基于物理核心素養的課堂演示實驗教學

鄭達

基于物理核心素養的課堂演示實驗教學

鄭達

（溫州外國語學校，浙江溫州325000）

核心素養概念的提出引發了教育教學的新思考，課堂演示實驗作為物理課堂教學最重要的環節之一，教師應改進原有的演示實驗教學方式，切合核心素養理念。從還原實驗困難、加強師生互動、關注實驗細節、突破知識局限等方面論述基于物理核心素養的課堂演示實驗。

核心素養；課堂演示實驗；教學方式

2014年4月，教育部頒布了《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，意見中提出：“將組織研究提出各學段學生發展核心素養體系，明確學生應具備適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，突出強調個人修養、社會關愛、家園情懷，更加注重自主發展、合作參與、創新實踐。”［1］2015年10月，教育部下發了《普通高中物理課程標準修訂稿》內部征求意見稿，提出物理核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科特性的品質，是學生物理核心素養的關鍵成分，主要由“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”“科學態度與責任”等四個方面的要素構成［2］。

物理是一門以實驗為基礎的自然科學，課堂演示實驗是高中物理實驗教學的重要形式，在高中物理教學中起到重要的作用。在傳統的課堂演示實驗中，教師比較注重實驗現象的展示，提煉實驗現象背后的規律和知識點，而忽略了學生的主觀性，學生只是在被動地觀察現象和接受知識，在整個過程中缺乏主動性的發揮，這不切合“核心素養”的理念。因此，我們必須改進高中物理演示實驗的教學方式，將“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”“科學態度與責任”等四個方面的素養融入演示實驗的教學，打造基于核心素養的物理課堂演示實驗。

首先，明確新課程標準下的演示實驗。在人教版高中物理教材中，課堂演示實驗分為“演示”“實驗”兩塊，將《物理必修1》《物理必修2》以及物理選修3系列的演示實驗進行統計，得到下表：

必修必修選修3-2選修3-3選修3-5“演示”“實驗”總計12 3 5 24 1 5選修3-1 12 4 16 7 6 1 3 4 6 1 0選修3-4 15 5 20 3 0 3總計47 25 72

從上表統計可以看出，教材中有72項實驗需要教師在課堂上向學生演示，并且除了這72項實驗外，許多教師還會額外增加或改進其他實驗來達到教學目的。這也再次證明了演示實驗教學對物理教學的重要性。同時，從上表可以看出，力學部分的演示實驗偏少，而更多的實驗集中在電學、光學、熱學等內容上，因為在平時生活中，學生對力學的各種現象接觸較多，容易引發思考，而對于電學、熱學、光學等領域上的認知，部分現象只能通過課堂演示實驗來了解并思考。因此，教師課堂做好演示實驗，可以使學生對自然的認知廣度得到提升。

在“核心素養”概念提出以前，學者們對物理課堂演示實驗的研究主要集中于對實驗設計的要求，比如“要明確實驗目的”“重視實驗的科學性和嚴謹性”“實驗操作要規范”“實驗效果要直觀清晰”等方面，而很少提出如何通過實驗促進學生的全面發展。而在基于核心素養的演示實驗中，以學生為主體，應從學生各方面素質發展的角度來設計演示實驗。筆者認為物理課堂演示實驗除了實驗的設計要求外，還可以從以下四個方面來發展學生的核心素養。

一、暴露實驗中的“不完美”，還原實驗困難，突出“實驗探究”素養

演示實驗的主體也是學生，教師只是代替學生的手進行操作實驗。因此，課堂的演示實驗要鼓勵學生積極參與，留給學生更多的時間和空間，啟發學生主動思考實驗中所遇到的困難，引導學生自主解決，培養學生的探究能力。

