核心素養視域下高中物理探究性實驗教學的開展

鄭培

隨著素質教育的不斷深入，高中物理實驗教學應當響應新課標的要求，改變以理論為主的教學模式，著重培養學生的核心素養。教師需要立足于探究性實驗教學，鍛煉學生的創新實踐能力。在核心素養視域下，高中物理學科的探究性實驗教學應當針對培養學生的物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任。這對于激發學生的物理學習興趣、拓展物理學科的教學深度均具有重要意義。

一、核心素養視域下高中物理探究性實驗的教學要點

（一）保證實驗教學的直觀性

在高中階段，學生的學習思維正由感性向理性的方向轉變。如果學生接觸的實驗內容過于晦澀難懂，將很難引起學生的學習興趣。因此，物理教師在組織探究性實驗時，應當保證實驗教學的直觀性。針對這個目標，教師需要做到以下幾點要求：

首先，教師在演示物理實驗時，應當剔除掉某些不必要的操作，盡量讓整個實驗過程顯得簡潔、清晰。這需要教師規范實驗過程，不在實驗中無意識地做一些小動作。否則，學生很容易被一些無關緊要的行為迷惑，從而影響到學生的實驗探究效率。

其次，探究性物理實驗應當突出一些亮點，能與學生的固有認知建立沖突，在學生的內心留下強烈的印象。比如，在實驗中展現出一些學生想象不到的震撼場面。正如前文所言，高中生的物理思維雖然逐漸向理性的角度發展，但還是會受到感性思維的影響。因此，通過探究性實驗的結果給予學生強烈的感官刺激，可以有效調動學生的學習動力。

其三，實驗的結論切記不要模棱兩可，盡量要以成功為主。即使實驗過程出現紕漏，也要與最初的實驗研究目標建立一定的聯系，能讓學生從實驗中得到一定的學習收獲。

（二）保證教學介入的適度性

在高中物理探究性實驗教學中，學生應當作為教學主體，親身參與到探究實踐的過程之中，這需要教師將實驗學習的主動權放給學生。在此過程中，教師應當控制好教學介入的尺度。

首先，教師不宜介入太深。比如有些教師習慣事無巨細地指導學生，對學生每一個實驗環節都要過問。在這種情況下，學生的實驗探究將會束手束腳，深受教師的影響。長此以往，學生甚至會成為教師手中的牽線木偶，向師云亦云的方向發展。因此，教師不應擔憂學生出錯，而是要給學生預留獨立思考的余地，引導學生從錯誤中反思、改正，這樣才能有效培養學生的物理核心素養。

其次，教師不宜完全放權。相對于一些事無巨細的教師，個別物理教師走向了另一個極端。在探究性實驗教學中，這類教師干脆對學生的探究過程不聞不問，只關注學生最后的實驗結果。當學生在實驗中遇到難題，因為無法得到教師的及時幫助，而嚴重影響到了探究學習的效率。此外，個別學生的學習自制力較差，在實驗中會出現走神的行為。如果教師完全放任不管，沒有做好監督工作，同樣對學生的實驗探究學習極為不利。

（三）建構嚴謹的知識體系

學習物理如同建造一座高樓，需要從地基開始不斷夯實，逐層逐級的慢慢堆砌。因此，在探究性實驗教學中，物理教師應當將新知與舊知聯系在一起，建構出嚴謹的知識體系。這可以幫助學生形成良好的物理觀念，激活科學思維。除此之外，良好的知識體系也有助于拓展實驗教學的范圍，幫助學生從課本走到現實生活，將生活元素與物理知識聯系在一起。由此，不僅打開學生的學習視野，也能激活學生的“STSE”理念，對學生“學科態度與責任”的成長大有裨益。

（四）鼓勵學生勇敢創新

高中生在物理探究實驗的過程中往往會墨守成規、不知變通。教師應當讓學生了解到教材中的物理實驗步驟并非金科玉律，學生可以對實驗過程大膽批判、勇敢創新。如果學生固步自封，將教師演示的實驗過程作為標準答案，只是盲目地進行照搬照抄，那么探究性實驗就等同于形式主義，學生的實驗探究相當于重新模仿了一遍最基本的實驗流程，這明顯不利于學生核心素養的形成。因此，教師應當引導學生主動設計實驗，改進實驗細節，選擇更為合理的器材，以活躍學生的物理思維，提高學生的學習自信。

