基于核心素養的高中物理實驗教學設計與思考

摘?要：高中物理課程是普通高中自然科學領域的一門基礎課程，旨在落實立德樹人根本任務，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，促進人類科學事業的傳承與社會的發展。文章以物理實驗教學為例，通過增加隨堂物理實驗提高學生的物理觀念，在顯化科學方法引導學生推理的過程中發展科學思維，在合作學習中體驗科學探究，在規范實驗流程確保實驗操作安全過程中培養科學態度和責任。

關鍵詞：核心素養;高中物理;實驗教學

一、 引言

普通高中物理課程標準（2017年版）在課程性質中指出：物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。作為物理教學的重要組成部分“物理實驗”教學，通過實驗教學的探究性能夠充分充分激發學生的物理思維，幫助學生更好的理解物理知識和概念，通過實驗帶動學生主動性學習意識的發揮，將核心素養目標貫穿于并滲透到實驗教學各個環節和整個過程中。

二、 為學生的終身發展奠定基礎：強調學生主體，增強自主意識

在課程改革的背景下，教學越來越關注學生的體驗和感受，課堂的主體已經從教師轉向了學生，學生在自主學習、合作探究等方式下進行實驗學習。因此，在設計物理實驗的時候，物理教師也要關注到學生的主體性，強調讓學生成為實驗過程中的主體，努力提升學生的自主意識和創造能力，促進實驗質量提升。在實際的教學里，物理教師可以設計更多物理實驗的方法，豐富實驗的多樣性和全面性，讓學生提升本次實驗的興趣和欲望，從而帶有更高的投入熱情和動力，自主地參與到實驗探究環節，開拓自己的思維，激發自己的創造力和自主意識，以此來掌握實驗背后的知識和原理，提升實驗教學的效果。

例如，教師在組織學生實施高中物理實驗“打點計時器測速度”的時候，為了讓學生提升對本次實驗的興趣，更加積極地投入到本次實驗過程里，教師引導學生自己去設計和拼裝一個實驗的模型和器材。如，鼓勵學生自己設計一個實驗所需要用到的小車，根據自己的愛好，用一些瓶裝工具進行手工創造，在這個過程里，學生會對本次物理實驗的內容、小車的用途和價值、探究的物理原理進行簡單的了解，在分析了小車的功能之后，制作出合適的小車，以供接下來的實驗環節使用。之后，教師讓學生根據實驗的內容和步驟進行操作，有效的收集打點計時器走出來的軌跡，以此來分析物理的運動加速度相關的知識點，達到物理學科教育的目標。在此實驗過程中強調學生的主體并讓學生自主操作，然后彼此之間可以交流合作，有的學生操作能力可能弱一些，有的學生操作性好，那么可以鼓勵兩者“結對”，以優帶弱，通過這樣的方式，既可以讓所有學生參與到課堂之中，同時還可以帶動學生的參與性，激發學生的興趣，讓學生更加認真、積極的對待本次實驗，發揮自己的主體性，有效的探究物理知識，滲透核心素養教育。

三、 物理觀念：增加不同形式的課堂實驗?重視實驗的啟發性和探究性

新課改目標在高中物理實驗課堂當中的體現不僅僅強調學生的物理知識與技能，更加強調學生的情感態度在實驗過程當中的養成，通過實驗激發學生對物理的熱愛之情，能夠為創設一個高效的物理課堂打下基礎，因此，教師應當通過在教學中引導學生體驗新課改目標，增加隨堂性物理實驗。