探究影響電荷間相互作用力的因素

比如，在選修3-1第一章第2節庫侖定律中的演示實驗“探究影響電荷間相互作用力的因素”，演示實驗在南方學校很難做成功，因為南方空氣潮濕，電荷不容易保存在金屬球中。部分教師采用大功率燈照射金屬球達到除濕效果，這是一個非常好的方法，但如果在演示實驗時直接把大功率燈放在金屬球旁邊，學生就缺少了認識到實驗困難的機會，甚至學生不會去關注為什么有這個燈在。如果事先不進行除濕，實驗得不到理想的效果，展示出實驗中的“不完美”，這時讓學生自己來分析可能的原因以及解決辦法，學生會更好地參與實驗，并了解了實驗的全部。因此，在課堂演示實驗中，學生需要體驗演示實驗的全過程，包括實驗中的困難，在克服困難的過程中，培養學生面對問題、解決問題的能力，同時提高學生對物理的興趣，體會物理實驗的魅力。這符合物理核心素養中的“實驗探究”要素，注重培養學生通過對演示實驗的觀察和困難克服養成科學探究的思維，比如發現問題、合理猜測、設計最優方案等。

二、加強實驗過程中的師生互動，引導學生形成“科學思維”素養

教師對演示實驗的準備是充分的，那么怎么讓學生在實驗過程中體會到教師的“良苦用心”呢？這需要教師和學生在實驗中進行交流和互動，教師可以將實驗中的一些細節用問題的形式引導學生進行思考。

比如，在必修1第二章第5節自由落體中探究自由落體的運動規律實驗，教師可以一邊做實驗一邊提問學生：

問題一，如何得到自由落體運動的軌跡？

問題二，紙帶與打點計時器應該如何放置？

問題三，釋放重物時，手應放在紙帶的哪處？為什么？

問題四，怎么證明自由落體運動的運動規律？

通過課堂的互動，學生可以逐漸形成核心素養中的“科學思維”素養，通過空氣阻力與重物的重力比較，發現空氣阻力對物體運動的影響幾乎可以忽略不計，從而在演示實驗中忽略對空氣阻力的分析，在這過程中，學生感受到了理想化方法在物理實驗研究中的重要性；而在研究重物下落時，我們一般忽略重物的大小和形狀，體現了建模的思想和抓住主要忽略次要的哲學思維；最后對紙帶點跡的分析凸顯了分析綜合和推理論證等思維方法。

吳加澍老師曾講過：“做演示實驗時，千萬不能夠先讓學生看，然后教師再直接進行講解，最后鞏固一下，應該是教師邊進行實驗，邊讓學生思考，從而在不知不覺當中理解了物理知識的本質，順利地完成教學任務。這樣的教學效果才是最好的。”［3］

三、關注實驗細節，拓寬學生的觀察視角，提高“科學態度與責任”素養

筆者曾聽過一節課，教師在課堂上做牛頓管實驗來驗證空氣對物體下落的影響，由于牛頓管需要抽氣，教師在課堂上很賣力地抽氣，下面學生慢慢開始吵鬧起來，此時老師抬頭微笑著問道：“你們誰知道牛頓管抽氣完畢了嗎？”學生一臉茫然，因為所有學生都在等抽氣結束后的實驗現象，從沒有思考過抽氣過程的細節，這時，那位老師又說了一句“你們安靜下來好好感受下”，頓時教室鴉雀無聲，老師繼續抽氣，這時，學生聽到抽氣筒抽氣的聲音慢慢變輕，說明牛頓管中的氣體慢慢地減少。頓時，所有學生恍然大悟。

這堂課讓筆者感觸很深，核心素養概念中提到教師要重視學生接受知識的過程，還要培養學生多方面的素養，在課堂演示實驗時，我們可以關注一些實驗的小細節，培養學生以全面的視角觀察演示實驗，甚至觀察生活中的各種現象。這樣可以提高學生學習和研究物理的好奇心與求知欲，使學生學會正確認識科學的本質，凸顯了核心素養中的“科學態度與責任”要素。

