創新實驗教學落實學科素養

陳麗琴

摘 要：本文概述了物理學科核心素養視域下通過創新物理實驗，提高教學有效性，落實物理學科核心素養的培養。教師通過創新實驗、自制教具、模擬實驗及引導學生自創實驗等途徑，創設問題情境，幫助學生形成物理觀念、增強科學探究能力、發展科學態度與責任、培養創新意識，進一步提升學生的物理學科核心素養。

關鍵詞：實驗；教學；創新；物理學科核心素養

引言

2017年修訂的《普通高中物理課程標準》指出“物理學是基于觀察與實驗，建構物理模型，應用數學等工具，通過科學推理和論證，形成系統的研究方法和理論體系”[ 1 ]，充分肯定了物理實驗在物理教學乃至物理學中的重要作用。在物理教學中，實驗不僅可以使學生形象地認識物理現象，理解物理規律，激發學生學習興趣，而且有助于提高學生觀察、探索、思維和實踐等能力，培養創新意識。但在實際教學過程中，許多教師受制于實驗器材不便或不足，往往局限于教材的實驗操作，無法有效調動學生學習和探究意愿，導致物理實驗教學效果不夠理想。因此無法實現高中物理課程 “旨在落實立德樹人的根本任務，進一步提升學生的物理學科核心素養，為學生的終身發展奠定基礎，促進的人類科學事業的傳承與社會的發展” [ 1 ]的目標。

提高物理實驗教學有效性，提升學生物理核心素養，需要不斷創新物理實驗，開發利用物理實驗資源，實現課程 “引導學生經歷科學探究過程，體會科學研究方法，養成科學思維習慣，增強創新意識和實踐能力” [ 1 ]目標。創新物理實驗應圍繞發展學生物理學科核心素養，形成和發展學生物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。在具體的物理實驗教學過程中，可以從以下途徑創新物理實驗教學，落實物理學科核心素養。

1 創新實驗，設置問題情境，形成物理觀念

物理觀念是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華[ 1 ]，是對物理現象規律的理論認識，具有抽象化、不容易理解和掌握的特點。如果按照常規教學方法，直接介紹物理概念和規律，學生不明就里，聽得稀里糊涂，死記硬背，喪失學習興趣，難以達到形成物理觀念和培養科學思維的目的。教師通過創新.設計富有生活氣息和切合學生實際的物理實驗，吸引學生，激發疑問，教師因勢誘導，把學生心里的問題進一步深化，激發學生科學探究的興趣，結合學生思考回答，在潛移默化之中，把深奧難懂的物理理論深入淺出，以直觀形象的方式展開，便于學生理解。學生在實驗觀察和積極的思考探究中，不再是物理概念和規律被動的接受者，而是物理概念和規律的主動獲得者。他們感受到了學習的樂趣和思考探究的快樂。教師不僅有效地達成了物理知識的講授，更主要是培養了學生的學科核心素養。

以“自由落體運動”教學為例，教師先請幾個學生做“手指夾百元大鈔”游戲，結果沒有一個學生夾到，學生當時就很好奇，眼看快夾住的錢為什么夾不到呢？然后順水推舟：是不是大家的反應慢呢？接著把全班學生每兩人分成一組，每組分發一把量程為30cm的尺子，讓他們相互測量自己的反應時間。在科技高速發展的今天，很多行業都需要反應敏捷的人，學生頓時有了興趣，連平時不聽課的學生也認真起來，有想進一步探究的欲望，課堂效果非常好。通過簡單的實驗，讓學生切身體會運動的快慢，進一步加深運動觀念，對后面探究自由落體規律起了很好的鋪墊，有效地落實物理觀念的核心要素。

物理實驗的現象本身具有生動、新奇、形象等特點，對學生有極大的吸引力，容易引起學生的注意，可以使學生產生濃厚的興趣。教師如果在課堂上做一些新奇、有趣的實驗，創設問題情境，能使課堂教學產生巨大的吸引力，從而激發學生的學習興趣，積極思考，形成物理觀念。

2 自制教具，解決疑難問題，增強科學探究能力

通過實驗，引導學生觀察現象、發現和提出問題，收集選擇有用信息，結合物理概念和規律，基于證據和邏輯對問題作出合理解釋，準確表述問題，以及提高對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。這一過程可以不斷地增強學生的科學探究能力。

以“力的合成”一課“討論與交流”為例，通常會用數學知識（余弦定理）來分析，得出結論：合力的大小隨兩個分力（大小不變）夾角的增大而減小。很多數學基礎薄弱的學生聽到運用數學知識來解決物理問題頭就疼。筆者當時就設計了一個實驗，更直觀地展示這個結論。設計這個實驗的靈感來源于 “力的合成演示器”（如圖1所示），改進這個演示器的使用方法能夠有效地展示兩個分力大小不變時合力大小與夾角大小的變化關系（如圖2所示），實驗操作具體如下：

