基于核心素養的高中物理實驗教學

沈文軍

摘要：新課程改革重視對學生核心素養的培養，物理觀念作為物理學科核心素養的一個側面，是教師課堂教學中的重要目標與內容。筆者在教學實踐中發現，教師通過開展各種物理實驗活動，能有效深化學生的物理觀念，筆者基于核心素養，淺談有效開展物理實驗的策略。

關鍵字：高中? 物理觀念? 實驗

物理觀念指的是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華，從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。值得注意的是物理觀念不是物理知識，教師若想培養學生的物理觀念，應將其滲透于教學的各個過程中，通過開展物理實驗，使學生在實驗中發展物理觀念，提高學科素養。

一、發現問題，提出猜想假設

新課標提出了“教學生活化”的要求，高中物理中的很多物理現象與規律都來源于身邊生活。教師要注重聯系實際生活，引導學生從身邊生活中發現問題，并據此提出猜想與假設，展開后續的實驗，從而培養他們用物理視角去思考與分析身邊事物的學科意識，提高其物理思維。

比如對《研究物體間的相互作用》開展教學時，筆者向學生提問道：“大家用手拍一下桌面，有什么感覺呢？為什么？”學生紛紛答道：“手疼，因為桌子是硬的，打到手會疼啊?！本o接著筆者又問道：“將足球踢向墻壁，足球在接觸墻壁之后會被彈回來，這是為什么呢？”筆者讓學生思考這兩種生活現象，從物理學的角度提出自己的猜想。筆者留給學生充足的時間去思考與分析這一問題，最后學生們經過交流討論，得出了如下的猜想：手感到疼是因為手受到了桌子對手的力，足球被彈回來是因為足球也受到了墻對足球的力，也就是說兩個物體間的力是相互作用的。緊接著筆者引導學生針對這一猜想設計物理實驗，從而驗證這一猜想。在實驗中，學生大顯身手，通過多元的策略證明了上述假設。例如有的學生利用遙控器控制小車向前進，可以觀察到車輪下面的木板相互運動，這說明相互作用的摩擦力作用在兩個物體上，且方向相反。

在上述教學活動中，筆者通過創設問題情境，引導學生從生活中發現問題并提出猜想，有效深化了他們的物理思維與物理應用意識，在高效達成教學目標的同時，發展了學生的物理觀念，取得了事半功倍的效果。

二、設計方案，進行個性探究

新課標倡導“小組、探究、合作”的學習模式。筆者認為，教師在開展物理實驗活動時，要注重引導學生親自設計實驗方案，使他們親歷知識的形成過程，進行個性探究，從而促進他們在自主設計過程中，強化物理觀念，提高理解與認知。

比如在對 《共點力的平衡條件》進行教學時，筆者首先引導學生針對氣球的受力特點，得到了猜想：二力平衡的條件是合外力為零，并通過實驗加以驗證。隨后筆者又追問道：“那么物體受到三個力的平衡條件是否也是合外力為零呢？”學生針對這一問題，開始分小組設計實驗方案。各小組開動腦筋，利用物理知識設計出了多元的實驗方案，例如有的小組認為，可以在一個同心圓紙面上，用三根彈簧秤拉繩套，讓繩結點位于圓心，記錄下三個力的大小、方向和作用點;有的小組認為，可以將一根輕質小圓環與三根細繩相連，在其中一根細繩的一端掛上重物，另兩根細繩上掛上鉤碼，使得輕質小圓環在三根細繩的拉力下處于平衡狀態。在各小組得出了實驗設計方案之后，筆者開始讓學生根據方案展開實驗操作活動。筆者會在學生實驗過程中，仔細觀察各小組的合作情況，解答學生的疑惑，并引導他們根據實驗過程中遇到的問題完善實驗方案。

在上述教學活動中，筆者通過引導學生自主設計物理實驗方案，提高了學生利用物理知識思考分析生活中各種事物與現象的能力，深化了他們思維的創造性，取得了很好的教學效果。

三、分析數據，歸納隱性規律

數據分析是物理實驗活動中非常重要的一個環節，提高學生的數據分析能力，對提高他們應用物理知識解決實際問題發揮著重要作用。筆者認為，教師在組織學生開展實驗活動過程中，應當有意識地培養他們分析數據的能力，使他們學會通過分析實驗數據，歸納出其中的隱性規律。

比如在對《驗證機械能守恒定律》展開教學時，筆者就有意識地培養了學生實驗數據處理的方法，并使他們學會定性地分析誤差產生的原因。在課堂上，筆者引導學生使用打點計時器、鐵架臺、紙帶、交流電源、刻度尺等實驗器材展開了操作，學生通過打點計時器在紙帶上打的點就可以計算出物體運動的時間、瞬時速度等。在得到了實驗數據后，筆者讓學生利用已有的知識與活動經驗，展開了數據分析工作。學生利用數據，分別計算出了vn、ghn、1/2v2的值，其中n代表打點計數器打的點數。通過比較ghn與1/2v2，學生可以發現，兩者在誤差范圍內是相等的，于是筆者向學生提問道：“大家能分析一下為什么ghn比1/2v2偏大，而不是完全相等的原因嗎？”隨后學生開始利用所學物理知識，對這一誤差展開分析。通過進行受力分析，學生最后得出了結論：ghn比1/2v2偏大是因為阻力做功的原因，若不計阻力，則mghn=1/2mv2，也就是說，在只有重力做功的情況下，物體的重力勢能和動能可以相互轉化，機械能總量保持不變。

在上述教學活動中，筆者通過引導學生對實驗數據進行分析，提高了他們數據處理的能力，升華了他們對于生活中物理現象的認識，高效達成了筆者所預期的目標。

四、融入應用，升華知識認知

知識來源于生活，教師在引導學生通過物理實驗活動對生活現象展開探究之后，還應注重引導學生將所學知識還原到實際生活中去，通過融入應用性的訓練活動，升華學生對相關物理知識的認知，發展其物理觀念。

在對《平拋運動》進行教學時，筆者在課堂上引導學生通過實驗的方法，探究了平拋運動的軌跡。通過實驗，學生學會了求解平拋運動速度、時間、運動軌跡的方法，為了進一步強化學生應用物理學視角解釋自然現象的能力，筆者聯系生活實際，設計了相關的應用性習題。例如，筆者向學生提問道：“排球場總長18米，網的高度為2米，運動員站在距離球網3米遠的線上，正對網前豎直跳起把球水平擊出。設擊球點的高度2.5米，問球被水平擊出的速度在什么范圍內才能保證排球既不觸網也不出界？”隨后學生開始對這一問題展開分析與討論，并成功運用平拋運動實驗所探究得到的規律求解了這一問題。球水平擊出后做的是平拋運動，當球剛好網擦網而過時，水平位移為3米，球下落的高度為0.5米，因為△h=1/2gt12，x=v1t1，將已知數據代入到公式中，可以得到速度v2=3√10m/s。而當球剛好打在邊界上時，水平位移為12米，球下落高度為2.5米，然后代入公式得到速度v2=12√2m/s，因此當球被水平擊出的速度在3√10

在上述教學活動中，筆者通過融入應用，引導學生利用實驗所得結論去求解生活中的問題，為學生搭建了一個觀念建構的平臺，進一步升華了對知識的理解與認知，拓展了課堂教學的深度與寬度。

總之，物理觀念是隱藏于具體性知識背后的概括性觀點與方法，教師要善于引導學生親歷知識的探索與發現過程，從而促進其物理觀念的構建。

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