摘 要：随着2018年1月教育部正式印发了《普通高中物理课程标准（2017年版）》，发展学生核心素养已成为我国当前课程改革的新任务和新内容。文章结合教学实践，基于对物理学科核心素养的理解，阐述了物理设计性实验教学的重要性、价值以及物理设计性实验教学的策略。

关键词：初中物理;学科核心素养;设计性实验;教学研究

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 收稿日期：2020-01-24 文章编号：1674-120X（2020）12-0106-02

物理教学以学生为主体，以培养“全面发展的人”为核心，符合学生的认知规律和特点，不仅注重科学知识的传授和技能的训练，而且注重对学生学习兴趣、探究能力、创新意识、科学态度的培养。所以，物理教师在实践教学中，培养学生的物理学科核心素养是很有必要的。

一、物理学科核心素养

物理学科核心素养是学生在接受物理教育、学习物理知识过程中逐步形成带有物理学科特点的、适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是知识、能力、价值观的综合表现。物理学科核心素养主要包括：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度和责任。物理观念是知识的内化，是核心素养的基础，科学思维和实验探究是关键能力，科学态度和责任是必备品格。

二、物理设计性实验教学的重要性

（一）什么是物理设计性实验

物理设计性实验是根据实验目的，运用掌握的物理概念、物理规律、实验方法，选择适当的器材设计实验方案的实验。物理设计性实验对学生综合运用知识的能力和创造能力要求较高，主要考查实验器材选择、原理、方法。

（二）物理设计性实验在物理学中的地位

在古代物理学、经典物理实验和现代物理实验中，物理设计性实验都占有很重要的地位。从牛顿发现万有引力定律的过程中，我们可以看到物理学者对科学实验的设计以及对假设进行的论证。实验与物理理论的联系越来越紧密，成为不可分割和相互依赖的结合体。物理实验需要理论的指导，在理论的预测和条件范围内去进行，所以物理实验设计显得更加重要。物理设计性实验，对培养学生的探究能力、创新精神特别重要。

（三）改革考试评价体系，注重考查物理学科素养

在新的评价观念指导下，考试评价要以促进学生科学素养的提高、教师专业素质的发展和物理教学的改进为方向和内容。近年来，广州市物理中考命题走向之一：原创实验入题，引导学生探索新知识，非常注重“科学思维”“实验探究”等物理学科素养的考查。设计实验方案的题目从2014年至今已经连续出现了6年，但学生得分不理想，学生对此题目望而却步。研究发现，在进行探究实验的过程中，学生的实验设计能力没有得到训练，所以开展物理设计性实验教学的研究迫在眉睫。

三、物理设计性实验教学的价值

（一）掌握常规仪器的作用和使用方法，内化物理概念，培养学生物理观念

在义务教育物理课程教学内容中，物理概念所占比例较大，物理概念既是教学的重点，也是教学的难点。由于物理概念比较抽象，因此学生普遍感到难以理解。如何才能让学生更好地内化物理概念，培养学生的核心素养？笔者认为，进行设计性实验教学可以很好地解决问题。

例如，人教版教材八年级上册第六章第三节“测量盐水和小石块的密度”的实验要求学生设计实验方案，用天平和量筒测量盐水和小石块的密度。在设计实验方案之前，学生已经对密度概念有了认知，知道了要测量物质密度就必须测量质量和体积，清楚了要测量的物理量后，就明白了所给仪器的作用。通过实验，学生不仅掌握了天平和量筒的作用和使用方法，还内化了密度的概念。这样的教学加强了学生自主学习的能力，有助于学生对知识的运用和迁移，真正培养了学生的物理观念。

（二）掌握科学方法，发展学生科学思维

《义务教育物理课程标准（2011年版）》实施建议部分提出让学生学习基本的科学方法，并将这些方法迁移到自己的生活之中。从初中生学习物理的心理和思维特点两方面分析，他们的学习兴趣停留于实验表面现象，他们的思维特点具有批判性、局限性和片面性。科学方法是人们在认识和改造世界中运用的、符合科学一般原则的各种途径和手段。学生在建构物理概念、探究物理规律、分析处理实验数据时都会运用到科学方法。

例如，在设计实验“探究浮力大小与哪些因素有关”时，学生结合已有的认知和生活经验，设计出多种不同的方案，此时教师追问“这样的设计合理吗？”“得出的结论合理吗？”等，使学生的思维得到碰撞。经过小组讨论，学生顿时豁然开朗，知道了要运用控制变量法进行探究。这样不仅让学生掌握了科学方法，还使学生的思维在实验过程中得到培养。

