核心素養視域下高中物理實驗探究教與學的策略

羅翀 姜明姬

摘 ? 要：實驗探究教學是高中物理教學的重要組成部分，“探究性實驗”是高中新課程標準所倡導的“科學探究”中很重要的部分，也是培養學生核心素養的主要途徑，高中物理教師應將培養學生學科核心素養的理念貫穿到整個實驗探究的教與學過程中，通過具體的實驗探究過程培養學生的物理核心素養。本文重點研究基于核心素養的高中物理實驗探究教與學的策略。

關鍵詞：實驗探究;核心素養;高中物理;教學策略

高中物理的核心素養是學生適應個人終身學習的社會發展需要的基礎知識、關鍵能力和科學態度等方面的表現，是學生通過物理學習集中體現的帶有物理特征的品質，主要有“物理觀念與應用”“科學思維與創新”“科學探究與思維”“科學態度與責任”四個維度構成[ 1 ]。實驗探究是指在學生不知道相關知識，尤其是不知道各物理量之間關系的前提下，由教師引導和配合[ 2 ]，再讓學生圍繞某個問題通過實驗設計、實驗操作、分析綜合、得出結論并對結果進行交流的一種科學探究形式。在此過程中，學生探究實驗現象產生的原因，從定性或定量的角度去找出內在的聯系，并進行歸納和總結，從而得出正確結論，形成物理概念，掌握物理知識和規律。這樣的實驗探究過程對培養學生邏輯思維能力[ 2 ]、動手實踐能力、科學探究精神等都具有重要作用，是提高學生科學探究和科學思維能力的有效途徑。

1 ?通過實驗探究幫助學生形成物理觀念，并能用其解釋自然現象和解決實際問題的策略

物理觀念是指概念以及規律在腦海中得到升華和提煉。高中物理知識比較抽象，難于理解，對學生的邏輯思維能力要求比較高，教師若不注重教學方法，一味進行理論灌輸，則會加重抽象物理知識教學的枯燥性，導致學生逐漸失去學習積極性和好奇心。因此在高中物理教學中，教師要明確以培養學生核心素養為目標的教學模式，重視實驗探究，善于結合教學內容設計有趣的探究性實驗，并想方設法引導學生積極參與整個實驗探究過程，讓學生在探究過程中理解物理規律發現過程，探究的思想方法等，以實現自身的理解消化，促進物理觀念的形成，構建物理知識體系。 例如教師在進行“自由落體運動”的教學時，可通過讓學生觀察以下幾個實驗的現象引導學生進行討論的方法進行科學探究，自己得出“自由落體運動”的概念：

實驗1：讓一枚硬幣和一張展開的紙從同一高度，同時由靜止開始下落。

實驗2：用一張紙裁成一模一樣的兩半張，其中半張捏成團，讓展開的紙和紙團同時從同一高度由靜止開始下落。

實驗3：讓紙團和硬幣同時從同一高度由靜止開始下落。

實驗4：觀察有空氣“牛頓管”中羽毛、鐵片等質量不同的物體同時由靜止開始下落的情況，再對“牛頓管”抽氣至接近真空，觀察幾乎無空氣阻力時羽毛、鐵片等質量不同的物體同時由靜止開始下落的情況。

通過以上幾個現象的對比讓學生的思維產生碰撞，引發學生的思考，將學生的思維活動推向高峰，教師再引導學生對以上實驗現象進行分析、比較和抽象，從而得出自由落體運動的概念和規律。

通過這種學生參與實驗探究的方式進行教與學，學生不僅印象深刻，還能引發學生的好奇心和求知欲，加深對概念的理解，也能更好的用于解釋一些相關的生活現象。

又如教師在進行“光的全反射”一課的教學時，也可以通過實驗來探究并引導學生總結出全反射現象、全反射的條件、臨界角等幾個物理概念規律。

像這樣在實驗探究過程中，不斷設計問題引導學生深入剖析，探究知識背后的規律本質，進而形成屬于自己的物理觀念，逐步從知識表層深化到知識內涵，并學會用其解釋自然現象和解決實際問題，從而促進思維品質發展，真正提升學生的核心素養。

