高中物理教學科學探究能力培養

華沁怡 陳心豪

摘 要：依據物理學學科特點，實驗探究是學習者認識物理、掌握物理非常重要的途徑。在高中物理教學中，科學探究能力是組成學生物理核心素養很重要的一部分。教師在進行物理教學中，應當結合現有教育資源充分培養學生的探究能力和思維水平。本文結合2010年諾貝爾物理學獎獲得者的經歷，分析在我國現行教育制度下，高中物理教學中存在的缺乏對學生實驗探究能力培養的現狀，以在中學開展物理低成本實驗為例，提出改進建議及低成本實驗實施中的注意點，為學生能夠進行物理核心素養的多元評價提供可能的方案。

關鍵詞：科學探究;高中物理;低成本實驗;創新意識

一、引言

創新是一個民族的靈魂，然而我國教育長久陷入難以培養出創新型人才的困境，尋根究底是因為傳統的教育模式常常只注重對學生知識性能力的培養，在引導學生實踐探究層面稍顯缺乏。創新不僅僅需要知識性經驗的基礎，且更需要科學探究能力，因此對中學生的科學探究意識和能力的培養不可輕視。

物理學是注重實踐的學科，研究物理尤其需要探究能力，而一個國家在物理科研方面的成果能夠展現國民整體的科學探究素養。在高中物理教學中注重學生科學探究意識的培養為我國孕育創新型人才提供了基礎和保障。

二、“透明膠帶技術”撕出的諾貝爾獎

石墨烯曾經被認為是一種不可能存在的二維物質，但蓋姆竟然僅僅依靠透明膠帶并經過不懈地嘗試得到了只有一層厚度的石墨烯，將不可能變為了可能，而他的博士生即使用一臺精密的打磨儀器也只能打薄至10微米。不起眼的透明膠帶為蓋姆贏得了2010年的諾獎。

蓋姆的成功并非偶然。早年俄羅斯艱苦的科研環境促使蓋姆形成了善于利用常見的甚至廉價的物品進行科學研究的習慣。他堅信并不是擁有最先進的儀器和最杰出的人才才能做出偉大的科學成果。

物理是“玩”出來的，當然這種“玩”不同于小孩子毫無目的的游戲，這是建立在一定猜想假設和探究模式下的科學探索。對身邊的事物永遠保持好奇心，享受工作，在邊玩邊工作的氛圍中，才能體會探索的樂趣。實驗探究為學生創新思維的發展提供基礎，物理的學習模式應當是邊“玩”邊學，學生借助形象思維能夠對相對抽象的物理概念獲得更為深刻的理解。

三、實驗是物理教學的基礎

物理是一門以實驗為基礎的學科，高中物理教學在對學生知識積累的培養下，同時也應當重視實驗教學。對學生實驗設計和操作能力的培養踐行了課程標準中定義的課程目標，在學生原有知識背景下創設物理情境，提高了學生學習物理的興趣，培養了學生的觀察能力、思維能力、表達能力以及合作交往能力，這是指導學生采用科學方法進行理論聯系實際的實踐過程。

在高中物理教學中融入實驗教學是結合物理學科特點的必要舉措，如何制定合理的實驗教學方案，如何在現有資源條件下最大限度地培養學生科學探究的意識是需要教師在實際教學中予以思考的。

四、我國現行教育制度下高中物理教學存在的問題

新課程改革具體目標其中一大轉變是：“改變課程實施過于強調接受學習、死記硬背、機械訓練的現狀，倡導學生主動參與、樂于探究、勤于動手。”教師是學生學習的引導者，教學的最終目的是指導學生如何學習，勇于探究。

《高中物理課程標準》中對課程性質作了明確表述：“高中物理課程旨在落實立德樹人的根本任務，進一步提高學生的物理學科核心素養，為學生的終身發展奠定基礎。”其中，科學探究是物理核心素養的重要組成部分。

目前高中物理教學普遍存在的一個問題是學生往往能在基礎知識上打下扎實基礎，但缺乏實踐性的科學探究意識。教師在課堂上往往只是完成課程標準規定的教學任務，將知識以定論的方式教授給學生，對于超出課程綱要的部分就不再深究。對于課本上規定的必做實驗，教師一般采用課堂實驗演示，指導學生觀察的方法以提高課堂效率，將知識系統性流程化地傳授給學生，但學生很少有親自參與的機會。這種現有教學模式只是著重訓練了學生實驗探究中的觀察與思考能力，對于實驗設計，實驗操作等方面的培養顯然還不夠到位。

此外，學生在這種模式下的學習局限于對教材知識點的驗證，很多開放性問題教師在教學過程中常常一掠而過，對于學生課后探究的重視程度不夠。高中物理教學中，對于學生科學探究意識和能力的培養是亟待解決的問題。

五、原因分析

針對我國高中物理教學存在的問題，本文主要從教育模式和國情進行分析：

（1）高考對學生掌握一定量知識的需求

高考是我國選拔人才的重要途徑。高考的選拔性導致其對于考生知識掌握程度和數量都有一定的要求。為了適應高考的知識性要求，教師在高中物理教學中一般知識傳授與反復練習，側重訓練學生對陳述性知識的理解掌握，而對于實驗設計、科學探究方面的培養和訓練由于課時有限經常不能得到合理的安排。

