《初中物理实验与科学探究与未来素养课｜面向未来 培养素养》

1课程开发的背景与核心定位演讲人课程开发的背景与核心定位01课程内容体系：从基础实验到探究素养的分层构建02课程实施路径与素养导向的评价体系03目录《初中物理实验与科学探究与未来素养课｜面向未来培养素养》作为一名从事初中物理一线教学与课程研发12年的教育工作者，我先后参与三次国家级初中物理实验教学改革试点，见过太多值得反思的现状：很多学生能精准背出“伏安法测电阻”的所有步骤，能答对纸面考题中所有误差分析问题，却在动手连接电路时把滑动变阻器接成上端两个接线柱；很多学生能清晰说出控制变量法的定义，却在面对生活中的真实问题时不知道从何下手。物理学科从诞生起就是以实验为基础的科学，实验教学绝不是应试的附庸，而是培养学生科学探究能力、塑造面向未来核心素养的核心载体。基于这一认知，我和团队研发了本课程，核心定位就是回归物理实验本质，兼顾课标要求与学生终身发展，从基础操作到高阶探究，循序渐进培育学生核心素养。接下来我从课程开发背景定位、内容分层构建、实施评价体系三个维度展开介绍。01课程开发的背景与核心定位1当前初中物理实验教学的普遍痛点1.1应试导向下的“纸面实验”普遍存在很多学校受课时、器材、安全等因素影响，把实验变成了“讲实验、背实验、刷实验题”，学生看不到摸不着，只是死记硬背考点。我前年去县域中学调研，听了一节凸透镜成像的中考复习课，整节课都在梳理实验考点，下课后我随机问了10名学生，只有3名学生说自己亲手完整做过这个实验，剩下7名都只看过老师一次演示或者短视频讲解，这个现状让我印象特别深刻。1当前初中物理实验教学的普遍痛点1.2实验设计碎片化，缺乏完整探究能力训练很多现有实验课只训练学生的操作步骤，省略了提出问题、猜想假设、评估交流这些核心探究环节，学生只需要按老师说的步骤操作，不需要自己思考，原本的探究活动变成了按流程完成任务，根本无法真正培养探究能力。1当前初中物理实验教学的普遍痛点1.3实验目标脱离学生终身发展，素养培育落实不到位多数实验课只盯着中考考点设计，从来不讲实验背后的思维方法和科学价值，学生学完实验只知道“这个考点要考”，不知道这个科学方法能用来解决生活中的问题，更谈不上培育科学态度与社会责任感，核心素养的要求最终落在了空处。2本课程的核心定位2.1锚定物理学科核心素养，落实课标要求本课程完全贴合义务教育物理课程标准（2022年版）的要求，把物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个核心素养，落实到每一个实验项目的设计中，不做脱离课标天马行空的拓展。2本课程的核心定位2.2兼顾应试能力提升与终身素养培育我们不回避中考的现实需求，所有基础实验都对接中考实验考点，同步完成能力转化；同时拓展高阶探究内容，真正培养学生未来发展需要的创新能力、问题解决能力，做到“当下提分，未来提能”。2本课程的核心定位2.3面向全体学生，适配不同层次的教学需求无论是城区重点校还是乡村普通校，都可以根据自身器材、课时情况调整实施方式，器材不足可以用生活物品替代，保证所有学生都能参与探究，不会因为硬件条件限制落不了地。3课程设计的基本原则在右侧编辑区输入内容1.3.1学生主体原则：所有探究都由学生动手、动脑完成，教师只做引导者，不代替学生思考1明确了课程的背景与定位之后，我们构建了三层递进的内容体系，从基础到高阶逐步落实素养目标，接下来具体介绍课程的内容框架。1.3.3真实情境原则：所有实验项目都从真实问题出发，避免脱离生活的抽象训练，让学生感受到物理的实用价值31.3.2循序渐进原则：从基础操作到完整探究再到高阶创新，分层递进，符合初中生的认知发展规律在右侧编辑区输入内容202课程内容体系：从基础实验到探究素养的分层构建1第一层级：规范落实课标必做实验，筑牢实验能力基础这一层级是所有学生都必须完成的基础内容，对接新课教学进度同步开展，核心是解决“会做实验、懂原理”的问题，为后续探究打基础。1第一层级：规范落实课标必做实验，筑牢实验能力基础1.1重构必做实验的设计逻辑，凸显方法本质传统必做实验的设计逻辑是“按步骤操作，得出预定结论”，我们改成“问题引导，自主建构”。