2 ?通過實驗探究培育學生的科學思維與創新能力的策略

在物理實驗探究課上，教師要注重科學思維的培育，要讓高中生明白，物理知識的學習，本就是要伴隨著質疑和探索，教師在實驗探究課上的引導，幫助高中生形成質疑和探索的精神，通過設置一系列逐層遞進的探究性問題，引導學生結合實驗探究并深入思考，在分析和解決問題的過程中鍛煉學生思維能力，促進學生形成科學思維，提高創新能力。物理實驗探究課上教師要給學生自主思考以及探究的機會，幫助他們實現更加高效地學習和科學思維能力的提升。例如：在“探究靜摩擦力大小的變化”時，教師可以提供給學生實驗器材，然后引導學生自己設計實驗方案，如圖1所示，并讓學生思考：（1）彈簧測力計如何拉木塊？（2）如何改變木塊對接觸面的壓力大小？引導學生得出結論后再讓學生分組探究，并讓學生探究以下問題：①靜摩擦力大小隨拉力怎么變化？②當拉力增大到木塊開始沿接觸面滑動時，靜摩擦力達到什么值？③最大靜摩擦力隨兩物體間壓力大小怎么變化？引導學生層層遞進思考，了解科學探究的方法和過程，自己得出結論，培養學生的科學思維與創新能力。

教師還應當對學生進行合理引導，通過以問促教的方式，利用情境提問來引導學生自主探究。例如在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗探究教學過程中，可以用以下程序進行教學：⑴創設好相關情境，讓學生親自體驗：①稍微用力可以改變滾動狀態下乒乓球的軌跡;②使用相同大小的力作用于滾動的籃球，觀察其運動方向;③到教室外讓學生推一輛空的三輪車，能夠很容易推動，④當三輪車上載滿貨物后，使用同樣大小的力卻很難推動。⑵然后提出問題：加速度和物體質量之間的關系？⑶教師再引導學生進行猜想，交流討論，讓學生提出不同的觀點：①加速度和力成正比，力越大，加速度越大;②加速度和質量成反比，力大小一定時，質量越大，加速度越小。⑷讓學生根據自己的觀點設計實驗，并自己去探究結果。⑸在實驗探究過程中，引導學生發現實驗裝置中存在較大摩擦力，可能對實驗結果產生影響，要求學生相互討論，自己處理好摩擦力的問題，讓實驗結果更加準確。為使學生更加深入理解物理現象，教師可以要求學生自己制定實驗計劃、設計實驗方案，然后自己進行實驗操作，最后自己進行數據處理、得出結論和誤差分析等。這種教與學過程不僅關注推理結論，更重視推理過程，從而達到有效培育學生的科學思維與創新能力的目的。

3 ?通過實驗探究培養學生的科學探究與思維能力的策略

實驗探究是如今在物理實驗課上比較常用的一種模式，可以改變以往高中生的學習模式，突出高中生在物理實驗課上的主體性。教師要接受這樣的理念，在物理實驗課的開展中，切實將這個理念體現在實際教學中，然后在物理實驗課上促進高中生探究能力的提升。

科學探究的基本過程有七個要素，有固定的步驟和流程，但受限于實驗課時間和各種物理實驗的特殊性質，使得學生往往不能充分體驗到每個實驗探究中的每個探究要素，為了提高高中物理實驗探究課堂教學效率和效果，教師就要合理安排好實驗探究的過程，結合實驗性質就學生某一探究要素進行重點培養，如“提出問題、設計實驗、收集數據、交流合作、分析論證”等能力，從而真正達到在學到知識的同時不斷提高學生科學探究素養。

例如教師在實驗探究過程中可以不斷創設一些貼近學生生活的問題情景，讓學生結合探究過程觀察到的現象發表自己的看法，大膽提出問題，與他人交流討論。如在上“力的分解”時，為了探究“合力大小一定，隨著兩分力的夾角的增大，分力大小怎么變時”，可以先設計“汽車不小心陷入泥潭，能有什么方法可能憑一個人的力量將汽車拉出泥潭？”“為什么橋都會有長長的引橋”等問題，讓學生一起交流探討，從而培養學生提問和交流合作能力、解決實際問題的能力和創新思維能力，從而提高學生科學探究素養。

