基于科學思維方法的高中物理實驗復習大單元教學方案的實踐策略

岳寶良

【摘 要】《普通高中物理新課程標準》要求通過課堂教學形式的改革落實物理學科核心素養，在高中物理實驗復習中采用大單元教學形式，是對新課程下的物理教學形式的探索。為緩解一線教學中復習課時緊張，改善實驗復習課的效果，更好地在復習課中落實核心素養，本文基于科學思維方法，構建高中物理實驗復習大單元教學的理論框架，結合高中物理實驗復習大單元教學形式的概念、原因，提出了幾點設計策略，為高中物理實驗復習教學形式提供參考。

【關鍵詞】科學思維方法;高中物理;實驗復習;大單元教學設計

“科學思維”一詞在《普通高中物理課程標準》（2017年版2020年修訂）一書中出現37次，科學思維是物理學科重要的核心素養之一，是物理學業水平考試的重要考查點，發展學生的科學思維能力是重要的教學目標之一。在《中國高考評價體系》一書中指出：“思維方法”是認知加工的關鍵構件，“科學思維”是其重要的指標之一。學科核心素養呼喚大單元教學設計，指向學科核心素養的大單元設計是學科教育落實立德樹人、發展素質教育、深化課程改革的必然要求，也是學科核心素養落地的關鍵路徑。

一、科學思維方法在高中物理實驗復習大單元教學中的作用

（一）提升高中物理實驗復習的教學效率

傳統的物理實驗復習課，大都是先復習基本器材的使用，然后按力、熱、電、光等幾部分實驗逐一復習。先是觀看實驗錄像，講解實驗原理、實驗器材、實驗操作、數據處理、誤差分析，接著是例題分析和鞏固練習等環節，最后開放實驗室，讓學生有選擇的去動手實踐。這樣一來，復習課與新授課幾個環節大體相同，所不同的是會拓展一些習題。有的老師稍稍分類，按測量型、驗證型、探究型、操作型等分幾個板塊進行，但具體到每一個實驗的復習還基本是原有的幾個環節，只是做了簡單的歸類，更換了一下復習順序。

基于科學思維方法的高三物理復習大單元教學設計，以發展學生科學思維能力為出發點，整合實驗課中的科學思維方法，思考“學習”的設計，策劃學生參與學習的“學案”，從更高層面重新認識原來的學習內容，將物理學科核心素養具體落實到高三實驗復習課中，可以有效提高實驗復習教學效率，增強復習效果。

（二）鍛煉和提升學生的物理實驗能力和水平

從整體視角、科學思維方法的視角進行大單元教學設計，打破各實驗之間的界限，并改變過去對演示實驗復習關注度不夠的現狀。圍繞物理學科核心素養的教學目標要求，以科學思維方法為主線，進行實驗復習大單元教學設計，將科學思維能力的培養貫穿于物理實驗復習教學活動的全過程，通過實驗復習課的改進，使學生在科學思維、探究能力、實驗能力等方面有效提升，促進學生學業質量水平的提高。

（三）強化高中生物理思維促進核心素養發展

科學思維方法和高中物理實驗復習課的結合，有助于培養學生解決實驗問題的思維能力，對于實驗問題能夠提取有效信息，合理處理實驗信息，快速高質量地完成實驗任務，有助于進一步提升學生的質疑能力、分析能力、探究能力、歸納總結能力和實驗設計能力，能夠在最大程度上提升學生的核心素養水平。

二、基于科學思維方法的大單元教學形式的概念、原因

（一）大單元教學形式的概念分析

什么是大單元教學形式？簡單來說，就是將相關聯的知識整合到同一個單元中進行教學。而基于科學思維方法的大單元教學，它是根據新課程改革培養學科核心素養的要求，依據科學思維方法，對傳統實驗的重新整合的過程。在大單元教學形式下，學生將會對同一類思維方法有深刻的體會。同時，教師的教學安排、單元教學目標、教學單元評價也會發生相應的變化，能夠幫助學生完成大單元學習目標。

高中物理實驗復習大單元教學形式，是在大單元教學形式的基礎上，衍生出的一種新的實驗復習教學形式，依據科學思維方法，對實驗內容“化零為整”。

（二）實施實驗復習大單元教學形式的原因

大單元教學形式在物理實驗復習教學中的應用，一方面是“以生為本”教學思想的要求，另一方面也可以提升物理實驗復習的教學效果。在新課程背景下，教師的教學思想、教學形式都獲得了較高的自由性，可以讓教師依據教學內容，結合學生能力，選擇適合學生學情的教學形式，從而達到提升學生學習能力、思維能力的目的。物理實驗復習大單元教學形式的開展，不僅可以實現物理實驗的組合復習，也可以從科學思維方法的角度讓學生對物理實驗問題的解決有更深層次的理解，幫助學生將復習階段轉化為核心素養的提升階段。

