核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探究

摘 要：核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的必備品格和關(guān)鍵能力，物理是基于實(shí)驗(yàn)的重要基礎(chǔ)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是開(kāi)展物理教學(xué)的主要方式和形式。本文結(jié)合實(shí)例探討了核心素養(yǎng)導(dǎo)向下如何通過(guò)高中物理演示實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)和課外實(shí)驗(yàn)的教學(xué)來(lái)有效提升學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);能力培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，受到“應(yīng)試教育”理念的影響，教師往往不夠重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。一些教師認(rèn)為各種實(shí)驗(yàn)是浪費(fèi)時(shí)間，因此直接忽視它們;一些教師保留了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是基本主導(dǎo)了從理論教學(xué)到實(shí)驗(yàn)操作的整個(gè)過(guò)程，學(xué)生只是在已經(jīng)知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況下按部就班地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并盲目被動(dòng)地接受結(jié)論。實(shí)際上，物理實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、設(shè)計(jì)、探究、實(shí)踐和創(chuàng)新等綜合能力所起到的關(guān)鍵作用是其他教學(xué)方式無(wú)法替代的。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的輕視將無(wú)法很好地為學(xué)生構(gòu)建科學(xué)思維，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力不能在自主實(shí)驗(yàn)中得到激發(fā)和培養(yǎng)。

物理核心素養(yǎng)是指學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中形成的正確的價(jià)值觀念、基本技能和關(guān)鍵能力，主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面，其中“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，“科學(xué)探究”主要包括問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流等要素[1]。對(duì)于物理學(xué)科而言，依托物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重視對(duì)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力的培養(yǎng)，是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)更加重視演示實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、課外實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生理解物理概念、規(guī)律的形成過(guò)程，構(gòu)建科學(xué)思維，掌握科學(xué)探究方法，提升實(shí)驗(yàn)探究能力。

一、重視演示實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析能力

演示實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的首要且重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師邊實(shí)驗(yàn)、邊講解，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生對(duì)于新知識(shí)的興趣，使學(xué)生積極地進(jìn)行自主思考。如果演示實(shí)驗(yàn)?zāi)茉O(shè)計(jì)得生動(dòng)有趣，就會(huì)對(duì)學(xué)生有很強(qiáng)的吸引力，并極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如，在“力的分解”中講授“利用小力產(chǎn)生大力”的原理時(shí)，可以設(shè)計(jì)“用刀劈木柴”的實(shí)驗(yàn)：事先準(zhǔn)備幾塊同樣的木塊，讓學(xué)生選用不同的刀具（刀、劍和斧頭等）來(lái)劈開(kāi)它們，接著讓學(xué)生上臺(tái)動(dòng)手操作，并在實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)斧頭確實(shí)是最好用的，最后引導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出力分解的示意圖并解釋原因。接下來(lái)還可以設(shè)計(jì)一個(gè)用橡皮筋掛鉤碼的實(shí)驗(yàn)：將鉤碼掛在一根彈性很好的橡皮筋的中間，然后依次加大橡皮筋兩端的距離（緩慢地由兩端重合到橡皮筋幾乎被拉直），也就是增大兩分力的夾角，讓學(xué)生觀察橡皮筋的長(zhǎng)度變化。學(xué)生能很直觀地看到橡皮筋長(zhǎng)度不斷變長(zhǎng)的現(xiàn)象，進(jìn)而理解“合力一定時(shí)，大小相等的兩個(gè)分力間的夾角越大，分力也越大的特點(diǎn)”。

又如，在講授“波的形成”時(shí)，教師先請(qǐng)一位學(xué)生上臺(tái)緩慢搖動(dòng)橫波演示器的手柄，并用問(wèn)題引導(dǎo)其他學(xué)生認(rèn)真觀察現(xiàn)象，如：“波動(dòng)過(guò)程中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)是如何運(yùn)動(dòng)的？”“各個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)同步嗎？”“先運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)與后運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)形式一樣嗎？它們有聯(lián)系嗎？”“波動(dòng)過(guò)程到底傳遞的是什么？”“停止搖動(dòng)手柄，同學(xué)看到的各質(zhì)點(diǎn)位置連線是什么形狀？不同時(shí)刻形成的形狀相同嗎？”等等。學(xué)生對(duì)波的形成的理解需要過(guò)程，所以演示中要舍得花時(shí)間，不斷重復(fù)操作，這樣將抽象問(wèn)題具體化，可以提升學(xué)生的空間想象力，培養(yǎng)學(xué)生的抽象科學(xué)思維能力。