例如，在講解《用打點計時器測速度》這部分內容的時候，教師可以這樣設計教學活動：“同學們，前面我們已經學過了瞬時速度，其實，瞬時速度在生活當中有非常廣泛的應用，例如攝影，攝影就被稱為瞬時藝術，高速攝影在繪畫藝術當中也發揮著重要的作用，接下來讓我們通過一個視頻來了解一下?！蓖ㄟ^這樣的方式教師在引導學生展開實驗之前，幫助學生更好地了解瞬時速度的概念，通過生活實際來引入瞬時速度的概念可以激發學生對于物理學習的興趣，從而帶動學生在使用過程當中情感體驗的提升。在這個基礎之上，教師再繼續引導學生：“那么我們應該如何計算實際運動當中物體的瞬時速度呢？許多的實驗器材為我們解決了這個問題，接下來就請大家觀察一下手中的打點計時器，了解一下打點計時器的使用方法和工作原理?！蓖ㄟ^這樣的方式，引導學生了解實驗當中所需要用到的器材可以為學生的實驗打下一個牢固的基礎，通過引導學生了解打點計時器的構造能夠幫助學生了解實驗的原理，在這個基礎之上，教師可以充分給予學生表達他們觀點的機會，有的學生說：“在使用打點計時器的過程當中，紙帶運動時，計時器就會在紙帶上打出一系列的點?！蓖ㄟ^這樣的方式，教師在實驗教學的過程當中注重了新課改目標，通過學生情感態度價值觀的養成提高了學生對于實驗的興趣，進一步帶動了學生物理實驗學習體驗過程的提升，從而能夠為打造一個高效的物理課堂奠定基礎。

四、 科學思維：顯化科學方法，引導學生推理

培育高中生科學思維能力，需要教師教授學生科學思維的方法，指導學生進行探究實施和操作，以此來鍛煉學生的探究能力和素養。但是，由于初中物理課堂的探究與實驗相對較少，很多學生剛進入到高中階段時，自身的科學思維方法和技能比較薄弱，在實施探究活動過程里，無法采取正確、高效的方法進行探究，導致學生的探究能力無法獲得鍛煉。因而，在進行高一教學過程里，教師需要指導學生科學的探究方法，引導學生合理的處理探究問題，嘗試多種有效的方法進行探究。教師可以通過說明、講解、指導等形式，將科學思維直觀化，引發學生思考和關注，幫助學生吸收和掌握科學思維方法，滲透核心素養。

例如，在教授《自由落體運動》時，新教材中所設計的“伽利略的論證”指的就是通過指導學生科學的探究方法，幫助學生對該部分知識點進行推理和演繹，因此，教師要對該教材內容進行詳細的分析，將其運用在課堂探究中。

首先，教師可以為學生提出探究假設“兩個物體同時落下，比較重的物體會比輕的物體下落更快”。在假設提出之后，教師引導學生借助推理演繹的方法，來驗證問題的真實性和正確性;其次，教師為學生準備了演繹道具，如兩個同體積不同重量的物體，之后讓學生自己動手探究兩個物體在同一高度下下落的時間，判斷時間的快慢。學生通過操作演示的方式進行問題探究，駁回了教師所提出的問題假設，認為兩個物體的下落時間一致，和物體的重量無關。

之后教師在提出新的假設“同一高度下落的兩個物體，體積大的比體積小的下落更快”等，通過這樣不斷提出假設、實驗演繹推理的方式，讓學生總結出物體下落的規律，驗證物體下落和什么因素有關。

通過上述實驗步驟不能看出，主要是引導學生自行探索和探究，鍛煉學生的探究能力。因為在傳統教學中，學生對于教師和教材的依賴性比較大，往往不愿意進行嘗試和探討，所以針對這一問題可以進行設計，引導學生進行自主探究。本課以“教師提出假設——學生論證演繹——師生總結歸納——教師再提出假設——學生再論證演繹——師生再總結歸納……”的方式授課，引導學生學習、運用“伽利略的論證”方法，慢慢地掌握和吸收演繹推理法，讓學生在日后的課堂探究活動中，學會運用演繹法探索物理知識，從而逐漸培養學生的探究能力。當然，教師在教授科學思維方法時，也不能一味、過分地強調方法，讓學生的思維邏輯受到了限制，教師要讓學生懂得靈活運用探究方法。

