關于創新實驗設計,培養高中生的物理核心素養的探討

姜紅　朱美霞

【內容摘要】培養高中生的物理核心素養是高中物理教學的重要目標，對其實驗教學來說，在許多環節和細節處都能進行創新設計，從而更好的培養高中生的物理核心素養，據此，本文對高中物理實驗的創新設計進行研究，并探討其如何培養高中生物理核心素養。

【關鍵詞】創新實驗設計?高中生?物理核心素養?培養策略

筆者認為，高中物理核心素養的培養過程應貫穿于整個物理實驗過程當中，并充當“導向標”的角色，即教師在物理實驗過程中根據物理核心素養的具體內容進行物理實驗的創新設計，從而達到培養高中生物理核心素養的最終目標。

一、高中物理核心素養

1.高中物理核心素養定義

高中物理核心素養即學生在物理學習中不斷總結和積累的各種學習能力的統稱，其既是在教學過程培養起來的，也反作用于整個教學過程，推動教學效率和教學質量的提升。總的來說，高中物理核心素養是學生學習物理知識，探究物理規律的必要前提和基礎。

2.高中物理核心素養內容

高中物理屬于理科，重在計算和推理，因此其核心素養內容與語文等文科核心素養略有不同，主要包括以下幾點：①科學思維（邏輯思維和推理能力）;②實驗探究（物理實驗操作能力）;③物理觀念（物質觀念、運動觀念等等）;④科學態度與責任。

二、如何創新實驗設計，培養高中生的四大物理核心素養

1.革新教學理念是根本前提

隨著新課改的不斷推進，傳統的“以教師為課堂中心”的教學理念已經不能滿足現代課堂教育的實際需求，尤其對操作性和實踐性較強的物理實驗教學來說，革新教學理念，樹立“以學生為課堂中心”的人本教育理念，對激發學生的學習積極性和主動性，實現實驗過程創新設計具有根本性影響。

2.優化實驗指導方法是基本內容

（1） 運用思維導圖培養學生的邏輯思維和推理能力

思維導圖被稱作革命性的思維工具，其以直觀性強、辨識度高等特點成為了教師在教學過程中經常用到的教具。物理實驗過程中，教師也可以運用思維導圖將教學思維、實驗思路等抽象性事物具象化，降低學生的理解難度，繼而培養其邏輯思維和推理能力。

（2） “指導+實踐”的實驗方式培養學生的實驗實操能力

“指導+實踐”的實驗方式共分為兩個階段。第一階段為指導階段，即教師根據教材內容、實驗內容整理實驗過程，并給學生演示、總結實驗過程中的關鍵環節，目的在于讓學生掌握整個實驗過程;第二階段為實踐階段，即學生作為主體，統籌安排整個物理實驗過程，鼓勵創新和合作，要求每個人都要動手操作。

3.采用演示教學法培養學生的物理觀念

（1）物質觀念

物質是不以人的意識為轉變的客觀存在，從較為簡單的角度思考，物質即我們生活中常說的“實物”，所以，教師在教學過程可以通過演示生活中的“實物”來說明何為物質觀念，即“實物”是客觀存在的，想憑空讓它消失是不可能的。

（2）運動觀念

運動是絕對的，靜止是相對的，這是物理學中的一個基本理論，即物質無時無刻不在運動，教學過程中，教師可以通過演示“飛行員在飛行國策和那個中如何徒手抓子彈”，從而分析運動和靜止的關系，即飛行員和子彈同速情況下，兩者相對靜止，但實際情況是兩者都在隨時間高速運動。

（3）能量觀念

能量守恒定律是物理學中非常重要的一個定律，即認為能量只能轉移而不會憑空消失，教學過程中，教師可以通過演示“小球從靜止到運動再到靜止”的過程，并畫受力分析圖，分析小球的動能因何產生而又轉移到了何處，即通過摩擦力轉化成了熱能。

三、高中物理實驗設計創新的實例分析——研究勻變速直線運動

1.基本實驗過程介紹

（1） 實驗操作：先接通打點計時器的電源，然后釋放紙帶，讓重錘自由落下，再關閉電源，記錄紙帶上點到點之間的距離。

（2） 根據勻變速直線運動的推論△x=aT2，有以下等式可成立：

x6-x3=3a1（2T）2…①

x5-x2=3a2（2T）2…②

x4-x1=3a3（2T）2…③

a=（a1+a2+a3）/3…④

（3） 聯立①②③④并代入數據解：a=9.60m/s2.

（4） 探究實驗過程中影響最終結果的不可控因素，如空氣阻力、紙帶和打點計時器之間的摩擦力等等。

（5） 重復上述實驗過程，取平均值，求得相對準確的重力加速度。

2.細節處理，進行創新設計

（1） 運用思維導圖整理實驗思路，即“實驗→記錄數據→推論等式→求得結果→探究結果的合理性→反復操作驗證”。

（2） 教師先教給學生如何使用打點計時器，然后由學生進行操作，有關的測量和計算工作全部由學生完成。

（3） 每三個人一個小組，進行上述的實驗過程，教師作為團隊中的“第四人”，不參與操作過程但是可隨時幫助學生答疑解惑，并就基本的物理觀念提出問題“小球運動過程中的運動狀態是什么樣的？”。

（4） 實驗評測階段采取“小組回答+組間互評+教師總評”的三層評價方式，組內推舉出一人展示實驗結果并分析小球的運動狀態，組間互評即可以以班級討論的方式繼續研究實驗結果，教師總評則以過程性評價為主，并引導學生總結實踐經驗，從而培養學生的核心素養。

結束語

綜上所述，高中生的物理核心素養主要包括邏輯思維和推理能力、物理實驗操作能力、團結協作和交流能力以及總結和學習能力四部分，所以物理實驗的創新設計也需要從這四點出發，以先進的教學理念、科學的教學方法、合理的教學過程為主體，構建現代物理實驗教學新面貌。

【參考文獻】

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[2]倪亞清. 淺談基于數字化實驗系統的實驗教學對提升物理學科核心素養的作用[J]. 物理教學， 2017（12）：23-24.