基于能力培養(yǎng)的高中物理實驗教學(xué)策略初探

莊學(xué)謙

摘 要：《2019年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱（物理）》明確指出：高考物理在考查知識的同時注重考查能力，并把對能力的考查放在首要位置。在新高考改革背景下，高中物理實驗教學(xué)應(yīng)以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中物理實驗教學(xué);核心素養(yǎng);能力培養(yǎng);探究性;開放性

隨著新課程改革的深入，核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)成為學(xué)科教學(xué)的重點。文章針對在高中物理實驗教學(xué)中，如何培養(yǎng)學(xué)生的能力，談一下看法。

一、 注重實驗教學(xué)的探究性

實驗教學(xué)是通過創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情景，應(yīng)用實驗思維導(dǎo)圖，設(shè)計探究任務(wù)，實現(xiàn)物理知識發(fā)生過程的重演，并在探究過程中培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力。整個教學(xué)過程符合學(xué)生的認知規(guī)律，可以提高課堂教學(xué)效率。

（一）實驗方向的探究

通過創(chuàng)設(shè)情景，提出問題，進行猜想與假設(shè)，確定實驗探究方向。一般從回顧物理知識入手，從生活實例入手，從演示實驗入手，有針對性設(shè)計問題，創(chuàng)設(shè)探究氛圍，讓學(xué)生明確實驗探究的任務(wù)目標，并讓學(xué)生帶著問題去探究，從而激發(fā)學(xué)生的探究興趣。例如，在“探究共點力的平衡條件”中，采用方法：先回顧二力平衡的條件，接著展示多力平衡的生活實例，然后提出探究任務(wù)：多個共點力作用下物體的平衡條件是什么？又如，在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中，先回顧知識：由牛頓第一定律可知，力是產(chǎn)生加速度的原因，而質(zhì)量是物體慣性大小的量度，引導(dǎo)分析得出：加速度與力、質(zhì)量有關(guān)。接著演示：①大小不同的力拉同一質(zhì)量的小車;②同一力拉不同質(zhì)量的小車。讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，然后提出探究任務(wù)（實驗?zāi)康模何矬w的加速度跟力、質(zhì)量之間存在什么關(guān)系？如何探究？

（二）實驗方案的探究

通過應(yīng)用實驗探究思維導(dǎo)圖，并設(shè)計探究任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生完成實驗方案的探究。如在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中，通過應(yīng)用探究思維導(dǎo)圖：實驗?zāi)康摹鷮嶒炑芯繉ο蟆鷮嶒炘砗头椒ā锢砹康臏y量、實驗控制條件→歸納出實驗的器材、步驟和注意事項，引導(dǎo)學(xué)生進行如下探究活動。

實驗研究對象、實驗原理方法的探究。依據(jù)實驗?zāi)康模O(shè)計探究問題，問題1：本實驗通過研究什么運動來完成？引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建小車（質(zhì)點）在恒力作用下做勻加速直線運動的物理模型，培養(yǎng)學(xué)生物理模型構(gòu)建能力。問題2：研究一個物理量（加速度）與多個因素（力、質(zhì)量）的關(guān)系時，應(yīng)采取的方法？引導(dǎo)得出：本實驗方法為控制變量法，即當力F一定時，探究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系;當質(zhì)量M一定時，探究加速度a與力F的關(guān)系。

物理量測量和實驗控制條件的探究。依據(jù)實驗原理，設(shè)計探究問題：實驗須測量哪些物理量，如何測量？進而形成新的探究任務(wù)：①力的測量：拉力必須是恒力，實驗條件應(yīng)如何控制（即細繩須與長木板平行）？力是指合力，由于摩擦力測量比較困難，實驗中如何消除摩擦力？如何判斷摩擦力已經(jīng)平衡？繩子的拉力是否等于所掛重物的重力？要使兩力近似相等，應(yīng)滿足什么條件？②加速度的測量（打點計時器）。③質(zhì)量的測量（天平）。通過引導(dǎo)學(xué)生交流討論，得出科學(xué)的實驗探究方案。最后歸納出實驗的器材、步驟和注意事項等。本環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)目標：實驗操作能力、科學(xué)探究能力、并掌握近似法（繩子拉力近似等與鉤碼重力）和平衡法（平衡摩擦力）等實驗探究方法。

（三）實驗數(shù)據(jù)分析處理的探究

實驗數(shù)據(jù)處理的常用方法有：列表法、比較法、公式法（含逐差法、平均值法）、圖像法、分析歸納法等。如在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中，應(yīng)用“圖像法”處理數(shù)據(jù)，即做出a-F圖像和a-1M圖像，在做圖過程中，設(shè)計如下探究任務(wù)：①做圖的步驟（建坐標→描點→連線）。②坐標的建立（包括標度、自變量和因變量等的選取）。③數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建：找出物理量間函數(shù)關(guān)系，明確圖線中截距和斜率的物理意義。④圖線化曲為直。本環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)目標：科學(xué)探究能力、綜合分析能力、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的能力、并掌握實驗數(shù)據(jù)處理的方法。

（四）實驗的反思與評價

1. 引導(dǎo)學(xué)生對實驗原理方法、實驗過程和實驗結(jié)論進行反思討論，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗誤差分析（分別從系統(tǒng)誤差和偶然誤差兩方面進行），進一步深化學(xué)生的實驗知識。例如，在“驗證機械能守恒定律”中，提出問題：由于實驗中存在摩擦阻力，動能的增加量ΔEk與重力勢能減小量ΔEP，哪一個比較大？引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論：ΔEk<ΔEP。

2. 以“實驗探究過程”為問題背景，設(shè)計實驗思考題，引導(dǎo)學(xué)生交流討論，從而對實驗知識進行拓展提高。例如，在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中，設(shè)計如下題目：某同學(xué)在實驗中作出的a-F圖像如圖所示，請分析原因。引導(dǎo)探究：①圖像截距的物理意義和產(chǎn)生原因（沒有平衡摩擦力）？②列出實驗真實公式，對小車，得F+Mgsinθ-f=Ma，公式變形可得a=1MF+1M（Mgsinθ-f），對應(yīng)數(shù)學(xué)模型為一次函數(shù)y=kx+b，截距在縱軸上，則Mgsinθ>f，得出結(jié)論：長木板傾角過大。本環(huán)節(jié)的能力培養(yǎng)目標：綜合分析能力、構(gòu)建數(shù)學(xué)模型能力、交流合作能力。

二、 注重實驗教學(xué)的開放性

高考實驗考題以設(shè)計性和探究性實驗為主，側(cè)重于對實驗原理和方法遷移的考查，側(cè)重于與科技、社會生活的聯(lián)系，注重對考生實驗操作能力、實驗探究能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)思維方法的考查。開放性實驗教學(xué)，通過創(chuàng)造多維探究任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生多角度思考問題，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習能力、科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力。

（一）實驗方案的開放性

1. 改進實驗原理，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

鼓勵學(xué)生對課本的實驗方案進行質(zhì)疑，分析實驗誤差，設(shè)計實驗的改進方案。例如，在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中，實驗裝置如圖，把繩子拉力F近似等于懸掛鉤碼的重力mg（實際F