基于提升核心素养的实验教学优化

2021-07-19薛勇琴黄树清

中学理科园地 2021年1期

薛勇琴黄树清

摘要：随着物理学科核心素养的提出，初中物理教学迎来了巨大的挑战。在初中物理实验教学中，教师应致力于培养学生的核心素养。本文以“探究光反射时的规律”实验为例，介绍优化实验教学的三个途径，旨在提升学生的核心素养。

关键词：核心素养;实验设计;实验器材;光的反射

2017年新修订的《普通高中物理课程标准》，在前一轮课改“三维目标”的基础上，提出了“核心素养”。新一轮提出的“核心素养”可以更好地弥补过去教育中的不足，更适合当今社会的发展，也更符合现在学生的学习需要。物理学科核心素养由物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个维度构成。物理教学离不开实验，實验可以激发学生的学习兴趣、使抽象的知识变得具体，是初中物理教学的重要内容，同时也是提升物理学科核心素养的关键内容，尤其是在提升学生科学思维与科学探究两个方面[ 1 ]。

笔者就以八年级人教版第四章第二节中“探究光反射时的规律”实验为例，谈谈如何优化实验教学，促使学生的学科核心素养得到进一步发展。

1 优化实验器材，重视学生主体

学生是学习的主体，教的行为、学的行为都应该围绕发展学生个性需要和社会需求而开展。在传统的实验中，学生主要是扮演“配角”，由教师负责安排好实验的每个细节，包括直接给学生提供实验中所需要的实验器材，这往往会导致学生感到枯燥，注意力无法集中，极大地阻碍了学生自主学习能力的培养。因此，在实验教学中，突出学生主体地位尤为重要。可以先由学生亲自选取实验所需的器材，促使师生一同经历，体验原有实验器材的不足，从而引导优化实验器材，这样不仅能实现自主，合作，还能提高学生的实验探究能力，养成良好的科学态度与责任。

在人教版初中物理教材中，“探究光反射时的规律”是第四章第二节的学习内容。学生已经学完了光的直线传播相关内容，奠定了探究光的反射实验的知识基础。

例如，在实验开始之前，教师让学生自行思考并选取“探究光的反射规律”所需的实验器材，学生会根据上节课光的直线传播的知识基础，自然而然选取激光笔、平面镜以及光屏进行实验。

教师引导学生观察实验现象，学生发现问题：“利用光屏很难观察到反射光和入射光的位置”，如图1所示。经过学生的讨论分析得出，光屏的作用是承接光路，因为光路在空气中无法明显显示出来。但是实验发现光屏的效果也不是很明显，所以应该选取别的仪器替换掉光屏。

教师指出那能否让光路在空气中直接显现出来，引发学生思考，之后教师给学生科普丁达尔效应。只要在空气中加入直径小于可见光波长的微粒，就能在空气中看到光路。

此时教师引入喷雾仪，并向学生演示用喷雾呈现光路，如图2所示。喷雾仪可以形成细微的水雾，光线就可以呈现在我们的立体空间当中。

教材中的利用光屏呈现光路的方法，将光线局限在二维空间中，而且需要耗费较长时间调整光屏的位置，实验效率较为低下。优化后的实验器材，利用喷雾仪可以清楚地观察到光线的位置，而且突破了二维平面的局限。实验操作简单，提高了学生的学习积极性与实验参与度。

与学生共同体验实验器材的优化过程，在真实场景中，根据观察到的现象引发思考，学生得以自己体验分析。在优化器材的过程中学生主动经历了思考、分析等思维过程，发展了分析思维。让学生主动融入，积极思考，主动探究，注重学生的主体地位，有效地导向学生核心素养的提高。

2 优化实验方案，培育科学思维

在人教版八年级物理第四章第二节“光的反射”中，教材对于“探究光反射时的规律”的实验安排如图3所示[ 2 ]。

例如，“法线的引入”是探究光的反射规律实验中重要的一环。课程标准要求“了解法线、反射角、入射角等含义”其中法线的引入对于学生比较抽象，而教材中在直接给出法线概念，这种编排缺乏实验辅助，学生无法体会引入法线的必要性，不利于学生的理解消化。

而且，教材中的实验编排是先探究反射角和入射角的大小关系，之后再探究三线是否共面。这不符合学生的认知构建，没有遵循认知规律，学生是无法理解为何实验最后要探究三线共面，这样会阻碍了学生科学思维的提高。因此应该调整优化实验方案，对此进行突破，符合初中生认识客观世界的特点，提升科学思维。

因此，笔者将实验重新进行编排，如图4所示。

本实验的方案设置为：首先实验前引导学生观察实验现象，辨识事实，形成自己的思考;接着通过实验探究反射光所在的位置，从三维空间缩小到二维平面，为了确定该平面，由此引入法线概念，加深学生理解物理现象背后的本质;然后为了进一步确定出反射光所在的位置，从而引入反射角与入射角概念，通过一步步的引导促进学生不断深入思考;最后对实验结果进行总结，促使学生进一步巩固实验，思维得到不断发展。

通过实验方案的优化，让学生在实验探究中体会到引入法线、反射角和入射角概念的必要性，亲身经历反射光的位置从三维空间缩小到二维平面，再从二维平面到确定位置的实验过程，使学生从观察到逐步深入探究，思维不断进阶，有意识地培养学生的科学思维能力，从而进一步发展提高学生的核心素养

3 设置问题环节，提高探究能力

教师在进行实验教学前，应先根据具体的教学目标设计实验内容，确定问题的设置环节。合理的问题设置可以帮助学生的认识逐渐深入提高，使学生在有序进行实验探究的同时，掌握学习方法，形成主动探究意识，提高探究能力。

例如，在本次探究光的反射规律实验中，教师可围绕以下提出的3个问题，帮助引导学生进行实验探究。

问题1：通过观察，若已知一条入射光，能否快速判断出反射光的位置？

学生通过观察光的反射现象，进行思考讨论。教师可以鼓励学生进行大胆的猜想并引导学生可以用实验来进行探究。

由此，引入本节课的实验目的“探究光的反射规律”。

问题2：我们知道光的反射是发生在整个空间中的，空间是由无数个平面组成的，那反射光是在那个平面或者哪几个平面呢？

根据问题2，学生通过不断改变入射光的位置进行实验探究，最后得出一条入射光对应一条反射光，而且反射光和入射光始终在同一平面。为了确定该平面，由此引入法线的概念以及光路图模型。

问题3：平面是由无数条直线组成的，那能否进一步将反射光的位置缩小呢？

为了更好的进行实验探究，学生依据已有的数学几何知识，提出可引入角度来解决。从而自然而然的引入入射角和反射角概念。之后，学生通过探究角度关系，进行进一步的实验探究。经过探究得到反射角等于入射角。至此，确定出反射光所在的位置。学生在教师引导下，对实验探究得到的结果进行总结归纳，得到光的反射定律。

循序渐进的问题设置，促使学生的思维火花不断激发碰撞，让学生在实验过程中，形成主动探究的意识，稳步提高实验探究能力，落实核心素养下的实验教学。