三、基于科學思維方法的高中物理實驗復習大單元教學方案的實踐策略

（一）物理實驗大單元教學實踐策略

在高中物理實驗復習課中，大單元形式的應用可以概括為“三階段”和“九環節”。課前階段：任務清單—自主復習—小組合作;課上階段：成果交流—總結歸納—達標檢測;課后階段：糾錯夯實—鞏固提升—實戰測試。通過九個環節，不僅可以讓學生對實驗內容、原理、方案設計、儀器使用、誤差分析等有深刻的理解，還可以從科學思維方法的角度讓學生對實驗有更高層次認識，從而有效提升學生實驗能力。

（二）以科學思維方法為主線，劃分實驗復習單元

在高中物理實驗復習過程中，如何減少復習課時，降低復習量，提升復習效率，長期困擾著一線教師。在采用大單元教學形式下，教師可以依據科學思維方法主線劃分成：描跡法單元、轉換法單元、外推法單元、控制變量法單元、等效法單元、放大法單元、圖像法單元、理想化法（近似法）等，指導學生復習，可以有效地解決實驗復習課時緊和復習效果不理想的現狀。

例如，留跡法單元的復習，可以通過九環節教學形式，對高中物理各類留跡法、留跡的方式進行全面歸納總結，再現實驗情景。如用通過擺動的漏斗漏出的細沙落在勻速拉動的硬紙板上，從而記錄下各個時刻擺的位置，描繪單擺的振動曲線;用打點計時器記錄物體位置及所對應的時刻;用閃光照相記錄自由落體運動的軌跡、平拋運動小球的位置;用示波器觀察交流信號的波形;利用碰撞實驗器驗證動量守恒實驗中用復寫紙、白紙記錄小球落點位置;利用云室對高能粒子研究;在陰極射線管和洛倫茲力管中電子徑跡的顯示;油膜法測分子直徑實驗中利用痱子粉清晰顯示油膜邊緣輪廓等。具體留跡的方式可歸納為：直接留下記號、利用復寫紙留跡、利用運動體本身或性質留跡、利用照相底片留跡和利用信號記錄技術留跡等。為了拓寬學生視野，還可以把留跡法這種物理實驗中常用的方法，延伸應用到實際生產生活中，例如：X射線機、超聲檢測、胃鏡、CT機、核磁共振等，都可以通過一定的方法將物（人）體內部的相關信息打印出來。通過大單元的學習，使學生不僅熟練掌握留跡法在已知實驗中的應用，還能夠將這種思想方法遷移到解決未知問題上。從教學實踐來看，在很大程度上提高了教學效果。

再如：在外推法單元中，可以利用任務清單，通過自主歸納和小組互補方式，讓學生對高中教學內容中所涉及的外推法進行全面總結，并讓學生體會外推法在科學研究中的重要作用。如胡克定律探究中由彈簧伸長外推到壓縮情形、伽利略自由落體的研究中由斜面實驗外推到自由落體情形，理想斜面實驗中逐漸外推到斜面水平情形、利用地球表面平拋或把地球視為巨大拱形橋外推到近地人造地球衛星情形、電源電動勢和內阻的實驗數據處理中外推到電源斷路和短路的情形、利用等容線或等壓線外推出絕對零度等。

又如：在現象、變化、待測物理量十分微小的情況下，經常采用放大法，可以將高中物理實驗所涉及的光學放大、機械放大、積累放大（包括時間積累和空間積累）、電磁放大等方法，設計成一個大單元學案，提升學生實驗復習效果。

（三）與其他形式的大單元專題有機結合，完善實驗復習內容

任何一種教學形式都不是萬能的，有一定局限性，以科學思維方法為主線的大單元教學復習，不能將所有實驗復習內容羅列其中，因此，補充設計基本儀器使用單元、電阻測量單元、定值電阻運用單元等，與科學思維方法為主線的大單元有機結合，相互補充，以全面提高學生實驗能力和科學思維品質。

四、結束語

在新課程改革背景下，高中物理實驗復習采用以科學思維方法為主線的大單元形式教學，對復習課中如何提升學生核心素養進行了有益探索，提高了學生的科學思維能力和實驗能力，有效促進了學生核心素養的發展。為進一步全面培養學生的學科核心素養，提高學生學業質量水平，筆者將嘗試把大單元教學形式推廣到理論復習環節中，探索高中物理復習課堂教學的轉型。

任何一種教學形式都遵循“計劃—行動—反饋—反思—調整”這一循環往復的研究過程，在課堂教學中進行反復實踐，不斷地修訂和完善。這樣的過程正是教師修煉自己的教學行為、提升教學藝術和教育智慧的過程。

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【本文系河北省教育科學研究“十三五”規劃一般課題《基于科學思維方法的高中物理實驗復習大單元教學實踐研究》（課題編號：2004240）的階段性研究成果。】