二、核心素養視域下高中物理探究性實驗的教學策略

（一）構建生活情境，培養物理觀念

所謂物理觀念，指人們充分理解物理規律之后，在腦海中形成某種有關物質、能量、運動的認知觀念，比如相互作用觀念、能量觀念等等。想要在物理實驗教學中培養學生形成物理觀念的核心素養，教師需要基于直觀性原則，在演示的過程中創設引人入勝的教學情境，從而完成抽象建模，讓學生結合物理模型來加深對重難知識點的理解。對此，教師可以引入生活元素，利用學生熟知的生活事物來設計實驗，將重要的物理知識演示出來。這樣不僅能加強物理與生活之間的聯系，也能激發學生的探究學習欲望。

比如，教學“內能轉化成機械能”的知識點時，教師可以拿出一個學生在生活中隨處可見的空塑料瓶，將瓶蓋擰緊，然后用力擠壓瓶子中間部分，將其壓癟。最后，輕輕擰松瓶蓋之后，學生會發現瓶口出現響亮的聲音，瓶蓋在某種作用力下飛出去很遠。同時，瓶口產生了許多輕微的白霧。這個實驗的過程簡單、現象突出，有許多可以探究學習的切入點。比如產生白霧的原因，讓瓶蓋飛出去的作用力是什么等等。通過這個實驗，也能為學生直觀構建出“能量轉化”的模型，有效強化學生的物理觀念。

（二）引入思考問題，激活科學思維

所謂科學思維，是學生從物理視角來分析事物、了解其本質的屬性有什么樣的內在規律，以及事物與事物之間的相互關系等等。在了解的過程中，學生需要完成分析、推理、論證、總結等思考的過程。換言之，想要通過高中物理探究性實驗激活學生的科學思維，教師需要結合問題，引導學生深入思考。通過學生的好奇心來增加其自主學習的內驅力，充分鍛煉學生的物理思維。

在探究性物理實驗教學中，教師所提的問題包含六大要素：實驗控制的對象是什么？實驗測量的對象是什么？實驗改變了什么？以及如何控制、如何測量、如何改變。例如探究加速度與物體質量、物體受力之間的關系的物理實驗，以往的實驗模型如圖一所示，需要學生將小車放置在傾斜的軌道上，通過改變托盤上的砝碼來調整小車質量的大小，用打點計時器來獲取不同的實驗數據。針對這個實驗，教師可以對學生提問：（1）你認為這個實驗中有哪些不規范的環節？（2）容易產生誤差的實驗環節可以通過其他方法來代替嗎？（3）如果測量的最后數據與預估的結果出現較大的反差，你認為問題有可能會出現在什么地方？由此，通過各種各樣的問題，引導學生對物理實驗進行綜合性的質疑、評價、反思。幫助學生脫離傳統的物理實驗步驟，從更高的層次來分析物理問題。

（三）設計創新方案，加強實驗探究

所謂實驗探究，指學生在提出物理問題之后，從中產生某種猜想。然后針對這個猜想來做出假設，通過物理實驗來收集信息，在推理論證之后，得出最后的結論。因此，當學生通過思考的過程，找出傳統物理實驗中的不足之處時，物理教師需要趁熱打鐵，鼓勵學生按照自己的想法來設計創新的實驗方案，加強學生的實驗探究能力。

