基于核心素养下初中物理实验教学策略研究
摘要
物理是一门以实验为基础的自然科学，实验教学在初中物理课程中具有不可替代的价值与功能。《义务教育物理课程标准（2022年版）》将物理学科核心素养凝练为物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度，要求以核心素养培养为导向，推进实验教学的理念、内容与方式改革。然而，当前初中物理实验教学仍普遍存在“重结论轻过程、重验证轻探究”的倾向，学生参与被动、思维活动浅显、实验操作流于形式等问题制约着核心素养的落地。本文在分析初中物理实验教学现状与问题的基础上，从观念建构、科学思维培育、探究能力发展、科学态度养成四个维度提出了系统化的教学策略，并结合具体教学案例阐释了策略的实施路径。研究表明，核心素养导向的初中物理实验教学应实现从“知识验证”到“素养培育”、从“被动操作”到“主动探究”的转变，让学生在真实的实验探究中经历知识的建构过程，发展物理学科核心素养。
关键词：核心素养；初中物理；实验教学；科学探究；教学策略
1 引言
物理学科的本质是基于实验的科学，实验教学在课程中具有不可替代的价值和功能。《义务教育物理课程标准（2022年版）》将物理学科核心素养凝练为物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个维度，要求以核心素养培养为导向，推进评价观念、方式和方法的改革。新课标明确指出物理课程需兼具基础性与实践性，着重关注学生核心素养的培育与提升，要求借助实验教学锻炼学生的动手操作能力、综合探究能力，并塑造其科学精神。这一课程定位意味着初中物理实验教学必须从传统的“验证性实验”模式走向“探究性实验”模式，从“知识本位”走向“素养本位”。
然而，在实际教学中，实验教学仍普遍存在“重结论轻过程、重示范轻探究”等问题，限制了学生思维建构与自主探究能力的发展。不少教师仍将实验教学定位为“验证书本结论”的手段，学生按照既定步骤操作、记录数据、套用结论，实验过程缺乏真正的思维参与和探究空间。学生实验能力不足、实验教学内容单一、实验操作依赖教师等问题依然突出。正如有学者所指出的，初中阶段是学生科学思维发展的重要时期，实验教学理应承担思维训练的功能，但是在实际教学中仍有演示代替探究、数据套用结论等现象。
高教学刊刊载的研究表明，物理实验教学在提高学生科学素质、培养学生科学实验能力、知识迁移应用能力、分析解决问题能力中具有重要作用。而亚太教育对数字化技术与实验教学融合的持续关注亦表明，信息技术的深度嵌入正在为初中物理实验教学开辟新的路径。本文立足核心素养的理念框架，系统分析初中物理实验教学存在的问题，并从物理观念建构、科学思维培育、科学探究能力发展、科学态度养成四个维度提出系统化的教学策略，以期为初中物理实验教学的素养导向转型提供参考。
2 核心素养视域下初中物理实验教学的价值定位
2.1 实验教学在物理核心素养培育中的独特功能
物理学科核心素养的四个维度——物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任——均与实验教学有着深层的内在关联。实验教学不仅仅是“验证知识”的手段，更是“建构素养”的途径。
在物理观念的建构层面，实验教学为学生提供了从具体现象中抽象物理概念的认知通道。初中生的逻辑思维能力和抽象推理水平尚处在发展期，常常会碰上认知难题。物理实验给抽象理论的理解给予了直观支撑。通过实验，学生可以直接观察物理现象、测量物理量、建立物理量之间的关系，在具象经验的基础上建构对物理概念和规律的理解。教师可以联系生活实例、巧用实验演示构建物理观念，让学生从生活走向物理，从物理走向社会。
在科学思维的发展层面，实验教学是培养学生科学推理、科学论证和模型建构能力的重要载体。通过实验推理、创新实验，可以启迪科学思维，培养学生严谨的逻辑推理与创新能力。学生在设计实验方案、分析实验数据、评估实验误差、得出实验结论的过程中，经历着完整的科学思维训练。
在科学探究能力的培养层面，实验教学是核心素养落地的关键路径。以自主设计探究实验、小组合作推进科学探究，能够有效提升学生的实践操作与团队协作能力。新课标背景下的实验教学应让学生亲身体验实验探究过程，并从中获取学习科学文化知识的更好方法，进而培养学生面对实际问题的分析解决能力。