比如传统的“用累积法测量细小物体的长度”，只是让学生按要求测一张纸的厚度，我们改成“给你一把普通刻度尺，能不能测出一张A4纸的厚度、一根头发丝的直径？如果直接测量不准，你能想到什么解决办法？”。去年上课的时候，有个学生没有用我们预设的累积法思路，他把100张纸叠起来测量后，主动想到纸中间有缝隙会带来误差，还自己设计了按压固定后再测量的修正方案，这就是主动思考的成果，远胜过按部就班完成任务，当时我既惊讶又欣慰，原来只要给学生空间，他们能想到比老师更多的解决办法。1第一层级：规范落实课标必做实验，筑牢实验能力基础1.2沉浸式纠错设计，突破实验易错点对于学生普遍出错的实验环节，我们不直接告知错误，而是创设情境让学生自己发现错误、排查错误。比如针对电路连接的易错点，我们会故意给每组准备带小故障的器材：有的组电源接线接触不良，有的组滑动变阻器已经被提前接成上端两个接线柱，有的组小灯泡本身已经断路，让学生按照要求连接电路后，自己排查故障、解决问题。我统计过，经过这种沉浸式纠错训练的学生，中考电路故障题的得分率能达到90%以上，远高于传统讲练模式的70%左右。1第一层级：规范落实课标必做实验，筑牢实验能力基础1.3对接中考考点的能力转化我们把实验过程中获得的直观经验，自然转化为应对中考考点的能力。比如密度测量的误差分析，学生亲手做了“测量固体密度”的实验，就会明白如果先测体积再测质量，石块上沾有水会导致质量测量值偏大，最终密度结果偏大，根本不需要死背误差结论，理解了过程自然就会做题。2第二层级：拓展科学探究主题，培养完整问题解决能力在落实课标必做实验、筑牢基础能力之后，我们进一步拓展探究空间，引导学生从“完成规定实验”走向“自主探究真实问题”，这一层级是对基础内容的延伸，适合在单元复习或者课后服务社团开展。2第二层级：拓展科学探究主题，培养完整问题解决能力2.1基于生活真实问题设计探究主题我们所有拓展探究主题都来自学生的真实生活，比如“探究保温杯的保温效果和哪些因素有关”“探究小区电动车充电桩的输出功率和充电时长的关系”“探究夏天柏油路面拱起的原因和热胀冷缩的定量关系”。这些问题都是学生平时生活中会接触到的，我记得有个学生上完“探究保温杯保温效果”的课后，回家给妈妈开的奶茶店做了不同品牌保温桶的测试，帮妈妈选到了性价比更高的产品，家长专门给我发消息说，原来物理不是书本上的死知识，真的能解决生活里的实际问题。2第二层级：拓展科学探究主题，培养完整问题解决能力2.2训练完整的科学探究流程我们要求所有拓展探究都必须走完“提出问题-猜想假设-设计实验-进行实验-收集数据-分析论证-评估交流”的完整流程，尤其是传统实验经常省略的评估环节，我们要求每个小组都必须说清楚自己实验的不足之处，以及可优化的方向。比如探究滑动摩擦力的影响因素，学生自己会发现很难保证拉着木块一直做匀速直线运动，所以弹簧测力计读数误差大，然后就会主动想改进方法，比如把弹簧测力计固定，拉动木块下面的长木板，这个过程就是探究能力实实在在的提升。2第二层级：拓展科学探究主题，培养完整问题解决能力2.3融入跨学科探究内容按照2022版课标的要求，我们设计了多个跨学科探究项目。比如“设计制作简易密度计”要用到数学的刻度均匀性分析，“探究家庭用电的节能方案”要用到数学的统计计算，还要结合家庭电路的安全知识，“设计制作水火箭”要用到力、运动、能量的物理知识，还要用到工程设计的迭代调整方法，这些跨学科项目能很好培养学生综合解决问题的能力。3第三层级：对接未来核心素养，培育高阶创新思维实验教学的最终目标，是把探究过程中形成的能力转化为学生终身发展的素养，因此我们设置了第三层级的内容，面向对物理有浓厚兴趣、学有余力的学生，核心是培育创新能力和科学责任感。3第三层级：对接未来核心素养，培育高阶创新思维3.1开发工程设计类实验项目，培育创新实践能力工程设计类项目就是让学生从需求出发，自己设计制作作品，比如“设计制作能测量空气湿度的简易装置”“设计制作升降晾衣架的简易模型”“设计制作能让鸡蛋从三楼落下不摔碎的防护装置”。