在演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中，邀請(qǐng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)不但可以調(diào)動(dòng)課堂氣氛，而且可以讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，積極開(kāi)動(dòng)腦筋思考，在分析和解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過(guò)程中達(dá)到讓學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)以及培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究意識(shí)的目的，從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

二、增加設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的設(shè)計(jì)推理能力

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是教師為達(dá)到特定教學(xué)目的，給定實(shí)驗(yàn)要求和條件，讓學(xué)生通過(guò)所學(xué)知識(shí)自行設(shè)計(jì)方案，然后去完成的實(shí)驗(yàn)。教學(xué)實(shí)踐證明，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)提升學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和推理能力有重要作用，它能夠引導(dǎo)學(xué)生使用科學(xué)的方法篩選、收集有利信息，并鍛煉學(xué)生解決問(wèn)題的能力。平常教學(xué)中教師可以根據(jù)實(shí)際情況增設(shè)一些簡(jiǎn)單易行的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合理論大膽動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[2]。

比如，在“磁生電的探索”教學(xué)中，教師可以用一系列問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚纾骸袄么艌?chǎng)如何產(chǎn)生感應(yīng)電流？”“如果導(dǎo)體棒不切割磁感線能否產(chǎn)生感應(yīng)電流？”“不切割磁感線回路產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因是什么？”“感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是什么？”等。然后教師讓學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膩?lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最后教師可以請(qǐng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行演示并分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論。起初學(xué)生設(shè)計(jì)的方案可能是五花八門(mén)的，這就要求在設(shè)計(jì)過(guò)程中教師要不斷通過(guò)問(wèn)題進(jìn)行引導(dǎo)，如;“為什么要這樣設(shè)計(jì)？”“這樣設(shè)計(jì)有什么優(yōu)點(diǎn)？”“如果不這樣設(shè)計(jì)，還有沒(méi)有其他方法？”等，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案不斷進(jìn)行修正，得出最佳方案，最后一起討論并總結(jié)得出電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，是讓學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)要求、結(jié)合理論知識(shí)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材、對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的不足及時(shí)進(jìn)行糾正，并分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過(guò)程。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師引導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生逐個(gè)解決面對(duì)的問(wèn)題體現(xiàn)了“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)原則[3]，通過(guò)這樣的方式能夠有效訓(xùn)練和提高學(xué)生的收集信息能力、推理分析能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)證據(jù)意識(shí)和批判性思維。

三、落實(shí)分組實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生的協(xié)作探究能力

分組實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒉襟E，依次安裝或連接實(shí)驗(yàn)裝置，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理總結(jié)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)課堂因教師“一言談”而顯得有些沉悶、枯燥，分組實(shí)驗(yàn)可以打破這種沉悶，促進(jìn)學(xué)生之間的交流，活躍課堂氣氛。

比如在“研究單擺的周期”的教學(xué)中，教師先通過(guò)演示讓學(xué)生猜想其影響因素可能有擺長(zhǎng)、振幅、擺球質(zhì)量、重力加速度等等，接著讓學(xué)生利用控制變量法分組探究影響單擺周期的各種因素，探討實(shí)驗(yàn)方案。在進(jìn)一步研究“周期與重力加速度g的關(guān)系”時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生討論并嘗試用磁鐵模擬地磁場(chǎng)進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師還可讓學(xué)生在組內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行分析討論，提出針對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)措施和具體建議，并進(jìn)行小組間的相互交流、經(jīng)驗(yàn)分享，實(shí)現(xiàn)各組之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

在分組實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生之間分工合作、各抒己見(jiàn)，這有助于營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍，增強(qiáng)集體意識(shí)。同時(shí)，組內(nèi)成員還可以在交流過(guò)程中積極思考、相互學(xué)習(xí)，從而更加熟練地掌握理論知識(shí)和所需技能。分組實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力、總結(jié)能力和思維能力，還能通過(guò)組內(nèi)外的互助和督促使學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

四、創(chuàng)設(shè)課外實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

課外實(shí)驗(yàn)是對(duì)物理課堂教學(xué)的有效的補(bǔ)充和擴(kuò)展。物理課后，學(xué)生有時(shí)會(huì)有種“意猶未盡”的感覺(jué)，課外實(shí)驗(yàn)則可繼續(xù)滿足學(xué)生的好奇心，進(jìn)一步提升學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣和獨(dú)立思考的能力。