在科学态度与责任的养成层面，实验教学通过强调实验规范、渗透安全意识培养科学态度与责任。学生在实验中学会尊重事实、严谨求实，形成实事求是的科学态度。
2.2 新课标对初中物理实验教学的新要求
新课标对初中物理实验教学的理念、目标和内容作了全面的阐释。具体要求可概括为三个转向。
从“知识验证”转向“素养培育”。实验教学的目标不再是“验证书本结论”，而是通过实验过程发展学生的核心素养。核心素养成为衡量教育质量与学生全面发展的重要指标，不仅强调对知识技能的掌握，更强调对学生思维能力、创新意识、实践操作及社会责任感等多方面能力的培养。
从“演示实验”转向“探究实验”。新课标要求借助实验教学锻炼学生的动手操作能力、综合探究能力，并塑造其科学精神。教师应注重让学生亲身体验实验探究过程。探究实验强调学生在问题驱动下自主设计实验方案、收集和分析数据、得出结论并进行交流评估。
从“单一技能”转向“综合素养”。实验教学不仅要培养学生的实验操作技能，更要综合发展其物理观念、科学思维、探究能力和科学态度。分层次实验设计、探究式实验、校本课程开发及信息技术应用等策略，应共同指向科学思维与综合素养的全面提升。
3 当前初中物理实验教学的主要问题
尽管新课标对实验教学提出了明确要求，但当前初中物理实验教学仍面临多重结构性困境。
3.1 教学理念：“重结论轻过程”的惯性
传统实验教学中“重结论轻过程、重示范轻探究”的倾向依然突出。不少教师仍将实验教学视为“验证书本知识”的环节，按照“教师讲解—学生模仿—记录数据—套用结论”的固定流程组织实验课。学生在实验过程中的思维参与度低，缺乏真正的探究体验。正如有研究指出的，当前实验教学仍普遍存在“重验证、轻探究”“重结果、轻过程”的倾向，学生主动发现和解决问题的能力未能得到充分培养。
3.2 教学方式：“演示代替探究”的倾向
在实际教学中，演示实验占据主导地位，分组探究实验的比例偏低。部分教师受传统教学理念的影响，在物理实验教学时仍存在一定的问题，导致实验教学的价值无法真正发挥。部分学校受限于实验条件、课时安排及评价方式，难以开展真正意义上的科学探究活动。学生实验操作依赖教师，缺乏独立设计实验方案和解决实验中突发问题的机会。
3.3 教学内容：实验内容单一与生活脱节
实验教学内容单一、实验操作依赖教师等情况影响了核心素养的培养效果。部分实验内容与学生的生活经验脱节，难以激发学生的探究兴趣和内在动机。实验器材陈旧、实验设计缺乏开放性，限制了学生创新思维的发展。正如有研究所指出的，传统实验教学存在实验器材单一、实验内容枯燥、教学方式陈旧等问题，严重影响了实验教学的效果。
3.4 评价方式：过程性评价缺失
当前实验教学的评价仍以实验报告的完成情况和数据的准确性为主要依据，对学生实验过程中的思维表现、探究能力、合作态度和科学精神缺乏有效的评价工具和评价机制。过程性评价的缺失，使教师难以及时发现学生在实验设计和数据分析中的思维偏差，也使学生在实验过程中缺乏明确的能力发展目标。
4 基于核心素养的初中物理实验教学策略
4.1 以生活化实验情境建构物理观念
物理观念的形成需要建立在丰富的感性经验基础之上。教师应联系生活实例、巧用实验演示构建物理观念。生活化的实验情境能够使抽象的物理概念与学生的已有经验建立联系，降低认知门槛，激发学习兴趣。
在具体实施中，教师可以从学生熟悉的生活现象出发设计实验。例如，在“摩擦力”教学中，可以让学生用手在桌面、毛巾、玻璃上滑动，感受摩擦力的存在与变化；在“压强”教学中，可以用“气球与钉板”的实验创设认知冲突。通过生活化的实验情境，学生从生活走向物理，从物理走向社会。生活化实验情境的价值在于：它不是“为情境而情境”，而是将物理概念植根于学生的真实经验之中，使物理观念的建构有了具体的“锚点”。
亚太教育刊载的研究表明，初中物理生活化教学可以有效帮助学生更深刻理解和掌握物理学科知识。教师应充分考虑物理课堂教学现状，通过生活化问题设计、趣味性课堂活动等方式开展实验教学。
4.2 以问题驱动的探究实验发展科学思维
科学思维的发展需要在真实的问题情境中通过探究活动来实现。问题驱动的探究实验强调以具有挑战性的问题为出发点，引导学生在解决问题的过程中发展科学推理、科学论证和模型建构能力。
