初中物理实验教学普遍存在以“讲实验”“视频实验”“演示实验”替代“学生实验”的情况，主要原因是教师更关注知识的传递，而忽视了实验过程本身在知识建构过程中对学生核心素养发展的作用
［1］。此外，学生分组实验的操作过程对学生的责任意识、合作能力以及科学态度的培养与塑造，是其他任何教学手段和方法所不能替代的
［2］。
物理实验教学是落实学科育人的重要载体，需从德育与智育双维度系统分析其价值承载：德育层面，通过实验规范、团队协作等方式培育学生的科学态度与责任；智育层面，依托问题探究提升学生的逻辑思维与问题解决能力。上述特征要求基于课程内容结构构建连续性、进阶性的育人目标体系，其表现为从基础技能到综合探究，从单一变量控制到多因素分析的层级递进，从而实现核心素养的分层落实。为保障目标落地，需以“会思考（逻辑推理）、会表达（结论阐释）、会合作（分工协同）、会探究（方案设计）”为常态课堂素养培育的着力点，同步构建学科育人实施路径体系。具体包括4个方面：一是优化课前作业设计，强化问题导向与预习铺垫；二是改进实验器材配置，兼顾安全性与创新性；三是赋能信息技术融合，突破传统实验局限；四是立足课标合理取舍内容，聚焦核心概念与关键能力。进而，通过“目标体系—实施路径”的内在统一，可有效破解教学碎片化困境，推动学习内容结构化整合与课程结构持续优化，最终彰显物理学科“以实验为基础”的独特育人功能
［3-5］。
1 初中物理力学定量探究性实验教学的育人价值链
育人价值链通过德育价值链与智育价值链协同融合与同向推进发挥作用，不断为国家培养德才兼备的人才。
1.1 基于素养目标的育人目标价值链建构
初中物理学科育人目标主要可以划分为德育、智育美育、劳动教育等多个维度，其中德育、智育两个维度与物理学科核心素养的对应关系如
表1所示。
在教学中，德育目标的达成常以创设情境的方式和润物细无声的特征潜移默化地发挥作用。智育目标对应物理观念、科学思维、科学探究等3个维度。科学探究过程既需要科学的方法与策略，也需要实事求是的科学态度与协同合作的责任担当。因此，智育与德育并没有严格的界限，而是交互作用与彼此影响。具有连续性、进阶性的核心素养目标建构起学科育人目标的价值链，是物理课程育人功能与价值的集中、有序体现
［3］。
1.2 初中物理力学定量探究性实验的育人价值链
以人教版（2022年版）初中物理教材中的“重力与质量的关系”“液体的压强与哪些因素有关”“浮力的大小与哪些因素有关”“探究杠杆的平衡条件”等4个学生实验为例，依据教材课程内容的逻辑结构和学生认知规律，呈现初中物理力学定量探究性实验的育人价值链（
表2），凸显育人目标与育人手段相统一且具有连续性和进阶性的系统化构建的特征。上述案例以课时为单位，通过创设情境与实践进阶构建了德育价值链；以科学探究的模式形成整体闭环，融入对物理思想、方法、技能与认知策略的分析，构建起智育价值链。最终在德育与智育的相融共进中，整体构建力学定量探究实验课的完整育人价值链。
2 基于育人价值链的“四会”探究性实验课堂构建的意义
“四会”指的是，会思考、会表达、会合作和会探究。育人价值链下的系列“四会”常态实验探究课是学生核心素养落地的现实路径。思考是学生通过大脑获取信息、提取记忆并进行信息加工的高级认知过程，即知识建构的过程。信息加工以神经系统的神经活动为基础
［6］，又因大脑神经元具有可塑性，故此学习能通过强化神经元联结等方式促进神经网络的整体优化。表达是学习结果的呈现，是教师诊断与反馈的依据。良好的表达也是交流与互动的前提，会使后续的信息获取成为可能。探究是发现问题、搜集证据、解释数据和交流评估的过程，能通过科学推理与科学论证实现模型建构。随着探究问题变得越来越复杂，合作能力的发展也须得到相应的提升，因而在合作探究中，伴随着高阶思维的发展，学生的操作技能、责任意识、科学态度也一并得到了塑造。
综上所述，要发挥课程与教学的育人功能，实现物理学科的育人目标，一条有效的路径就是：在学科育人价值链的框架下，系统建构“四会”实验探究常态课。
3 “四会”力学定量探究性实验教学的设计策略
初中物理实验探究课的教学内容一般包括知识建构、实验探究、规律应用共3个阶段。知识建构的学习是实验探究的基础，规律应用是知识价值的升华，3个阶段的学习共同构成了学生实现知识学习与能力发展的完整过程。在45 min课堂内，要同时保证学生知识建构的科学完整，并实现探究性实验的育人价值，教师必须对学习任务的设计、资源的选择与时间的分配进行精心的统筹与权衡。笔者一般在实践中采取以下四项实施策略。
