1、基于核心素养的初中物理实验教学设计目录目录CONTENTS认识物理教学的本真初中物理实验教学设计关于科学探究初中物理实验实验与信息技术的整合 教师对核心素养的认识程度和理解程度决定了教学的起点和最终能达到的高度。什么是物理学?第23届国际纯粹物理与应用物理联合大会指出:物理学研究物质、能量和它们相互作用的学科。国家物理课程标准指出义务教育物理课程应综合反映人类在探索物质、相互作用和运动规律等过程中的成果。物理学不仅含有探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神等。1.认识物理教学的本真国家课程标准国家课程标准凝练了学科核心素养，明确了学生学习该学科课程后应达成
2、的正确价值观念、必备品格和关键能力，对知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三维目标进行了整合。核心素养的内涵国家课程标准指出国家课程标准指出物理教学，要物理教学，要“帮助学生从物理学的视角认识自然，理解自然，建构关于自然界的物理图景；引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力；引领学生认识科学的本质以及科学技术社会环境（STSE）的关系，形成科学态度、科学世界观和正确的价值观，为做有社会责任感的公民奠定基础”。怎样学习物理“物”物质世界“理”普遍规律 知识、方法、科学观念 勤于思考，悟物穷理 赵凯华 教学设计教学设计是指教育实践工作者为达成一定的教学
3、目标，对是指教育实践工作者为达成一定的教学目标，对教学活动进行的教学活动进行的系统规划、安排与决策系统规划、安排与决策。物理教学设计需。物理教学设计需要依据物理学科特点、学生的实际情况、教学目的的要求，要依据物理学科特点、学生的实际情况、教学目的的要求，通过对教学过程中各种相关要素的系统分析，优化教学系通过对教学过程中各种相关要素的系统分析，优化教学系统的模式，形成有序的操作流程。统的模式，形成有序的操作流程。教学教学是是通过信息传播促进学生达到预期的特定学习目标的通过信息传播促进学生达到预期的特定学习目标的活动。活动。教学的目的在于使学生掌握原先不知道的知识，获教学的目的在于使学生掌握原先不
4、知道的知识，获得原先不具备的技能，形成原先没有的态度，并进而在原得原先不具备的技能，形成原先没有的态度，并进而在原有基础上使学生得到发展。有基础上使学生得到发展。普通高中物理课程标准（2017 版）对实验教学要求：学校应充分利用已有的实验器材，努力开发适合本校情况的实验课程资源，尽可能让学生自己动手多做实验，提升学生的物理学科核心素。在演示实验方面，要求学生从物理学视角结合教师引导，从生活实际出发，在不同情境中配合教师一起完成实验，得到即将学习或学要验证的物理规律，解释相关的物理现象，并学会将其用于实际生活中去，即“从生活走向物理，从物理走向社会”的新理念。在学生实验方面，要求学生能够分析即将
5、学习的物理问题的物理现象，对此提出较为准确的可探究的物理问题，对问题作出合理、有依有据的假设，选用简单合适的器材来收集、获取相关数据，对所收集的数据进行整理并得到初步结论和规律撰写完整的实验报告，能他人交流并陈述探究过程反思探究所得的结果。普通高中物理课程标准（2017 版）对实验教学要求：学校应充分利用已有的实验器材，努力开发适合本校情况的实验课程资源，尽可能让学生自己动手多做实验，提升学生的物理学科核心素。义务教育物义务教育物理课程标理课程标准准“知知识技能识技能”与与“情感情感态度价值观态度价值观”目标要求目标要求义务教育物理课程标准义务教育物理课程标准“过程与方法过程与方法”目标要求目