（2）傳統教學模式的束縛

目前很多高中物理教師還無法適應新課改提出的由充當學生知識的傳授者轉變為學生學習的引導者這一發展要求。學生的思維活動受傳統教學模式的制約效果仍舊很明顯，對于科學探究、團隊合作等全新的學習方式無法快速接納。教師在引導學生進行有效科學探究方面的訓練依舊薄弱，教師的教與學生的學還無法在課程改革這條路上擰成合力。

（3）教育資源的地區性差異

很多實驗需要配置相應的教學儀器，部分地區由于教育資金匱乏，學校不具有購買這類設備的能力，區域間資源配置不均衡會導致部分區域忽視物理學科的實驗教學。

六、低成本實驗為物理教學科學探究意識的培養提供可能

針對前文提到的傳統教學模式束縛及資源空間分配不均問題，教師如何巧妙運用身邊常見的物品進行低成本實驗，如何妥善引導學生自行設計低成本實驗，最大程度發揮他們的創新思維，需要在物理教學過程中予以重視和實踐。

教師在設計開發或指導學生操作低成本實驗時，可以利用自制器具、自組物件、借用器具或者利用人的親身感受的方法。在進行低成本實驗設計時，需要注意以下幾點：

（1）科學的實驗原理，明確的實驗目的

教師在進行低成本實驗前，需面向學生進行實驗原理的講解，使學生明確物理觀念;同時教師要介紹相應的實驗目的，使學生在實驗觀察時具有指向性。在進行實驗操作時，教師要與學生加強互動，不斷地提出問題鍛煉學生的思維能力，有條件的話可以讓學生參與實驗。

（2）實驗現象盡可能明顯

低成本實驗所采用的器材一般都是取材于生活，精度普遍較差，如果實驗設計不當完全有可能觀察不到實驗現象。教師在進行實驗設計時，應當注意在保證實驗原理的基礎上使得實驗現象便于觀察。例如在進行摩擦力演示實驗時，采用傳統的彈簧測力計拉動小木塊讀取示數的方法學生難以看清測力計的示數，如果利用生活中常見的毛刷，同樣在桌上進行拉動，學生便很容易根據刷毛的形變程度直觀感受到靜摩擦或者滑動摩擦力的大小。

（3）實驗演示操作中盡可能避免引起學生誤解的舉動

教師在進行實驗操作時要對學生講清楚每一步操作的意義，避免干擾因素影響學生的認知結構。例如利用密封的瓶子自制氣壓計探究溫度的影響作用時，需要雙手握住瓶體，觀察插入瓶中吸管液柱高度的變化。教師應當選擇不易發生形變的瓶子以及避免在握住瓶身時對瓶身進行擠壓，使得學生僅僅關注體積變化而忽略溫度變化造成的影響。

（4）鼓勵學生設計，制定多元評價標準

由于新技術的發展，傳感器等較為先進的設備逐漸引入中學實驗室，大大提高了實驗數據的精度，簡化了學生分析數據的步驟，對于學生能夠準確形象地建立物理觀念有很大的幫助。但是，借助這些高精度的儀器在一定程度上卻限制了學生的思維空間，對學生創新思維的培養沒有很大的幫助。學生設計低成本實驗能夠開拓思維能力，培養創新意識，同時在進行實驗操作、現象觀察時也可以訓練科學探究能力。

根據課程標準的要求，對學生科學探究方面能力的評價應當是多元化的。鼓勵學生進行低成本實驗為從多方面、多角度評價學生提供了一種合理的方案。科學探究分為三個要素：問題要素、證據要素和解釋要素。學生結合具體的問題情境制定實驗方案體現了問題要素的具體行為，考察學生思維能力和探究能力;小組合作采取拍攝測量等手段記錄實驗數據并進行數據分析體現了證據要素的具體行為，考察學生的觀察能力和合作意識;結合數據分析解釋實驗現象體現了解釋要素的具體行為，考察學生的邏輯推理能力和語言表達能力。

綜上所述，中學物理教學中低成本實驗的開展為培養學生科學探究意識、創新思維能力以及教師多元評價學生的物理核心素養提供了合理途徑。

七、結語

學生科學探究意識的培養應當在高中物理教學中予以重視。課程標準明確指出對于學生物理核心素養的培養應當是多元化多層面的，科學探究是其中不可或缺的一部分。結合我國目前的教學模式和國情，低成本實驗彌補了教育資源地區性差異的缺陷，同時也將物理課堂延伸到學生的平時生活，拓寬了學生的思維水平，真正實現了能夠邊“玩”邊學的物理趣味性學習模式，體現了新課程改革中改變學生學習方式的核心思想。

參考文獻

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作者簡介

華沁怡，1999年10月出生，女，漢族，江蘇無錫人，本科在讀，南京師范大學教師教育學院，研究方向：物理教育

陳心豪1999年1月出生，男，漢族，江蘇蘇州人，本科在讀，南京師范大學計算機科學與技術學院，研究方向：計算機科學與技術