3.1 课前作业为课堂教学提供时间保障
课前作业的主要类型有三类：一是课前“阅读课文”，可提前将基础信息纳入认知体系并找到学习困惑点，形成知识的初步框架；二是课前“小实验”，可在实践中体验并形成初步感知，激发学生解释现象的欲望；三是课前“清障作业”，分析课时学习起点进行个性化设计，从而为学困生提供学习支架，确保他们能够有效参与课堂学习。
“12.1 杠杆”课前实验：用一盒牛奶模拟石头，筷子为撬棒，用笔当支点。如
图1所示，分别从
A、B、C等3个位置撬起牛奶盒，在哪个位置最省力？你能解释原因吗？
清障作业：如
图2所示，测量
A点到直线
b的距离。（提示：画出点
A到直线
b的垂线，垂足标为
B点，则
AB的长度就是距离）
有效的课前作业，通过对基础信息的初步处理和对相关经验的必要准备，能够直接减轻学生在课堂上的认知负荷，从而为发展高阶思维腾出必要的时间和认知资源。此外，课前作业的长期坚持与落实，对学生阅读与操作能力的发展和树立信心等方面都有积极作用，进而对提升学习能力也有积极影响。
3.2 实验器材的优化是提高力学定量探究性实验课堂效率的重要手段
实验器材的优化为定量探究性实验课堂效率提供了重要保障，
表3呈现了力学定量探究性实验中实验器材的优化与改进。用自制刻度尺测量液体的深度和力臂，有针对性地解决了教学的实际问题，其直观、便捷、高效的低成本特征符合自制教具原则
［7］。
3.3 Excel在力学定量探究性实验数据处理中的应用
在定量探究性实验课中，利用Excel的数形转化功能可促使学生认识图像、理解规律
［8］，提高数据分析与解释效率。
表4展示了利用学生采集的实验数据形成的Excel数据案例，呈现了Excel表格运算与数形转化功能在育人价值链中的递进性应用。物理学科与信息技术的跨学科整合，是重视实验教学与信息科技融合的必然结果，有助于培养学生的数字素养、创新能力和解决问题的能力，对于发挥信息科技在教育中的育人价值具有重要意义
［9］。
3.4 指向学科育人目标的课时设计任务取舍
初中物理力学定量探究性实验常态课的课时教学，通常有知识建构、实验探究、规律应用等3个阶段。为确保学生在45 min内建构起实验探究课堂的完整知识，教师必须在任务设计中作出合理取舍。实验问题越复杂，第二阶段就越需要更多时间，通常需要预留20～25 min。知识建构是第二阶段进行的基础，一般应保证15～20 min，第三阶段及课堂回顾一般在5～8 min。
知识建构，以“会思考”和“会表达”为素养落地目标，要求在15～20 min内让学生完成该知识阶段的学习任务，这对教师提出了挑战。课前作业的有效性是基础保障，而任务设计的优劣则是关键所在。教师在进行任务设计时，应重点关注两个方面：一是情境创设的适切性；二是问题引导的启发性。为此，笔者以两个教学片段为例加以说明。
（1） “液体的压强”教学片段——演示液体对容器的压强。
【实验视频（情境引起注意）】实验采用一个侧面开有上下两孔（相距约15 cm，孔径约一元硬币大小）的长方体饮料盒。盒内预先放置一个大号保鲜袋，使其紧贴内壁，此时两孔处的保鲜袋均平整不外凸。随后，向保鲜袋中注满清水。可以明显观察到，加水后，位于下方孔洞处的保鲜袋向外凸出的程度，远大于上方孔洞处（
图7）。这一现象直观地对比了液体在不同深度产生的压强大小。
师：你看到什么现象？
生：保鲜袋凸出来了，而且下面的保鲜袋凸出得更多。
师：保鲜袋形变的原因是什么？（促进提取记忆）
生：受到力的作用。
师：形变程度不同说明什么？（促进提取记忆）
生：压力的作用效果不同。
师：在物理学中，压力的作用效果又叫什么？
师（设问）：当形变程度不明显时，还有哪些办法可以判断液体压强的大小呢？
【教师演示】用针扎破两孔凸出的保鲜袋，有水流喷出，且两孔的喷射距离不同。
【PPT出示“小结”】液体压强的大小可以根据塑料薄膜的判断，还可以根据判断。这种研究方法是。
师：请概括你从这个实验现象中分析得出的结论。
在教学中，30 s的情境视频引起注意、传递信息；通过提问引导学生提取记忆，启发思考；最后，问题促使学生在表达中实现液体压强的概念建构，并为提出影响液体压强大小的因素的猜想提供经验支持。
总之，任务呈现了信息输入、加工、输出的完整知识建构过程。与课本内容相比，任务设计增加了从“依据形变程度”到“依据水流喷出距离”判断液体压强大小的过渡，使学生对压强及液体压强的认识更具连续性，符合认知规律，有助于思维发展与知识建构。