我记得2023年我们举办学生创新实验展，一个小组设计的鸡蛋防护装置，用两个嵌套的可乐瓶做缓冲空间，里面加面粉做填充，还在底部做了锥形的缓冲结构，鸡蛋从10米高落下都没摔碎，他们还给自己的设计做了完整的受力分析，整个过程都是学生自己查阅资料、反复调试完成的，创新能力和实践能力都得到了非常好的锻炼。3第三层级：对接未来核心素养，培育高阶创新思维3.2显性化渗透科学思维方法科学思维方法是学生终身受用的核心能力，我们不直接讲“控制变量法”“转换法”“类比法”的定义，而是让学生在实验中使用，之后自己总结提炼。比如在探究影响压力作用效果的实验中，学生用海绵的形变程度来反映压力的作用效果，做完实验之后我们引导学生总结：“当一个物理量不好直接测量观察的时候，我们把它转换成容易观察测量的量，这种方法就是转换法”，学生自己悟出来的方法，比老师直接讲的定义记得牢、用得活。3第三层级：对接未来核心素养，培育高阶创新思维3.3培育科学态度与责任我们把科学态度与责任的培育落实到具体实验中，不是空喊口号。比如在探究能源相关的实验中，我们让学生统计自己家一周的用电量，计算每个月的碳排放，然后设计可行的家庭节能方案。有个学生做完这个探究之后，说服家里把所有的白炽灯换成了LED灯，还给小区物业提了改造公共区域照明为感应灯的建议，被物业采纳了，这就是科学责任感的具体体现，这种品质会伴随学生一生，不管他们未来从事什么职业，都会发挥作用。课程内容构建完成之后，科学的实施路径和评价体系是课程落地的保障，接下来我介绍本课程的实施与评价方案。03课程实施路径与素养导向的评价体系1分层适配的实施路径我们根据不同学校、不同学生的需求，设计了三种实施路径，适配不同教学场景。3.1.1新授课同步实验：针对课标必做实验，和新课教学同步开展，每节新课安排10-20分钟的学生分组实验，不占用额外课时，适合所有学校开展。3.1.2课后社团拓展：针对拓展探究和高阶项目，利用课后服务时间开展，每周1次，每次45分钟，适合对物理感兴趣的学生自愿参与。3.1.3项目式假期作业：每学期安排1-2个跨学科探究项目作为假期作业，让学生利用家庭材料完成，开学后进行班级分享交流，不需要占用在校课时，还能带动家长参与。2多元立体的素养评价体系我们打破了“只看实验结果、只考纸面知识”的评价模式，建立了适配素养目标的多元评价体系。3.2.1过程性评价替代单一结果评价：我们给每个学生建立实验探究档案，记录学生每次实验的参与度、思考过程、解决问题的方法，不因为实验结果出错就打低分，只要学生认真参与、积极思考，就能获得好的评价。3.2.2自评互评师评结合：每次探究完成后，先让学生自己总结本次实验的收获和不足，然后小组内互评，提出改进建议，最后老师点评总结，这种评价方式能让学生学会反思，学会倾听别人的意见。2多元立体的素养评价体系3.2.3兼顾能力提升与升学需求：我们会把学生的探究能力自然转化为应试能力，定期安排针对中考实验探究题的专项训练，让学生明白，探究能力提升了，解题能力自然会提升。我们试点两年的数据显示，试点班学生中考物理实验探究题的平均得分率，比非试点班高14.7个百分点，核心素养的提升并没有影响应试成绩，反而实实在在促进了成绩提升。3课程实施中常见问题的解决策略我们在两年多的试点过程中，遇到了很多实际问题，也总结了成熟的解决办法。3.3.1器材不足的问题：很多乡村学校没有足够的专业实验器材，我们开发了“生活器材替代清单”，比如用矿泉水瓶做压强实验，用吸管和橡皮泥做密度计，用硬币和玻璃杯做浮力实验，绝大多数实验都可以用生活中常见的物品完成，不需要专门购买昂贵的器材。3.3.2课时不足的问题：我们把必做实验拆分到新课教学中，把拓展项目放到课后服务和假期，不需要额外占用新课课时，不会影响正常教学进度。3.3.3学困生参与度低的问题：我们采用异质分组，每个小组都有不同层次的学生，给学困生分配适合他们的任务，比如记录数据、准备器材，让他们也能参与进来，慢慢提升能力。我见过很多学困生原来觉得物理难，参与实验探究之后慢慢对物理产生了兴趣，成绩3课程实施中常见问题的解决策略也逐步提升，这个变化真的让人由衷欣慰。总结总的来说，《初中物理实验与科学探究与未来素养课》的核心思想，就