基于核心素养的初中物理探究实验操作

实验探究能力是指人类在认识事物的过程中善于发现问题，并通过实验、观察、探究分析问题，设计实验方案解决问题的能力。它往往与一个人的动手能力和思维能力有关，主要体现在敏锐的观察力、较强的动手能力、善于思考分析的能力等方面。探究型实验教学是一种在教师引导下学生独立完成并发现知识过程的活动，在应用这种模式时，要求教师有目的地选择重演与再现内容。物理实验教学中极为重要的组成部分是合理利用探究模式培养学生的实验能力。物理课程标准提出了一种让初中学生必须掌握的最为基本的科学思维程序：提出问题—猜想与假设—制订计划与设计实验—进行实验与收集证据—分析与论证—评估—交流与合作。这种思维程序的完成对提高学生的实验能力至关重要，因此我们只有从以下几个方面进行培养，才能更好地达成目的。

（一）激疑设疑

这一阶段是指根据教学的要求，利用教材或学生已有知识经验，启发学生提出问题，或由教师归纳学生关心的问题，提出初中物理探究型实验的课题。由于提出的问题关系到整个初中物理探究型实验过程的意义和价值，因此问题必须有针对性、实用性和解决的可能性。这一阶段的目的是明确解决什么问题，其作用是定方向。在教学中要求问题具有吸引力，以利于研究活动的准备。激疑设疑的时间不长，一般占整个教学过程的10%左右。

（二）强化动机

提出问题和定向以后，并不是每个学生都能自觉地、积极地投入探究性实验活动中。这就需要教师强化学生的内在动机，调动学生的积极性和主动性。因此，应强调解决所提出问题的重要意义和必要性，使学生的学习动机从单纯兴趣向自觉探究转化。在教学中，这一阶段要求具有感染力和激发力，以利于探究活动的展开。这一阶段时间一般占整个教学活动的10%左右。

（三）分步探究

这是初中物理探究型实验教学过程中最重要的阶段。它在提出问题和强调问题的基础上着手解决问题，使学生明确怎么去解决问题。在教学中，这一阶段要求具有说服力，以利于探究活动的深入。这一阶段占整个教学过程的80%左右，具体又可分为以下四步。

第一步：制订计划与设计实验。中心内容是明确怎么解决问题，即明确解决问题的要领。其作用在于促使学生领悟方法，时间约占分步探究阶段的10%。

第二步：进行实验与收集证据。这一步的中心工作是逐步深入解决问题，进行活跃的探究活动。其作用在于引导学生试用方法，时间约占分步探究阶段的50%，是探究过程的中心环节。

第三步：分析与论证。这一步的中心内容是学生自行解决问题，即运用上一步中获得的经验、数据举一反三解决类似或相关的问题。它是探究成绩的巩固，又是探究效果的检验。其作用在于帮助学生学会方法，时间约占分步探究阶段的30%。

第四步：交流、评估。中心内容既要总结探究活动的基本收获，得出结论，又要为学生今后解决类似或相关问题引路。其作用在于进一步让学生牢记方法、注意事项等，时间约占分步探究阶段的10%。

下面以“平面镜成像”的教学设计为例说明。

一、设计思想

1.通过探究，使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，领略物理课教学的特点和魅力。

2.该课的重点是：在“探究”和“设计”的过程上，通过“探究像与物是否等大”（实验目的）→比较虚像与物的大小→找一个跟物体完全相等的物体与像比较大小→思考怎样才能同时观察到像与物体完全相等→把平面镜改为玻璃板继续实验（实验基本思想方法）的过程，从而有意识、有目的、有针对性地训练和提高学生思维的灵活性和技巧性，开拓学生思维，培养其发散思维能力。