6、标要求 l经历观察物理现象的过程，能简单描述所观察物理现象的主要特征，能经历观察物理现象的过程，能简单描述所观察物理现象的主要特征，能在观察和学习中发现问题，具有初步的观察能力及提出问题的能力。在观察和学习中发现问题，具有初步的观察能力及提出问题的能力。2通过参与科学探究活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案，通过参与科学探究活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案，有控制实验条件的意识，能通过实验收集数据，会利用多种渠道收集信息，有控制实验条件的意识，能通过实验收集数据，会利用多种渠道收集信息，有初步的信息收集能力。有初步的信息收集能力。3经历信息处理过程，有对信息的有效性、客观性做出
7、判断的意识，经经历信息处理过程，有对信息的有效性、客观性做出判断的意识，经历从信息中分析、归纳规律的过程，尝试解释根据调查或实验数据得出的历从信息中分析、归纳规律的过程，尝试解释根据调查或实验数据得出的结论，有初步的分析概括能力。结论，有初步的分析概括能力。4能书面或口头表述自己的观点，能与他人交流，有自我反思和听取意能书面或口头表述自己的观点，能与他人交流，有自我反思和听取意见的意识，有初步的信息交流能力。见的意识，有初步的信息交流能力。5通过学习物理知识，提高分析问题与解决问题的能力，养成自学能力，通过学习物理知识，提高分析问题与解决问题的能力，养成自学能力，学习物理学家在科学探索中的研究
8、方法，并能在解决问题中尝试应用科学学习物理学家在科学探索中的研究方法，并能在解决问题中尝试应用科学研究方法。研究方法。2.关于科学探究“科学探究科学探究”是指具有提出科学问题、是指具有提出科学问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能程和结果进行交流、评估、反思的能力。力。国家义务教育物理课程标准国家义务教育物理课程标准强调强调：科学探究学习方式是提高学生科学素养的一种重要而有效的途径，在设置义务教育物理课程
9、的内容时，将科学探究纳人“课程内容”。本标准中的“科学探究”包含提出问题、猜想与假设、设计实验与制订计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等要素。本标准对这些要素分别提出了“科学探究能力的基本要求”。国家高中物理课程标准国家高中物理课程标准强调：强调：“科学探究”是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力“科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素。科学探究科学探究是实现知是实现知识与技能、过程与识与技能、过程与方法、情感态度价方法、情感态度价值观三维目标
10、课程值观三维目标课程功能的功能的理想载体理想载体。科学探究科学探究既是学生既是学生的的学习目标学习目标，又是，又是重要的重要的教学方式教学方式。科学探究科学探究过程与方法。过程与方法。例，牛顿第一定律：实验与推理。例，牛顿第一定律：实验与推理。科学探究科学探究过程与技能。过程与技能。实验教学实验教学怎样有效引怎样有效引领学生观察领学生观察和实验？和实验？科学探究应具备的技能与思想方法科学探究应具备的技能与思想方法科学探究应具备的技能与思想方法 通过体验，感悟和通过体验，感悟和得出结论。得出结论。科学探究应具备的技能与思想方法科学探究应具备的技能与思想方法3.初中物理实验初中物理实验初中物理实验
11、教学对教师的基本要求：初中物理实验教学对教师的基本要求：7.引领学生开展实验探究的教学理念，应用信息技术辅助实验教学的能力。引领学生开展实验探究的教学理念，应用信息技术辅助实验教学的能力。教师的实验教学素质：实验技能方面的素质和实验教学方面的素质应具备的实验基本技能教师的实验教学素质：实验技能方面的素质和实验教学方面的素质实验教学的功能1用刻度尺测量长度、用表测量时间2用弹簧测力计测量力3用天平测量物体的质量4用常见温度计测量温度5用电流表测量电流6用电压表测量电压7测量物体运动的速度8测量水平运动物体所受的滑动摩擦力9测量固体和液体的密度10探究浮力大小与哪些因素有关11探究杠杆的平衡条件1
