觀念是知識(shí)的內(nèi)化，是核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究是關(guān)鍵能力，科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是必備品格。

二、物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

（一）什么是物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模\(yùn)用掌握的物理概念、物理規(guī)律、實(shí)驗(yàn)方法，選擇適當(dāng)?shù)钠鞑脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)。物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和創(chuàng)造能力要求較高，主要考查實(shí)驗(yàn)器材選擇、原理、方法。

（二）物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中的地位

在古代物理學(xué)、經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)中，物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)都占有很重要的地位。從牛頓發(fā)現(xiàn)萬(wàn)有引力定律的過(guò)程中，我們可以看到物理學(xué)者對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及對(duì)假設(shè)進(jìn)行的論證。實(shí)驗(yàn)與物理理論的聯(lián)系越來(lái)越緊密，成為不可分割和相互依賴的結(jié)合體。物理實(shí)驗(yàn)需要理論的指導(dǎo)，在理論的預(yù)測(cè)和條件范圍內(nèi)去進(jìn)行，所以物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)顯得更加重要。物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、創(chuàng)新精神特別重要。

（三）改革考試評(píng)價(jià)體系，注重考查物理學(xué)科素養(yǎng)

在新的評(píng)價(jià)觀念指導(dǎo)下，考試評(píng)價(jià)要以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高、教師專業(yè)素質(zhì)的發(fā)展和物理教學(xué)的改進(jìn)為方向和內(nèi)容。近年來(lái)，廣州市物理中考命題走向之一：原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)入題，引導(dǎo)學(xué)生探索新知識(shí)，非常注重“科學(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”等物理學(xué)科素養(yǎng)的考查。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的題目從2014年至今已經(jīng)連續(xù)出現(xiàn)了6年，但學(xué)生得分不理想，學(xué)生對(duì)此題目望而卻步。研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力沒(méi)有得到訓(xùn)練，所以開(kāi)展物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究迫在眉睫。

三、物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值

（一）掌握常規(guī)儀器的作用和使用方法，內(nèi)化物理概念，培養(yǎng)學(xué)生物理觀念

在義務(wù)教育物理課程教學(xué)內(nèi)容中，物理概念所占比例較大，物理概念既是教學(xué)的重點(diǎn)，也是教學(xué)的難點(diǎn)。由于物理概念比較抽象，因此學(xué)生普遍感到難以理解。如何才能讓學(xué)生更好地內(nèi)化物理概念，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)？筆者認(rèn)為，進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以很好地解決問(wèn)題。

例如，人教版教材八年級(jí)上冊(cè)第六章第三節(jié)“測(cè)量鹽水和小石塊的密度”的實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，用天平和量筒測(cè)量鹽水和小石塊的密度。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案之前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)密度概念有了認(rèn)知，知道了要測(cè)量物質(zhì)密度就必須測(cè)量質(zhì)量和體積，清楚了要測(cè)量的物理量后，就明白了所給儀器的作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅掌握了天平和量筒的作用和使用方法，還內(nèi)化了密度的概念。這樣的教學(xué)加強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的運(yùn)用和遷移，真正培養(yǎng)了學(xué)生的物理觀念。

（二）掌握科學(xué)方法，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》實(shí)施建議部分提出讓學(xué)生學(xué)習(xí)基本的科學(xué)方法，并將這些方法遷移到自己的生活之中。從初中生學(xué)習(xí)物理的心理和思維特點(diǎn)兩方面分析，他們的學(xué)習(xí)興趣停留于實(shí)驗(yàn)表面現(xiàn)象，他們的思維特點(diǎn)具有批判性、局限性和片面性?？茖W(xué)方法是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和改造世界中運(yùn)用的、符合科學(xué)一般原則的各種途徑和手段。學(xué)生在建構(gòu)物理概念、探究物理規(guī)律、分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)運(yùn)用到科學(xué)方法。

例如，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“探究浮力大小與哪些因素有關(guān)”時(shí)，學(xué)生結(jié)合已有的認(rèn)知和生活經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出多種不同的方案，此時(shí)教師追問(wèn)“這樣的設(shè)計(jì)合理嗎？”“得出的結(jié)論合理嗎？”等，使學(xué)生的思維得到碰撞。經(jīng)過(guò)小組討論，學(xué)生頓時(shí)豁然開(kāi)朗，知道了要運(yùn)用控制變量法進(jìn)行探究。這樣不僅讓學(xué)生掌握了科學(xué)方法，還使學(xué)生的思維在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到培養(yǎng)。

（三）重視實(shí)驗(yàn)探究，增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究能力

物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門課程，實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究緊密聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究的重要方式之一。初二的學(xué)生雖然對(duì)實(shí)驗(yàn)充滿好奇心，但往往停留在實(shí)驗(yàn)表象上，實(shí)驗(yàn)規(guī)范性差，實(shí)驗(yàn)探究能力弱。如果實(shí)驗(yàn)前先讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己選擇實(shí)驗(yàn)器材，那么他們?cè)谔骄窟^(guò)程中就能運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，發(fā)展思維，提高自己的探究能力，當(dāng)學(xué)生獲得成功感時(shí)就會(huì)積極地參與今后的實(shí)驗(yàn)探究了。例如，在進(jìn)行“做功改變物體內(nèi)能”實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，教材設(shè)計(jì)的是在燒瓶?jī)?nèi)盛少量水，向瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)塞子跳起來(lái)時(shí)，可看到瓶?jī)?nèi)有“白霧”生成。該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，但成功概率不高。此時(shí)有學(xué)生想到用礦泉水瓶做實(shí)驗(yàn)，于是學(xué)生就地取材，親自演示了實(shí)驗(yàn)，效果非常好。學(xué)生不僅理解了科學(xué)知識(shí)，還增強(qiáng)了科學(xué)探究能力。