例如教學“平拋運動”物理實驗時，教材中的實驗模型通常如圖二所示。教師可以將小球放置在某個木板后面，用小錘敲擊木板，給小球施加一個水平運動的力。也可以讓小球從斜面上自由滾下，在水平方向產生運動的趨勢。但無論哪一種實驗方案，小球都會受到摩擦力或彈力的影響。比如，小球在自由滾下的過程中，出現了彈動的情況，導致實驗結果出現較大的誤差。除此之外，小球下落的速度較快，很難測量數據，還要利用移動設備的頻閃攝影功能來加以錄制。因此，該實驗在器材、條件的要求上均比較嚴格。如果學生能挖掘教材中實驗過程的不足之處，針對性的加以改正，就能有效培養學生的實驗探究核心素養。例如，有學生在教師和同學的幫助下，創新設計了徑跡法，實驗模型如圖三所示，能更為直觀地判斷出平拋運動的軌跡。由此可見，在創新設計物理實驗的過程中，有以下幾點教育價值：（1）豐富了學生實踐、創造的學習經驗，讓學生熟悉了“確定目標——設計方案——完成實驗”的學習過程。（2）通過舊實驗與新實驗的比較，讓學生認識到實驗精確度對實驗結果的重要性，在分析實驗誤差的過程中，體會實踐與理論之間的區別。（3）充分鍛煉了學生的動手能力，幫助學生突破思維的局限性。能跳出小球的框架，通過其他的視角來理解平拋運動，有效培養了學生手腦并用的學習能力。

（四）開展小組合作，培養科學態度與責任

探究性物理實驗是學生不斷挖掘問題、思考問題、解決問題的學習過程，如果學生選擇獨立探究的形式，一旦遇到研究障礙，學生很難迅速找到實驗的突破口。此外，高中階段的物理實驗難度較高，僅憑學生獨自一人，很難面面俱到地照顧好每一個教學環節。因此，教師應當鼓勵學生積極參與到合作學習之中，通過交流和互動來分享彼此的學習心得。在此過程中，不僅能鍛煉學生的合作探究能力，也能培養學生的科學態度與責任感。

首先，教師應當注重因材施教的原則，在合作教學中準確為學生分層。由于高中生的物理基礎、性格特點、學習能力存在一定的差異性。教師可以將學生分為基礎扎實、思維敏捷、動手能力強、成績優秀的學優生，知識基礎和實踐能力比較平庸的中等生，基礎薄弱、動手能力差的學困生，并將三者按照1：2：4的比例分配到同一個實驗小組之中。在開展探究性實驗時，學優生要負責擔任小組的組長，對整個實驗環節進行分析。中等生負責協助學優生，為整個小組的成員分配實驗任務。學困生主要負責學習，汲取學優生和中等生的實踐經驗，認識到自己在實驗思路中的局限性。由此，通過三方的鼎力合作，可以起到以優帶困的合作學習目的。

其次，由于在探究性實驗中，教師會給予學生一定的學習自由，這也意味著物理教師對實驗課堂的掌控力度有所減輕。如果有的學生無心實驗，在臺下做一些小動作，教師很難及時發覺。而通過小組學習，每一名學生都要在組內合作中發揮自己的作用。各個小組的學優生也可以擔任組長的職務，與教師做好銜接交流。一方面在遇到問題時，能將問題總結起來，統一上報給教師，提高教師答疑解惑的效率。另一方面，也能方便教師隨時巡視監督，有效加強學生的實驗學習紀律。

最后，在合作學習之后，教師還可以組織教學評價活動。讓學生通過自評、互評等方式，講一講自己在實驗學習中得到了哪些收獲，組內的成員在合作中有哪些閃光點和不足之處?；蛘叻治鲆幌聦嶒灜h節是否還能有改進的地方，實驗步驟是否存在缺陷等等。最后，教師根據學生的反饋內容，對探究性物理實驗課堂進行全面的改進，做到查缺補漏、精益求精。由此，才能為學生營造出實事求是的教學環境，充分激發學生的科學精神與創新意識。

物理作為一門與生活密切相關的學科，實驗課程的重要性不言而喻?；诤诵乃仞B的要求，開展探究性實驗教學可以打破傳統物理實驗教學模式的局限性，為學生提供更多創新思考、動手實踐的機會。對此，教師需要將實驗課程與生活元素巧妙地結合在一起。鼓勵學生從教材的實驗入手，找出其中的不足，針對性的加以改進，以激發學生的創新實踐意識，提高學生的物理核心素養。