12、2探究水沸腾时温度变化的特点13探究光的反射规律14探究平面镜成像时像与物的关系15探究凸透镜成像的规律16连接简单的串联电路和并联电路17探究电流与电压、电阻的关系18探究通电螺线管外部磁场的方向19探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件20测量小灯泡的电功率课标要求的学生课标要求的学生必做分组实验必做分组实验教师的演示实验教师的演示实验实验教学的思想方法实验教学的思想方法实验教学的思想方法常用的实验方法常用的实验方法常用的实验方法常用的实验方法常用的实验方法常用的实验方法常用的实验方法常用的实验方法在新课教学过程中：1.建立概念，理解概念 2.探索规律，验证规律 3.突破难点，建构知识
13、4.示范操作，培养技能4.初中物理实验教学设计初中物理实验教学设计 培养学生：问题分析能力、科学探究能力、动手操作能力、科学思维能力是实验教学的着眼点。演示实验教学设计演示实验的教学设计：在课堂导入中：创设物理情景展现生活中的物理，体现从生活走向物理的教学理念。激发学习欲望建立教师与学生间的心灵桥梁。在实验演示过程中：引导学生观察实验仪器及其组装，实验操作，实验现象，获取数据，得知结果。引导学生思考分析观察的现象、数据及结论。演示实验教学设计演示实验教学设计演示实验教学设计演示实验教学设计演示实验教学设计演示实验教学基本策略测量型实验教学的设计测量型实验教学的设计探究型实验教学的设计探究型实验
14、教学的设计以教师设计为主的探究实验教学策略以教师设计为主的探究实验教学策略以教师设计为主的探究性实验教学策略以学生设计为主的探究性实验教学策略以学生设计为主的探究性实验教学策略以学生设计为主的探究实验教学策略以学生设计为主的探究实验教学策略以学生设计为主的探究性实验教学策略学生分组实验的教学策略以身边熟悉的物品设计和制作实验教学用具在初中的物理实验中,有些演示实验的仪器要求不是很高,对于这类实验：教师可以进行合理的改造,让学生在“学中做,做中学”；可以充分利用身边的物品制作演示实验；引导学生进行课外小制作。在研究“气体压强与流速”的关系时,可以将两个乒乓球架在轨道上,然后用吸管往两个乒乓球中间
15、吹气,可以看到两个球非但不会向两边分开,反而会向中间靠拢,这就有效的激发了学生的探究兴趣。但是在实验过程中,乒乓球很容易掉到地上,操作起来并不简单,为了便于操作我们可以寻找其他物品进行替代:拿来两个气球,将其吹起来后用绳子绑在同一水平线上,间隔距离为23厘米,然后用一只吸管,往球的中间吹气,可以观察到两个气球明显向中间靠拢;拿来两根等高的蜡烛固定在桌面上,中间间隔23厘米,用吸管往中间吹起,明显观察到蜡烛的火焰向中间靠拢。通过改进和创新实验及器材,可以起到很好的效果。以身边熟悉的物品设计和制作实验教学用具演示物体浮沉条件的实验,准备好一只玻璃杯和一支空牙膏管(尾端剪开)。在实验过程中,把牙膏管
16、压扁放在盛水的玻璃杯里,它便会在水中下沉;然后再把牙膏管鼓起来,它便开始上浮。教师可以引导学生把橡皮筋制成测力计,配合“力的测量”的实验教学活动。课前制作或是课后制作“潜望镜”的实验教学活动，促进理解光的反射定律。例谈实验教学设计探究杠杆平衡条件 物理观念：力及力的作用效果、支点、转动、平衡状态、决定物体转动的因素、力臂、杠杆平衡条件。科学思维：杠杆发生转动的原因，平衡的条件。科学探究：调平、钩码数量及位置的变化、实验数据的收集、分析数据得出结论、用弹簧测力计替代钩码。一次实验得出杠杆平衡的条件是：动力动力臂=阻力阻力臂。动力支点到动力作用点的距离=阻力支点到阻力作用点的距离例谈实验教学设计探
17、究凸透镜成像规律例谈实验教学设计探究浮力大小与哪些因素有关例谈实验教学设计电学实验的关联实验设计：实验桌上有符合实验要求的电源（其两端电压恒定）、开关、已调零的电流表、已调零的电压表、滑动变阻器各一个，导线若干，长度L、横截面积S都不完全相同的镍铬合金丝7根（表面涂有绝缘漆，两端绝缘漆被刮掉，可接入电路，但不允许将两根合金丝连接成一根使用），规格如表所示，合金丝的电路图符号用 表示。请选用上述器材，设计一个实验证明“当材料一定时，导体的电阻R与其长度L成正比、与横截面积S成反比，即R=k L/S”，式中 k是常量。忽略温度对镍铬合金丝电阻值的影响。请画出实验电路图，写出实验步骤，画出实验数据记