四、突破知識局限，重視能力培養，全面提高學生多方面素養

物理學的發展過程是人類認識世界的過程，也是人類科技發展的過程，而物理實驗是整個發展過程中最重要的手段之一。然而現在的演示實驗更多地被作為發現知識的“工具”和“手段”，使物理實驗的科學探究和科學態度價值被弱化，核心素養中的“科學思維”“實驗探究”“科學態度與責任”三個要素都表明演示實驗應該是培養學生利用科學研究的方法獲取知識、研究解決生活中遇到問題的能力，而不僅僅是簡單重復科學家發現知識的過程。

比如，選修3-1第二章第6節的探究導體電阻與其影響因素的定量關系實驗，教師大多數以課本給出的電路圖進行實驗，并著重通過控制變量法討論電阻與長度、橫截面積、材料之間的關系，但并沒有給學生思考探究可能存在問題的機會，比如為什么課本中將4只電阻同時串聯，而不是一只只單獨進行實驗？是用一個電壓表一個個測量電阻兩端的電壓好還是同時用4個電壓表測量好？電路中對滑動變阻器有什么要求？對電源又有什么要求呢？等等。在課堂演示實驗中，教師應給學生足夠的時間思考，引導學生探究如何通過該電路達到探究目的，有沒有更好的方法來完成實驗，實驗中會有哪些誤差以及如何減少誤差。學生在不斷地反思、探究過程中鍛煉了探究能力，提升了“實驗研究”素養，并在探究過程中凸顯了同伴合作、正確認識科學本質、實事求是等“科學態度與責任”的要素。

提出核心素養概念的最終目的是讓學生逐漸形成適應個人終身發展和社會需要的基本素質，物理課堂演示實驗除了培養以上分析的物理素養外，還應同時鍛煉培養學生其他方面的素養。人民教育出版社的彭前程老師在“積極探索基于核心素養理念下的物理教學”一文中提到，現行的《高中物理課程標準》對“科學知識”“主動探究”“實踐能力”等素養提出很多，但有些素養卻根本沒有提及，如“語言素養”“公民意識”“多元文化”等［2］。作為一線教師，需要思考如何在演示實驗時培養學生這些較“偏僻”的素養。例如在演示實驗過程中，可以讓學生自己組織語言來表述觀察到的現象，并作出分析、歸納和總結，這有利于鍛煉學生的表達能力和語言組織能力，而這兩方面的能力對于個人終身發展和社會需要是至關重要的。

五、結束語

核心素養的提出勢必帶來教師對教學方式的思考與改變，課堂演示實驗作為物理課堂教學中重要的一環，我們應該突破以往的演示實驗模式，從“物理觀念”“科學思維”“實驗探究”“科學態度與責任”四個方面的要素去設計演示實驗，在實驗中滲透核心素養理念，使學生在演示實驗環節中，不僅學會知識，還應體會到物理的科學素養，領略物理獨特的魅力，更要發展適應個人發展和社會需要的全面核心素養。

［1］江山.實驗探究：培養物理學科核心素養的有效途徑［J］.中學物理教學參考，2015，（12）.

［2］彭前程.積極探索基于核心素養理念下的物理教學［J］.中學物理，2016，（3）.

［3］顧厚根.吳加澍物理實驗教學研究［D］.杭州：浙江師范大學，2013.

［4］范永梅.核心素養：催生高中物理學習方式的變革［J］.新課程研究，2016，（2）.

Key Competencies of Demonstrative Experiment Teaching in Physics Class

ZHENG Da
(Wenzhou foreign language school，Wenzhou325000,China）

Proposal of the concept of key competencies led to a new way of thinking about the teaching.Demonstrative experiment teaching is one of the most important parts of physics teaching.Therefore,teachers should impove the original way of teaching and meet the key competencies concept.The paper will discuss the key competencies of demonstrative experiment teaching in physics classthe from several parts including the reconductian of the difficudities in experiment、the strengthening of the interaction between teachers and students、the focus on the details of experiment、the breakthrough of the limitation of knowledge and so on.

key competencies;demonstrative experiment in class;teaching methods

G633.7

A

1008-6714（2017）08-0082-03

〔責任編輯：李海波〕

10.3969/j.issn.1008-6714.2017.08.038

2017-04-24

鄭達（1990—），男，浙江溫州人。