（三）重视实验探究，增强学生科学探究能力

物理是以实验为基础的一门课程，实验和科学探究紧密联系，实验是科学探究的重要方式之一。初二的学生虽然对实验充满好奇心，但往往停留在实验表象上，实验规范性差，实验探究能力弱。如果实验前先让学生自主设计实验，自己选择实验器材，那么他们在探究过程中就能运用所学的知识，发展思维，提高自己的探究能力，当学生获得成功感时就会积极地参与今后的实验探究了。例如，在进行“做功改变物体内能”实验探究时，教材设计的是在烧瓶内盛少量水，向瓶内打气，当塞子跳起来时，可看到瓶内有“白雾”生成。该实验现象明显，但成功概率不高。此时有学生想到用矿泉水瓶做实验，于是学生就地取材，亲自演示了实验，效果非常好。学生不仅理解了科学知识，还增强了科学探究能力。

（四）注重情感体验，培养学生科学态度和责任感

教师传授的不仅是知识，还有情感。教师有责任培养学生学习物理的兴趣，使学生具有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识，以及尊重自然规律的科学态度，勇于创新，关心科学技术的发展，具有环保意识和振兴中华的使命感和责任感。而设计性实验教学就是有效地培养学生科学态度和责任感的途径之一。例如，在“如何提高机械效率”实验中，学生会上网查阅资料，对机械的发展史，节能减排、提高经济效益的作用等进行了解，从而培養科学态度和责任感。

四、物理设计性实验教学的策略

（一）在设计实验前，先要正确理解实验目的，掌握细化实验目的的方法

设计实验首先要正确理解实验目的。学生只有知道要干什么，才能正确设计实验的方案、步骤、方法。前几年的广州市中考题在考查实验设计时都要求学生填写实验目的，其目的就是让学生在设计实验前先要正确理解实验目的。

为了帮助学生顺利完成实验设计，第一步就要让其正确理解实验目的，细化实验目的。例如，广州市2018年中考实验题的实验目的是“探究这支细玻璃管的管内外液面高度差与水温的定量关系”。学生应把实验目的细化为研究的对象是这支细玻璃管（从题目所给的情景可知，这是已给的器材），研究的物理量是“细玻璃管在水中管内外液面高度差”“细玻璃管所在的水的温度”，探究的是它们的定量关系。要定量就要有具体的数值，明确了实验目的，学生才能确定所需的实验器材为装水的容器、刻度尺、温度计和不同温度的水。正确理解实验目的、掌握细化实验目的的方法是学生自主设计实验的前提。

（二）通过提问、追问，展示设计实验的思维过程

在学生知道实验目的后，教师就要让学生明确实验目的提到的每个物理量的定义及测量方法，并通过提问、追问的方式，展示自己设计实验的思维过程，让学生有条理地去思考如何设计实验，养成“先明确实验目的，然后根据实验目的和原理，思考实验中要观察的情景和测量的物理量”的习惯。例如，在设计实验“测量人爬楼梯的功率”时，教师可以通过以下提问、追问，让学生明白如何设计实验。

教师：研究对象是什么？

学生：人。

教师：需要测量什么？

学生：要测量人爬楼梯的功率。

教师：实验室没有直接测量功率的工具，我们可以根据公式来测量人爬楼梯的功率，那么这个实验应该测量什么呢？

学生：要测人的体重、爬楼梯的高度和时间。

（三）利用三部曲，完成设计性实验题

教学实践证明，学生在做设计性实验题时利用三部曲可以取得不错的效果。三部曲是指搬公式、追测量值、描述步骤。第一部曲，搬公式，即运用实验目的中要测量的物理量的计算公式（实验原理）;第二部曲，追测量值，即根据公式分析出要测量的物理量，要建立仪器与测量值的條件反射（看到仪器可以想到该仪器能直接或间接测什么物理量，需注意的条件是什么）;第三部曲，描述步骤，可以描述为“用（仪器） 测量（谁的什么量） ，记为（符号）”。

例如，“测量人爬楼梯的功率”，利用三部曲设计实验如下：

五、结语

物理设计性实验教学由于存在耗时长、难度大、综合能力要求高的问题，因此学生兴趣不高，导致教学效果大打折扣。解决问题的关键在于教师，教师要提升自己的素质，研讨出更多相关的教学策略，使学生乐学、爱学、易学，这样才能让核心素养在教学实践中“生根发芽”，在学生发展中“开花结果”。

参考文献：

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作者简介：谢丽平（1977—），女，广东韶关人，一级教师，本科，研究方向：初中物理教学。