把兩個定滑輪固定在木板上，細繩繞過滑輪，繩的兩端掛鉤碼。（1）在繩的兩端分別掛三個、四個鉤碼，用彈簧稱拉住結點，緩慢下移。（2）結點在下移過程中，使其在不同的位置靜止一會兒，讓學生觀察細繩夾角的變化、彈簧稱讀數的變化。比較數據就可得出合力的大小隨兩個分力（大小不變）夾角的增大而減小的變化關系。

這個實驗的器材實驗室可找到，操作也簡單，實驗現象明顯，教學效果良好。教師如果多設計演示自制實驗，不僅能激發學生的學習興趣，解決學生學習疑難點，而且增強學生科學探究能力，在實驗中觀察和思考，積極探究，合作交流，把具體實驗數據進行科學推理和科學論證，得出結論。

3 創新模擬實驗，端正科學態度與責任

通過簡單的實驗，把物理知識應用于實際生活中，讓學生感到學以致用，形成對科學技術應有的正確態度以及責任感。

以“光導纖維及其應用”教學為例，如果教師直接講授光導纖維的內容，學生只知道結論，無法提起上課的興趣，思維無法展開，更談不上學科核心素養的發展。但教師通過精心設計實驗，利用光照射從礦泉水瓶和彎曲的吸管流出的水產生的現象，模擬“丁達爾實驗”。教師利用生活中的廢舊材料，創新物理實驗，首先在礦泉水瓶下端的側壁開一小孔，插入一小段彎曲的吸管，并用膠粘好。瓶內裝滿清水后，一股水流便從吸管中射出。把激光筆對準礦泉水瓶下端的吸管小孔發光，然后用手指擋在彎曲吸管另一端的水柱時，手指上出現了明亮的紅斑。

學生在興致勃勃的觀察了新的物理實驗，看到光線居然從彎曲的流著水的吸管中出來，立即產生疑問：光線不是直線傳播嗎？為什么手指處會有紅斑呢？激光筆的光束為什么會沿著彎曲的水柱傳播呢？由此誘發學生的探究欲望，集中學生的注意力。進而再探討其原理，學生會不由自主地聯想到前面學過的光的全反射原理。然后趁熱打鐵提出：光沿著彎曲的水柱傳播這個現象在實際中能有什么作用？進而展開光纖應用的教學，強化學生應用物理知識的意識，培養學生學以致用的正確態度和造福人類的責任感。

4 引導學生自創實驗，提升科學思維能力

物理實驗分為驗證性實驗和探索性實驗。驗證性實驗為了證明物理概念和物理規律的準確性，一方面有利于課堂教學，幫助學生理解和掌握知識，另一方面不利于發揮學生主體性和創造性，不利于培養學生科學方法和態度，也不利于培養學生主動探索物理規律的實踐能力。而探索性實驗是由學生根據問題自主設計實驗方案，主動探究問題獲取知識的過程。它有利于學生形成獨立思考意識、主動探究能力和實踐能力，獲得物理實驗研究的方法，為進一步創造、創新奠定基礎。因此在教學中教師可以通過鼓勵學生思考不同實驗方案，引導學生把驗證性的實驗轉變為探索性的實驗。師生互動或生生互助，制作創新實驗器材演示，實現學生成就感和價值感。教師也可以把作業作為出發點，布置學生自己設計簡單的實驗。

以“重力與重心”教學為例，教師布置影響穩度大小因素課后作業，啟發學生用控制變量法設計一種演示器，利用控制變量法進行探究此結論。一位學生設計了利用胡蘿卜和膠水瓶蓋子制作實驗：（1）膠水瓶蓋子上插一根插著半根胡蘿卜的細長竹簽，當把胡蘿卜下移到瓶口附近，器材較穩定，要它傾倒不太容易。如果把胡蘿卜移到竹簽的頂部，它就很不穩定，一碰就要跌倒，因此得出結論：支持面不變時，重心越高，穩度就越差。（2）把胡蘿卜移到竹簽的頂部，器材一推就倒。用一塊底面較大的中間挖一小孔的泡沫薄塑料上插入器材，這時瓶子的底面積增加，瓶子不容易倒。因此得出結論：重心高度不變時，支持面越大，穩度就越好。這個課后探究性實驗，學生要思考用控制變量法做到如何控制支持面不變改變重心；重心不變改變支持面；選用什么材料容易做到等問題。這不僅培養了學生的動手能力，而且還提升學生的科學思維品質，培養學生的創新意識。

5 結束語

物理是一門以實驗為基礎的自然學科，實驗在物理教學中具有十分重要的作用。作為一名物理教師，應該把實驗帶入物理課堂，有效地為物理教學服務，使學生形成的物理觀念和科學思維便于分析和解決問題，提高探究能力，養成科學態度，促進物理學科核心素養的形成。只有加強自身的素養，不斷實踐，才能讓實驗更好地為教學服務，才能有效地發展物理學科核心素養[ 1 ]。實踐的路還很長，需要我們不斷地探究，當我們用心去領悟、用汗水去實踐后，收獲自然會是豐碩的。

創新，永遠在路上。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.