因此物理實驗課上要多加入一些探究性實驗，如今物理教材中也有很多“實驗與探究”“迷你實驗室”等，教師要充分利用教材，在物理實驗課上引導學生結合書上給出的情境，展開探究實驗的自主設計以及實踐，結合科學探究的規律和步驟，學會用控制變量法、圖象法等諸多的方法進行探究，達到實驗的目的，得到準確的結論，完成實驗探究的目標。

4 ?通過實驗探究以及實驗反思培養學生的科學態度與責任的策略

所謂的“科學態度”涵蓋了舊課標三維目標中“情感、態度與價值觀”的含義，包括學習興趣、求真精神和團隊作風等，是物理新課程的重要目標。因此教師在進行實驗探究教學時，要想辦法激發學生的好奇心和興趣，并在教與學的過程中培養學生的求真精神和團隊協作精神。例如在“探究超重和失重現象”的實驗教學時，教師可以給每個小組的學生都準備一個比較重的鉤碼和一條細的紙帶，讓學生用紙帶豎直拉著，保持靜止時紙帶不斷，加速向上拉，結果紙帶斷了，從而引發學生的好奇心：紙帶為什么會斷？然后讓他們再用相同的紙帶試試勻速上拉、下拉或者加速下拉是否紙帶也會斷，并思考為什么。這樣的實驗簡單易操作，又生動形象，既激發了學生的興趣，給他們留下了深刻的印象，又啟發著學生去思考和探索客觀世界，培養了他們的求真精神。也可以將體重計搬到教室里，讓學生下蹲和起立并觀察體重計的示數變化來體驗超重和失重;還可以帶領學生將臺秤和要測量的物體搬到電梯里，在電梯的整個運動過程中觀察并記錄臺秤的示數變化來分析超重和失重。采用這樣生活化的實驗器材，結合生活中的物理現象設計實驗，將實驗探究與生活緊密相連，可以讓學生在理解物理知識的同時，培養學生嚴謹的科學態度和正確的科學責任感。

同時，在實驗探究教學后，教師還應引導學生積極進行實驗反思，通過回顧實驗過程發現自身探究中存在的問題，在總結和反思過程中加深對實驗探究的理解。例如在進行“探究機械能守恒定律”的實驗時，學生容易忽略接通電源前要保持手不動，并讓提起的紙帶保持豎直;也容易忽略先接通電源后釋放紙帶的操作等等，從而導致得到的結果與理論結果相差較大，甚至相違背。教師要引導學生反思這些操作細節，分析它們所帶來的誤差，養成嚴謹認真的科學探究態度。

為了培養學生的社會責任感，教師要想方設法創造條件，讓學生有機會走向社會，并引導他們用自己已學的物理知識來分析和解釋在實踐過程中遇到的實際問題。例如在“探究共振現象的條件”時，可以帶學生去操場蕩秋千，讓學生體驗受迫振動，并思考探究如何讓秋千越蕩越高，什么時候蕩的最高，請談原因;還可以讓學生在家里觀察洗衣機的脫水過程，看什么時候洗衣機振動的最劇烈;或者讓學生體驗觀察“龍洗”里的水什么時候噴的最高;或者帶學生參觀建筑工地，觀察工地上澆筑混凝土時怎樣使用振搗器;或者帶學生去工廠參觀并觀察共振篩如何篩除雜物，思考如何提高篩除雜物的效率;或者帶領學生觀察跳水運動員起跳動作的“顛板”過程，思考什么時候彈跳的最高……這些實踐活動在激發學生學習物理興趣的同時，也讓他們體會到物理與社會的緊密聯系，增加他們承擔社會責任的決心和信心，從而樹立起學生的社會責任感。

總之，高中物理實驗探究是讓學生更加深入地理解、掌握和應用物理知識的有效途徑，教師在實驗探究的教與學中必須要緊密結合新課程的標準要求，對高中物理實驗探究教學不斷創新改革，依靠更加科學的教學策略來讓學生在實驗探究過程中將物理知識轉化，形成物理觀念，在實踐中提升探究素養，在解決問題中形成探究思維，在實驗反思中形成嚴謹的科學態度，從而真正實現學生物理核心素養的培育目標。

參考文獻：

[1]張俊鋒. 關注學科核心素養 提升廣泛關鍵能力——淺談新課程標準下的物理教學思考[J].新課程（下）， 2019（3）：190.

[2]賴少金. 初中物理實驗探究的教學及實施[J]. 新課程學習 （學術教育），2010（4）：118-119.