（2） “杠杆”教学片段——认识与测量力臂。
①了解力臂。
【教师演示（情境引起注意）】出示图片（
图8），该图系探究影响杠杆平衡的因素实验装置（
图8-a）的操作说明，教师用笔向右拨动杠杆一侧悬挂钩码的细线（
图8-b），就会出现杠杆右侧上翘的现象。
师：哪些因素也在影响杠杆平衡？
生：力的方向。
师：如果用笔向左拨动细线，大家认为杠杆的哪一侧上翘呢？
生：左侧。
【教师演示（情境引起认知冲突）】教师用笔向左拨动悬挂钩码的细线（
图8-c），仍然是杠杆右侧上翘。
师（设问）：到底是什么在影响杠杆平衡呢？
师（陈述）：这一影响杠杆平衡的因素不是力的方向，而是力臂。
②教师指导学生演示：合作测量力臂。
师（设问，引起注意）：当力的方向改变时，如何测量力臂？
师（陈述）：测量力臂需要小组合作完成，每个学生要特别关注自己的任务，才能保证小组任务的顺利完成。
教师指导学生合作完成力臂与力的测量，强调实验演示任务分配的重要性。
图9为测量力臂任务分配图示。
【学生1任务】正确使用弹簧测力计斜拉细线，始终关注并使弹簧测力计示数稳定且保持杠杆在水平位置平衡，并读出弹簧测力计示数。
【学生2任务】判断是否需要延长力的作用线，需要时用细棉线延长力的作用线。
【学生3任务】绕支点转动自制刻度尺，直到刻度尺与力的作用线垂直，找到力臂的位置，并读出力臂的长度。
【学生4任务】观察整个实验操作，核对学生1和学生3所读取的数据，并及时记录。
【PPT出示“小结”】在测量力臂时，通常把刻度尺零刻线对准，需要时延长线，测支点到力的作用线的距离。
在教学中，以演示实验引起学生的注意，形成认知冲突，导出力臂概念；舍去力臂画图的演示教学，以测量力臂为任务取而代之；在指导学生合作测量的演示中，伴随着师生的交流与互动，完成合作测量力与力臂的演示过程；之后，PPT出示“小结”，促进学生对力臂测量方法的知识建构。这一教学片段呈现了知识、方法、责任融合的教学活动，既是实验课堂“高质低负”的典型实践，又是以核心素养发展为目标，在有限课堂时间内对课堂任务设计的权衡与取舍，体现了教师对有效育人方式的积极探索。
总括而言，在有限的课堂教学时间内，为尽可能达成预期育人目标，教师必须在课堂任务设计的推敲过程中作出合理的取舍。
4 基于价值链的“四会”实验课堂实践效果
笔者通过“问卷星”对所带的两个班级进行“物理实验课堂学习体验”的问卷调查，收回有效问卷78份，占在读人数的94.0%。
调查显示，在4个定量探究性实验的课堂学习中，学生能够明显地认识到实验设计进阶性特征，反映出基于价值链下的实验设计符合学生的认知发展规律。此外，课堂中学生思维参与度高。
图10中的物理实验课堂表现学生自评反馈结果表明，88.46%的学生完成了知识的建构，教师的问题引领与提示对其中61.54%的学生的知识建构发挥了促进作用。
学生的能力发展自评情况如
图11所示。将该课程学生的自评数据与谭东明
［1］对初中物理实验教学的现状分析数据进行对比发现，在科学探究、实验操作等关键维度上，学生在该课程中表现出明显的优势。这表明，“四会”探究性实验课堂对学生物理核心素养的发展具有显著的促进作用。结合
图12（学生对物理学习产生影响的自我评价反馈）可以看出，学生在物理学习兴趣、学习态度及对科学精神认同等方面均表现出积极认知。综上可知，在学科育人价值链下开展的“四会”力学探究性实验教学，有效促进了德育与智育的融合共进。
5 启示与展望
力学定量探究性实验课的育人价值链，以德育、智育融合共进的方式将课程内容结构显性化，呈现了目标明确、具有连续性和进阶性的素养培育路径。基于育人价值链的“四会”实验探究课堂的模式构建，采取课前作业设计、优化实验器材、强化信息技术赋能、合理任务取舍等四项措施，为高效育人实践提供了有效路径。
在初中物理课程教学中，如何将隐含的育人价值链以符合学生认知规律的方式显性化，形成链、结成网，构建系统化、可操作的育人路径，从而有效指导初中阶段物理学科教育教学实践，使知识在课堂教学中更有效地发挥培根铸魂、启智增慧的功能，值得教育工作者关注并持续探索。
山西省教育科学“十四五”规划2023年度一般规划课题“‘双减’背景下初中物理作业设计体系研究”(GH-230038)
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