二、教学策略与手段

（一）教学方法

1.实验探究法（学生自主探究）。

2.学案引导法。

3.任务驱动法。

（二）教学手段

1.观察。

2.学生分组实验。

3.交流合作。

三、课前准备

教具：平面镜、玻璃板、蜡烛（2支）、刻度尺、打火机、记号笔、魔盒。

学具：平面镜、玻璃板、铁夹子（2个）、蜡烛（2支）、打火机、白纸、刻度尺，共8组。

四、教学及活动过程

（一）新课引入

魔术表演，引入新课。

教师表演魔术：盒中变物。

揭秘：利用了镜子成像特点来完成魔术。

指出：我们把表面平整光滑的镜子叫平面镜，平面镜中看到的景象称为“像”。

板书：“平面镜成像”。

（二）新课教学

1.提出猜想：平面镜成像有什么特点呢？（教师不做任何暗示，让学生充分想象）

（学生讨论、归纳）可能有下列猜想：

（1）成虚像；（2）像与物等大；（3）像与物到平面镜的距离相等；（4）像与物左右相反。（允许有不正确猜想，这有利于激发学生的发散性思维）

2.制订计划与设计实验。

如何来探究像与物的大小是否相等呢？（明确探究目的）（老师给学生思考空间，学生思考、分析、讨论、归纳）

我们采用什么方法来验证像与物是否相等呢？（设疑：比较像与物的大小）

找一个跟镜前物体完全相同的物体与像比较。（明确探究方法）

3.进行实验与收集证据。

同学们先用平面镜试试看行不行。

同学们成功了吗？有什么障碍？

从平面镜的正面看见了像，想把完全相同的蜡烛放到平面镜后面的像位置上，从平面镜的背面，只看到另一个完全相同的物体，而看不见像，所以无法比较像与物的大小。

为什么像不见呢？（学生思考、讨论）

平面镜成的像不是真实存在的。

有没有真实存在的像？你们见过吗？

小孔成像，像是光线投射到光屏上形成的。

老师演示小孔成像实验。

平面镜成的像是不是由实际光会聚而成的呢？（设疑，体现学生的主体地位，发挥学生的主观能动性）

不是的，平面镜的背面有一层漆，光线是不能透射过去的。(www.xing528.com)

小结：好！由实际光线会聚而成的，能够用光屏接收到的像，叫实像，而平面镜成的像是光屏接收不到的，不是真实光线相交而成的像，所以叫作虚像。怎样才能同时看见像和另一个完全相同的物体？

（学生思考、分析、讨论、归纳）

要同时观察到像和另一个完全相同的物体，必须要让物体通过镜面的反射光线和另一个完全相同的物体射出的光线都能进入人眼。

好！我们看见在平面镜内成的虚像是由于物体射出光线（或反射）经过镜面的反射进入人眼的。怎样才能同时看见镜后的替身物呢？（激疑）

必须使平面镜后面的蜡烛射出的光线透过平面镜进入人眼。

非常好！那么现在镜后的替身物射出的光线为什么没有透过平面镜进入人眼？（激疑）

被涂在平面镜后面的漆挡住，光线无法透过平面镜。

那么怎么办？

把涂在镜后的漆刮掉。

想一想，有没有其他办法？

换成平滑的玻璃板。

好！现在我们拿出平滑的玻璃板，再选择器材试一试。

（学生选择器材进行实验）

先在玻璃板前放一个物体A，然后再把另一个完全相同的物体B放在玻璃板后面。左右移动物体B使它与像完全重合，这样我们就可以证明像和物的大小是否相等了。

同学们还有其他意见吗？

看来大家都一致赞同他的方案，那么现在同学们都一起动手来做一下，看像和物的大小到底是否相等。不是很清楚的同学在做实验时可以参照老师大屏幕上的实验步骤来进行。

哪一小组来说说你们小组得出的结论是什么？

很好，同学们，你们的结论跟他们一样吗，有没有不同的结论？

非常好，通过实验，同学们都得出了相同的结论，那就是像和物的大小的确是相等的。

板书：“像和物大小相等”。

（学生主动积极探索实验，几经挫折，实验成功后表现出了异常喜悦的成就感）

4.实验验证：像与物到镜面的距离相等，它们的连线与镜面垂直。

把上面实验放在白纸上做，把玻璃板竖直放在白纸的线上，把点燃的蜡烛放在D点，在玻璃板的另一侧，把另一支相同的蜡烛左右移动使它与像完全重合，记下该点为D′。改变点燃的蜡烛的位置，重做上述实验两次。如图所示。