比如，在學(xué)習(xí)了“力的平行四邊形定則”之后，教師可以讓學(xué)生回家用硬紙板或木板條等材料自制一個(gè)平行四邊形模型，去探究“合力的大小和方向隨原來(lái)兩個(gè)分力夾角的變化將如何改變？”“兩個(gè)共點(diǎn)力的合力的取值范圍如何？”“夾角取特殊值時(shí)，合力如何計(jì)算？”等;第二次上課時(shí)，教師可以讓學(xué)生上臺(tái)展示自制的模型并利用它匯報(bào)探究成果，在匯報(bào)過(guò)程中，教師還可以與學(xué)生交流，對(duì)不同的模型進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)。這樣學(xué)生通過(guò)自制模型、上臺(tái)展示和比較分析，將能更加熟練地應(yīng)用平行四邊形定則思考和解釋日常生活中的實(shí)際問(wèn)題。

又如，在學(xué)校科藝節(jié)活動(dòng)中，高中物理組可以組織一個(gè)名為“摔不破的雞蛋”的有趣活動(dòng)。活動(dòng)前先公布活動(dòng)內(nèi)容和比賽規(guī)則：提供生雞蛋一枚，各組自制道具，讓生雞蛋從不同高度下落而不破，高度最高者獲勝。活動(dòng)評(píng)出一、二、三等獎(jiǎng)，并發(fā)放獲獎(jiǎng)證書(shū)和獎(jiǎng)品。教師組織各班同學(xué)推選代表組隊(duì)報(bào)名并發(fā)放生雞蛋，讓學(xué)生回家研究方案，制作作品。科藝節(jié)時(shí)各組學(xué)生帶著自制的五花八門(mén)的作品前來(lái)參賽。隨著發(fā)令老師的口號(hào)，各式各樣的“雞蛋”作品紛紛從二層樓落下，然后再?gòu)娜龑印⑺膶印⑽鍖印来吾尫牛荣愔袇①愓邆€(gè)個(gè)斗志昂揚(yáng)，各班的拉拉隊(duì)和觀眾們也興致勃勃，人群中不時(shí)爆發(fā)出一陣陣歡呼聲，場(chǎng)面非常壯觀。通過(guò)這樣的開(kāi)放的活動(dòng)，同學(xué)們能親眼看到平常非常容易摔破的雞蛋在各種巧妙的包裝下變得“堅(jiān)不可摧”。在發(fā)表作品介紹時(shí)，同學(xué)將嘗試用物理動(dòng)量定理等知識(shí)解釋原因。這個(gè)活動(dòng)是物理課堂教學(xué)的延伸，它讓學(xué)生從動(dòng)手操作的實(shí)踐中獲得物理知識(shí)，從思想深處感知、理解物理知識(shí)，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

物理課外實(shí)驗(yàn)不受到課時(shí)時(shí)間和教室空間的限制。教師通過(guò)合理地布置課外物理實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生更加善于發(fā)現(xiàn)并利用身邊的資源，并在安全的前提下設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自制教具、觀察現(xiàn)象。這一過(guò)程趣味性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便，貼近生活實(shí)際，能使學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力得到提升，并對(duì)抽象的物理規(guī)律有更加深入的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣和科學(xué)探究意識(shí)，真正實(shí)現(xiàn)“從生活走向物理”的課程理念[4]。同時(shí)，課外實(shí)驗(yàn)也是對(duì)課本知識(shí)的拓展，將課本理論知識(shí)付諸課外實(shí)踐，也能讓學(xué)生明白“知識(shí)源于課本，但高于課本”的道理。

在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，物理教學(xué)不再是單純地傳授課本知識(shí)，而是應(yīng)該更加注重培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。本文結(jié)合具體例子分析了各類物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)并提出了相應(yīng)的教學(xué)策略。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師需要不斷提升自己對(duì)于核心素養(yǎng)的理解，并做到：注重演示實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，落實(shí)分組實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)課外實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)對(duì)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。教師還應(yīng)進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立正確的科學(xué)態(tài)度，勇于承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，逐步擁有社會(huì)發(fā)展所需要的品格和能力。依托實(shí)驗(yàn)教學(xué)，積極培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，將有助于提升學(xué)生的綜合能力，最終使他們成為國(guó)家、社會(huì)所需要的有技術(shù)、有能力、有素質(zhì)的人才。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：余愛(ài)珍（1972-），女，福建莆田人，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)方面的研究。