18、录表格。编号L/mS/10-9m20.220.320.420.520.630.730.83实验桌上有电源、开关、导线、电阻箱（）、滑动变阻器、已调零的电流表、电压表。请选用上述器材探究：电流一定时，电阻越大其两端的电压越大。要求：（1）画出实验电路图；（2）写出实验步骤；（3）画出实验数据记录表格。实验桌上有如下器材：溢水杯、小烧杯、量筒各一个，一个已经调零的弹簧测力计、一个大烧杯装有足量的水、6个体积不同的金属铝块、足够多的细线。请利用上述器材，设计一个实验证明：“浸在水中的物体受到的浮力与物体排开水的体积成正比”。（1）写出本实验的自变量；（2）写出实验步骤；（3）画出实验数据记录表格。V
19、排/m3G/NF/NF浮/N（1）物体排开水的体积（2）实验步骤1溢水杯倒满水，小烧杯放在溢水杯的出水口处；用细线系好铝块1，用弹簧测力计测出铝块1所受重力G；将铝块1完全浸没在溢水杯中（不碰溢水杯底部和侧壁），稳定后读出弹簧测力计的示数F；将小烧杯中的水全部倒入量筒中，测出铝块排开的水的体积V排，将G、F、V排的数据记录在表格中；2仿照步骤1再做5次实验，分别测出其他5个铝块的G、F、V排，分别将G、F、V排的数据记录在表格中；3利用F浮=GF，分别计算出铝块浮力F浮，将F浮的数据记录在表格中。（1分）（3）实验数据记录表（其它答案合理均给分）5.实验与信息技术整合实验与信息技术整合 利用多
20、媒体，可把图像、动画和声音，动、静结合的物理过程直观的显示在学生面前，使学生置身于一个生动、活泼的环境中，使有些乏味、枯燥、难以理解的知识，变得直观、主动鲜明。教学课件的制作；教学课件的制作；照相、摄像、录音的手段呈现无法在教室展现的内容；照相、摄像、录音的手段呈现无法在教室展现的内容；微小的放大；静态的变为动态；动画调节；微小的放大；静态的变为动态；动画调节；过程的模拟；过程的模拟；视频资料的广泛应用；视频资料的广泛应用；课堂教学过程的实录；课堂教学过程的实录；数字实验的应用。数字实验的应用。多媒体模拟代替不了实验教学多媒体模拟代替不了实验教学。构建防真物理实验室等模拟实验教学模式，发挥构建
21、防真物理实验室等模拟实验教学模式，发挥演示实验、虚拟实验室功能演示实验、虚拟实验室功能。（1）利用多媒体系统强大的投影放大展示功能，提高实验演示）利用多媒体系统强大的投影放大展示功能，提高实验演示的可见程度，强化实验教学效果。的可见程度，强化实验教学效果。a.利用多媒体视频展台将实验仪器、实物、模型、标本等直接投影放大，让全体学生直观地了解它们的构造细节、仪器规格、使用方法，并进行读数练习。如游标卡尺、螺旋测微仪、多用电表等。b.利用摄像头对演示实验的操作过程进行同步放大直播，提高现象、过程、方法示范的可见程度，强化实验方法和实验操作的示范作用，增强实验效果。让全体学生获得过程与方法的直观感觉
22、，培养实验观察能力，同时便于引导分析，发展思维，形成理性认识。例如，伏安法实验装置的安装与调试，实验电路的布局与连接，仪器的操作使用，仪表指针的动态变化，仪表的实测读数等。（2）利用多媒体计算机强大的动画仿真功能和便捷的人机交互功）利用多媒体计算机强大的动画仿真功能和便捷的人机交互功能，弥补传统实验教学的不足。能，弥补传统实验教学的不足。a.利用动画技术模拟无法直接用实验演示的物理现象、物理过程，为理解、接受和记忆有关抽象的物理知识，创设生动形象的物理情景，模拟微观的或者宏观的无法观察到的现象或动态过程。例如：分子运动，电荷在电、磁场中的运动，电荷在导体中的定向移动，多普勒效应，核反应过程等。模拟不能做或者不便做的实验。例如：粒子散射实验，重核裂变，轻核聚变等。b.利用仿真实验进行实验操作方法的演练和细节指导，强化实验条件的控制和注意事项等完成实验的关键问题，提高学生实验的成功率。c.将动画模拟与真实实验相结合，在真实实验的基础上，利用相应的实验动画，重复展示实验现象发生的全过程，并利用交互功能控制过程进行的速度，强化观察主体，引导现象的分析，增强实验效果。例如，各类抛体运动，波的干涉，简谐运动，电学实验，布朗运动等。实验基本知识