探究实验的设计应遵循“问题—假设—方案—验证—结论—反思”的基本路径。教师应创设真实且富有吸引力的主题情境，设计一系列与之相关的探究任务，引导学生在实践过程中深入理解物理观念，培养科学思维。以“凸透镜成像的规律”教学为例，教师可以“如何用凸透镜获得清晰的像”为核心问题，引导学生经历“创设情境，问题驱动—分组实验，科学探究—数理结合，模型建构—联系实际，迁移应用—了解学情，评价交流”的完整探究过程。
探究实验的关键在于“真探究”——不是让学生按照既定步骤“走流程”，而是让学生在面对真实问题时自主设计方案、收集证据、做出解释。当教师合理引导学生观察实验现象、理解测量原理时，学生可主动思考实验方案，逐步形成科学探究意识。
4.3 以分层递进的实验设计发展科学探究能力
学生的科学探究能力发展具有阶段性特征，实验教学应遵循学生的认知规律，采用分层递进的设计策略。山东省潍坊市寒亭区提出了“基础性实验—提高性实验（第二课堂）—创新性科学实验”的分层次递进式实验教学新模式。
基础性实验面向全体学生，以课程标准规定的基本实验为主，侧重实验操作规范和基本探究方法的掌握。提高性实验面向学有余力的学生，通过第二课堂或课外活动开展，侧重实验方案的自主设计和数据分析能力的提升。创新性科学实验面向有志于深入探究的学生，鼓励学生从生活中发现问题、设计原创性实验方案、开展较为深入的探究活动。
分层次实验设计不是对学生的“分类”，而是为学生提供差异化的“成长阶梯”。每个学生都可以在适合自己的层次上获得发展，并在具备条件时向更高层次迈进。
4.4 以数字化技术赋能实验教学的深度转型
数字化技术为初中物理实验教学的深度转型提供了新的可能。《亚太教育》刊载的研究指出，数字化技术在实验教学中的作用愈加显著，通过整合虚拟实验平台、增强现实技术、数字化实验设备和在线评价工具等技术手段，初中物理实验教学可以实现质的提升。
基于传感器技术的DIS实验可提高初中物理实验教学的效果。在探究类实验教学中，利用信息技术对传统实验器材进行优化，可将转换法设计的实验还原成直接测量的实验，或将不易测量数据变成精准测量数据，将不易观察现象优化为容易观察现象。数字化技术还可以增强实验精准度与稳定性、拓展教学资源、实现实验过程可视化、增强实验灵活性以及支持个性化学习。
然而，数字化技术的应用应服务于核心素养的培育而非替代学生的亲身体验。正如有研究指出的，信息技术在初中物理教学中仍面临困境，需要在应用中加以正视和克服。数字化技术应作为实验教学的“增强剂”而非“替代品”，其核心价值在于帮助学生“看见”原本看不见的现象、“测量”原本测不准的数据、“理解”原本难理解的概念。
4.5 以多元化的评价促进实验素养的全面发展
评价是实验教学闭环运行的关键环节。核心素养导向的实验教学评价应从“结果判断”走向“过程诊断”，从“单一维度”走向“多元视角”。
在评价内容上，应涵盖实验方案设计、实验操作规范、数据记录与处理、实验报告撰写、合作探究表现、科学态度与责任等多个维度。在评价方式上，应综合运用课堂观察、实验操作考查、实验报告评价、学生自评与互评等多元方式。在评价功能上，应发挥评价的诊断和导向作用——及时发现在实验设计和数据分析中的思维偏差，为教学调整提供依据。
5 结语
基于核心素养的初中物理实验教学，是落实新课标要求、实现物理学科育人价值的关键路径。物理学科核心素养的四个维度——物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任——均与实验教学有着深层的内在关联。核心素养导向的实验教学要求教师超越“验证结论”的传统定位，让学生在真实的实验探究中经历“问题—假设—方案—验证—结论—反思”的完整认知过程。
《高教学刊》 所关注的物理实验教学在培养学生科学素质和创新能力方面的独特价值，以及 《亚太教育》 对数字化技术与实验教学融合的持续探索，共同为初中物理实验教学的素养导向转型提供了理论支撑与实践参照。从“验证知识”走向“建构素养”，从“被动操作”走向“主动探究”，从“单一技能”走向“综合发展”——当实验教学真正成为学生探究科学世界的窗口而非机械操作的场所，初中物理教学便完成了从“知识本位”到“素养本位”的跨越。
参考文献
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