分析实验记录：

（1）量出每次实验中物和像到玻璃板的距离。

（2）连接每次实验中物和像的位置，观察连线与镜面的关系。

得出实验结论。

5.交流与评价。

（1）同学们各自的探究结果是否相同？

（2）关于平面镜成像的特点还有哪些猜想？准备怎样去验证？

学生课后自己探究：

（1）改变物体与平面镜的距离，像的大小是否改变？

（2）平面镜所成的像与物体是左右相反的吗？

五、课堂小结

（一）平面镜成像的特点

1.成虚像。

2.像与物等大。

3.像与物到平面镜的距离相等。

4.像与物左右相反。

（二）科学探究的过程

1.提出问题。

2.猜想与假设。

3.制订计划与设计实验。

4.进行实验与收集证据。

5.分析与论证。

6.评估。

7.交流与合作。

在上述“平面镜成像”的教学中，通过魔术展示，将学生带到创设的问题情境中，达到了撞击思维、激发学生探究欲望的目的。教学理论认为：问题是思维的动因，是探究的起点，只有发现问题，才能积极寻求解决方法。因此，本节教学把平面镜成像设计成探究实验课，按照科学探究的模式完成探究，取得了不错的效果。

在猜想与假设环节，把各组学生的猜想总结在黑板上，为后面实验明确目标。设计实验时，培养学生设计实验方案、选择实验器材的能力，进而培养学生的创新精神和创新能力。进行实验时，各组相互交流在实验中遇到的困难及解决的方法，提供自己的成功经验，找出实验的不足。学生通过亲身体会，产生认知冲突，再联系已有信息，解决冲突，突破探究过程中的难点。

把实验记录表格设计成导学案的形式，使教学与高效课堂联系起来。剖析平面镜成像原理时，通过让学生感受虚像，然后利用现代化教学手段从理论上分析，突破教学难点，符合从感性到理性的认知规律。通过巩固练习，使学生及时进行知识反馈，提高学生分析问题和解决问题的能力。用先进信息技术开拓学生视野，将探究活动延伸到生活，培养学生的探究意识。最后，让学生自己总结得出结论，加深对问题的理解，培养学生归纳问题的能力。

本节只强调平面镜成像具有“像物等大”“像物等距”，不讲成像的对称性。教材设计的实验表格里，强调了该实验在不同位置做三次，这对学生科学态度的养成十分有益。为了让学生更确切地理解虚像，单靠教师在课堂演示，学生很难体会。因此，安排学生在教师的指导下亲自动手操作，在实验中让学生把手指放在成像的烛焰处感受有无烧痛的感觉，再让学生在镜后放一张白纸作为光屏，从边上看屏上有没有像，和小孔成的像进行比较，使学生明白实像和虚像的区别。从巩固练习中发现学生对平面镜成虚像的知识是否已有深刻的理解。通过作图测量、分析，让学生自己得出平面镜成像特点，在探究中拓展学生团队合作和交流能力，培养学生实事求是的态度和勇于探索的精神。这比单纯教师演示效果要好些。

不足之处：引导学生进行实验时，老师高估了学生的能力，相当一部分学生不能参与交流讨论，尤其在设计实验方案环节，实验只提供了蜡烛一个物品，可以另外加上其他物品如大头针等来完成实验。尽管完成了教学任务，得出了实验结果，但感觉学生的思维能力、解决问题能力、动手能力较差，需要老师更多的指导，创设更多的机会，以培养他们的探究能力、创新能力、动手能力。