高中物理實驗復習滲透核心素養之科學探究

陳石鑫

要在學科教學中落實立德樹人的根本任務，就要具體化為各學段各學科的核心素養，培養學生全面發展的核心能力和品質。就高中物理來說，其核心素養主要有四個維度，包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度和責任。課堂教學是教育的主陣地，如何在課堂教學中落實核心素養的培養就顯得尤為重要。

一、何謂核心素養之科學探究

核心素養之科學探究，它的內涵是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思、創新的能力。

科學探究這一核心素養在物理實驗中最能體現，培養方法就是在物理實驗教學或物理實驗的指導中進行多維度的滲透，在高三復習階段的高中物理實驗復習更具有綜合性和針對性。在高考中科學探究這一核心素養的評價和考查也是顯得非常直接，在每年的高考中都提出了相當明確的要求，如2019年的全國統一考試大綱中，明確學科素養為必考內容之一。

作為教師，我們應該提高對核心素養的認識和重視，引領學生在這一方面的發展，在實施操作過程中，教師要樹立以人為本理念，把身心健康放在首要目標，培養學生終身學習的能力;教學編排過程要重視實驗教學，引導科技創新，培養實踐能力和科學精神，特別是物理教師，更應懂得實驗是物理學的主線;要重視問題設置，通過問題解決提升思維品質，高考考綱有明確要由以前的“解題”轉移到“解決問題”上來;教學過程中要在情境創設上動腦筋，要在知識建構的過程中下工夫。

二、滲透科學探究的方法

（一）高考十二個必考實驗，回歸經典

十二個必考實驗整體把握了高中物理的基本知識結構框架。如勻變速直線運動的研究，這是基本的直線運動規律與實驗結合的問題;測定金屬的電阻率是部分電路歐姆定律與實驗的結合問題。通過實驗的復習得到實驗與知識技能的相互聯通。

十二個必考實驗也包括了實驗的基本方法，對基本實驗儀器的使用也很全面。如控制變量法在驗證牛頓運動定律的應用，還可以再作遷移應用，如在探究電磁感應定律的知識層面，可以探究感應電動勢Δ和Δt與E的關系，這里就可以控制Δ不變，研究E與Δt的關系，進而得到法拉弟電磁感應定律E∝Δ/Δt。

基本儀器的使用包括了刻度尺、彈簧測力計、打點計時器、光電計時器、游標卡尺、螺旋測微器、電流表、電壓表、多用電表、電阻箱等十多種，這些實驗儀器的認識和使用對于豐富學生的認識和擴展學生實驗手段都大有好處;對于這些實驗儀器的復習，我們要讓學生進行實踐操作，規范使用。

要在回歸經典中把握基本實驗原理和方法，并提取出物理實驗的基本要素，包括提出問題，現有理論指導，實驗設計，儀器的使用，實驗過程與數據的提取，評價和創新。

（二）由“解題”走向“解決問題”的變遷

我們發現，近幾年來，高考物理實驗考題已經不只是以十二個必考實驗為題，而是出現了更加開放性的問題，如“利用裝置測量兩物體之間的動摩擦因素”“根據以下裝置回答下列問題”。題目已經設好了問題，我們要根據最終的問題不斷提出解決問題的方法，如要測量“動摩擦因素”，這是問題，根據現有理論，f=μFN，我們必須要找到正壓力和滑動摩擦力，這要求我們進一步的實驗設計，引導學生要創設物理情景，f和FN怎么測量出來？學生自己提出問題。如把物體放在水平面上運動，FN可以簡化為與重力相平衡的模型;關鍵是f怎么求？滑動摩擦力f必須在物體的運動中進行測量。這相對來說是一個難題，也是一個更加開放性的題目，在復習過程中，可以引導學生把物理規律進行實踐應用。根據物理規律設計相應的方案進行測量，簡單的來說有三種方案進行測量：

1.利用“力和運動”中勻速直線運動中的受力平衡的規律設計實驗;

2.利用勻變速直線運動中的牛頓第二定律設計實驗;

3.利用直線運動中的功能關系設計實驗。

這就是一個很好的解決問題的實例展示，讓學習不只是刻板的解題，而是綜合素養的提升。

（三）做好拆分與整合的靈活應用

拆分與整合是我們做實驗的必經之路，是解決物理問題的基本方法，也是高考考綱的要求，考綱中有“能夠把一個復雜問題分解為若干較簡單的問題，找出它們之間的聯系”這樣的表達。在物理實驗中的拆分與整合，包括要拆分好完成實驗需要測量哪些物理量，分別要用到什么測量工具，如何規范使用工具，包括正確讀取數據;整合是應用物理規律進行整合，如閉合回路歐姆定律、牛頓第二定律等。在測量電源電動勢和內阻的有關實驗中，應拆分為測量流過電源的電流和外電路的電壓兩個物理量，電流和電壓測量或者獲得的方法可有多種。如直接測量、用電壓表和電阻箱并聯當電流表使用、用電流表和電阻箱串聯當電壓表使用。測量出電流和電壓之后，關鍵在整合，整合就用閉合回路的歐姆定律，把各個串聯部分的電壓相加，在數值上等于電源電動勢。

（四）數據處理與分析論證

數據處理，是在現有規律整合后的進一步數學處理，可以是數學公式法，也可以是圖像法，得出相應物理量之間的關系后要進行適當的討論和總結，討論實驗設計的合理性、如何控制實驗條件、實驗工具的活用，也可以討論實驗方法上的創新應用，這些都會對學生科學探究的培養有很大的幫助。如在用半偏法測電流表內阻的實驗中，實驗電路圖如下所示：

教師可以創設兩套不同的器材讓兩組學生測同一電流表的內阻，然后對比實驗結果，會發現測量結果不一樣。這時我們要引導學生論證實驗結果的合理性，并掌握正確控制實驗條件。只有當R遠遠大于電流表內阻時，總電流才可認為不變，實驗才可進行。還可創設以下情境：當電流表滿偏時電阻R沒有遠遠大于電流表的內阻，這時該怎么辦？要R阻值變大，則電流表的電流會變小，不能滿偏，其實這種還是可以進行實驗的。這時我們要分析實驗的原理是應用并聯電路的特點進行求解電流表的內阻。先滿偏，后半偏時電阻認為電流表內阻與電阻箱阻值相等;如果電流表不能滿偏，為某一數值，我們可以調節電阻箱的阻值，讓開關S2閉合后，電流表的數值只有原來的三分之二，說明還有三分之一的電流會在電阻箱那里通過，由并聯電路的特點，可知電流表內阻只有電阻箱阻值的一半。

（五）落實實踐操作

實踐操作是實驗復習效果最好的方式，可以讓學生在實踐操作中真正體會到實驗過程中可能出現的問題，把理論應用與實踐，體會實驗條件的重要性，實驗方法的歸類總結和活用。在實踐操作課上，教師可以創設情景讓學生模擬、討論，也可以是實驗方法的體會，如把微安表進行改裝成電流表或電壓表，再與現成的電流表或電壓表進行應用對比，這一對比很重要，能讓學生體會實踐的成功喜悅;通過實驗歸納模型，如用半偏法測電壓表的內阻實驗中，要求電壓表和電阻箱串聯部分的總電壓不變，這就要求創新一個穩壓電路，可以用滑動變阻器的分壓接法創設。