（四）注重情感體驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感

教師傳授的不僅是知識(shí)，還有情感。教師有責(zé)任培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，使學(xué)生具有將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會(huì)實(shí)踐的意識(shí)，以及尊重自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，勇于創(chuàng)新，關(guān)心科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有環(huán)保意識(shí)和振興中華的使命感和責(zé)任感。而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是有效地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的途徑之一。例如，在“如何提高機(jī)械效率”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生會(huì)上網(wǎng)查閱資料，對(duì)機(jī)械的發(fā)展史，節(jié)能減排、提高經(jīng)濟(jì)效益的作用等進(jìn)行了解，從而培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。

四、物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略

（一）在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前，先要正確理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，掌握?xì)化實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡姆椒?/p>

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)首先要正確理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。學(xué)生只有知道要干什么，才能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方案、步驟、方法。前幾年的廣州市中考題在考查實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)都要求學(xué)生填寫實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，其目的就是讓學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前先要正確理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

為了幫助學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，第一步就要讓其正確理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?xì)化實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。例如，廣州市2018年中考實(shí)驗(yàn)題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖恰疤骄窟@支細(xì)玻璃管的管內(nèi)外液面高度差與水溫的定量關(guān)系”。學(xué)生應(yīng)把實(shí)驗(yàn)?zāi)康募?xì)化為研究的對(duì)象是這支細(xì)玻璃管（從題目所給的情景可知，這是已給的器材），研究的物理量是“細(xì)玻璃管在水中管內(nèi)外液面高度差”“細(xì)玻璃管所在的水的溫度”，探究的是它們的定量關(guān)系。要定量就要有具體的數(shù)值，明確了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，學(xué)生才能確定所需的實(shí)驗(yàn)器材為裝水的容器、刻度尺、溫度計(jì)和不同溫度的水。正確理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握?xì)化實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡姆椒ㄊ菍W(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的前提。

（二）通過(guò)提問(wèn)、追問(wèn)，展示設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思維過(guò)程

在學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮螅處熅鸵寣W(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶岬降拿總€(gè)物理量的定義及測(cè)量方法，并通過(guò)提問(wèn)、追問(wèn)的方式，展示自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思維過(guò)程，讓學(xué)生有條理地去思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，養(yǎng)成“先明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，然后根?jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚伎紝?shí)驗(yàn)中要觀察的情景和測(cè)量的物理量”的習(xí)慣。例如，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“測(cè)量人爬樓梯的功率”時(shí)，教師可以通過(guò)以下提問(wèn)、追問(wèn)，讓學(xué)生明白如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

教師：研究對(duì)象是什么？

學(xué)生：人。

教師：需要測(cè)量什么？

學(xué)生：要測(cè)量人爬樓梯的功率。

教師：實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有直接測(cè)量功率的工具，我們可以根據(jù)公式來(lái)測(cè)量人爬樓梯的功率，那么這個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該測(cè)量什么呢？

學(xué)生：要測(cè)人的體重、爬樓梯的高度和時(shí)間。

（三）利用三部曲，完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題

教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生在做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題時(shí)利用三部曲可以取得不錯(cuò)的效果。三部曲是指搬公式、追測(cè)量值、描述步驟。第一部曲，搬公式，即運(yùn)用實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹幸獪y(cè)量的物理量的計(jì)算公式（實(shí)驗(yàn)原理）;第二部曲，追測(cè)量值，即根據(jù)公式分析出要測(cè)量的物理量，要建立儀器與測(cè)量值的條件反射（看到儀器可以想到該儀器能直接或間接測(cè)什么物理量，需注意的條件是什么）;第三部曲，描述步驟，可以描述為“用（儀器） 測(cè)量（誰(shuí)的什么量） ，記為（符號(hào)）”。

例如，“測(cè)量人爬樓梯的功率”，利用三部曲設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：

五、結(jié)語(yǔ)

物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于存在耗時(shí)長(zhǎng)、難度大、綜合能力要求高的問(wèn)題，因此學(xué)生興趣不高，導(dǎo)致教學(xué)效果大打折扣。解決問(wèn)題的關(guān)鍵在于教師，教師要提升自己的素質(zhì)，研討出更多相關(guān)的教學(xué)策略，使學(xué)生樂(lè)學(xué)、愛(ài)學(xué)、易學(xué)，這樣才能讓核心素養(yǎng)在教學(xué)實(shí)踐中“生根發(fā)芽”，在學(xué)生發(fā)展中“開(kāi)花結(jié)果”。

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作者簡(jiǎn)介：謝麗平（1977—），女，廣東韶關(guān)人，一級(jí)教師，本科，研究方向：初中物理教學(xué)。