五、 科學探究：倡導合作學習，促進共同進步

高中的物理是一門比較難的科目，實驗的操作雖然有教師在旁邊的監督查看，但是畢竟學生還是挺多的，教師不可能時時刻刻都能夠看到每一個學生，也就可能會忽略到學生在實驗中出現差錯的地方，所以，對于這種情況，教師就可以采用小組合作化的學習模式，讓兩名同學為一組，學生之間既能夠互相看到對方操作中與之間不一樣的地方，而提出質疑，再通過翻找書本或者是詢問同學再或者是尋找教師來解決，這也就能夠幫助學生修正操作中的錯處，提高學生的實驗操作能力。

就比如說教師在教授人教版的高中物理實驗中的《描繪小燈泡的伏安特性曲線》這一板塊的內容的時候，在這個實驗中有一個比較容易被忽略的細節，但是這個細節卻也是實驗中不可缺少的部分，那就是在連接了實驗線路但是開關還處于斷開狀態的時候，需要將滑動變阻器滑到使電阻最大的那端，以此達到在開關閉合時，使滑動變阻器這條線路不通的目的，這也是為了保護線路，避免因為燈泡處通過電流過大導致的電路損壞。而對于這個細節，有些學生可能就沒有注意到，而且在實驗中，因為學校提供的實驗器材的電壓產生的電流也不大，導致學生在實驗中看不到自己的這個問題。而合作式的實驗就能夠很好地解決這類細節上的失誤，幫助學生能夠更好地改進完善，促進小組實驗學習的共同進步，而在這其中，學生養成的善于觀察，善于合作的能力也是能夠有效培養學生的核心素養，促進學生進步。

六、 科學態度與責任：規范實驗流程，確保實驗操作安全

高中物理實驗具備一定的風險性，在保證實驗教學有效性的同時，確保學生的人身安全。如果不規范實驗的流程，一旦發生實驗事故，會對學生的身心健康造成很大的影響，不利于實驗教學。在進行實驗操作之前，教師要親身示范實驗的步驟，對于一些危險性比較大的操作，教師要再三聲明。進實驗室之前，學生要知道實驗的操作步驟、實驗工具的用法，進行實驗操作時，要統一聽從教師的指導，才能保障物理實驗課堂的安全性。在高中物理實驗中，風險性最大的實驗就是涉及“電路”的相關內容，一旦操作不當，容易產生漏電、碰電的風險，不僅造成實驗操作失敗，還會傷及學生的人身安全。

進行實驗“驗證機械能守恒定律”教學時，需要接通電源，一旦發生漏電事故，后果不堪設想。因此，老師進行實驗教學時，要不斷規范實驗的流程和步驟，反復強調實驗操作的安全。由于摩擦和空氣阻力的影響，實驗數據總是存在一定的誤差，實驗不需要測重物的質量，實驗具備的風險性也比較小。由于要接通電源，學生在操作的過程中要注意規范用電，必須先接通電源，等打點計時器正常工作之后才能放紙帶。如果不按照操作的步驟來進行實驗，可能會出現漏電的風險。在高中物理實驗的教學中，有許多實驗是要接觸到電能的，如果不規范實驗的操作流程，容易出現事故，不利于學生的身心安全。

綜上所述，實驗是高中物理教學里一個重要的內容，在課程改革的背景下，教師要關注到實驗的趣味性、學生的主體性、學生的綜合發展，以此來設計實驗教學的策略，培育學生核心素養，提升高中物理實驗教學的質量，促進物理學科長遠發展。

參考文獻：

[1]丁文俊.基于核心素養下高中物理實驗教學初探[J].讀與寫，2020，17（21）：212.

[2]王占球.基于核心素養的高中物理演示實驗教學探究[J].科學咨詢，2020（19）：253.

作者簡介：

任厚寶，浙江省杭州市，浙江省杭州市富陽區實驗中學。