高中物理實驗探究情境的創設和實踐

盧藝惠

摘? ?要：隨著新高考改革的深入，落實學生的學科核心素養，培養學生關鍵能力顯得猶為重要。教學實踐表明開展實驗探究活動，是培養學生物理思維和創新能力的重要教學形式。如何有效進行實驗探究，首先要解決的問題就是創設科學合理的探究教學情境。教師有目的分步驟地引導學生透過現象看本質，深入探究，理解物理實驗原理、總結物理規律、掌握實驗設計實施的方法。本文通過部分教學實踐中問題分析，探討實驗情境的創設方法。

關鍵詞：高中物理;實驗探究;情境;新高考

縱觀近幾年來新高考的試卷，可以看出試題在突出基礎性、綜合性、應用性的同時，通過開放性的探究情境設計，強化了學生創新意識和思維能力的考查。這就要求教師重視研究教材，改進教學方式，探索基于情境和問題導向的探究式課堂教學，給學生提供深度學習和思考的空間[ 1 ];使學生在現實的問題情境中獲得關鍵能力和學科核心素養的培養。

1? 創設問題情境，調動探究動機

創設實驗問題情境，是考試的現實要求。例如2020年全國卷第16題以蕩秋千為情境，第24題以運-20運輸機為研究對象，山東卷第7題分析“天問一號”，第15題研究拔火罐，第16題研究滑雪，浙江卷涉及隱形戰斗機、體溫槍、中國天眼等，無一不是我國最新高科技和最普通生活場景。試題情境的創設有來源于日常生活中的自然現象、生活事物、科技前沿。教師要引導學生用物理學的觀念和思維方式來認識世界，體驗生活，用科學探究的模式解釋現象，創造性地提出問題，解決問題。也可以通過圖片、視頻、語言描述等方式創建物理情境，選取生產實踐和高新技術中的片段進行研究。通過理論分析和模型建構，拆分成學生熟悉的物理模型，再進行實驗探究。學生經歷了提出問題、分析建模、實驗探究、交流評價等探索過程，其理論分析能力、模型建構能力、創新思維能力就獲得了培養。

創設科學合理的問題情境，能夠有效地激發學生的學習動機，同時還有利于學生學會提出問題及創造性地解決實際問題，培養其創新思維和學科素養。中國高考報告就明確提出“無情境，不命題;無情境，不教學”的教學和考試要求，充分說明物理情境的創設在物理教學中的重要性。其次，物理學是一門基礎實驗科學，許多物理概念，物理定律只有通過實驗，才能直觀形象地展現給學生，讓學生獲取感性的認識，以助力學生深入理解。在此過程中，情境創設對于實驗教學效益起著十分重要的作用。情境創設得好，不僅能引導學生的專念和注意，使觀察細致完整;還能引導學生對實驗現象及結果有所預設，當實驗事實與預設一致時，學生會體驗到因實驗前自己對預設的思考和判斷正確的愉悅，給思考和判斷帶來加強正效應，促成自主獨立思考習慣的形成;當預設與實驗結果不一致時，學生會自主深入探究兩者不同的原因，為揭開現象中的本質而積極思維，這又進一步促成深度學習的達成。

例如，在講解平拋運動時，許多教師沒有進行實驗情境的創設，直接進行平拋球與水平勻速球和自由落體球的撞擊實驗。由于缺乏情境的創設引導，學生不清楚實驗的緣由、目的和意義，在觀察實驗時，興趣注意較為平淡，對實驗中的相撞的物理本質很模糊;相反，如果做如下的情境創設：①問學生水平拋出的粉筆頭，其運動的軌跡是怎樣的？為什么會這樣？學生依據生活經驗和直覺，很容易回答前一個問題，即“曲線運動”，對于后一個問題，他們可能僅會想到“受到重力作用”。②接著，教師用剪斷的小管煙花彈（把小管煙花剪斷，取后面一小截，這樣煙花彈射出的速度較小）掠過泡沫板發射，可以在泡沫板上看出煙花彈經過的軌跡確實是一條曲線，印證了同學的預設結果是對的！在分析原因時，教師對學生的觀點先不做評論，演示煙花彈豎直往上和往下發射時的痕跡，再反問同學，同學們會馬上意識到軌跡為曲線的原因除了因受重力外，還與初速度的方向有關！③接著再問，曲線有非常多種，從已學過的數學知識看，有拋物線、反比例曲線、指數曲線、對數曲線等，因此要把握拋體的運動軌跡，僅知道其軌跡是曲線是不夠的，還要知道它具體是什么曲線！同學們認為平拋物體的軌跡是什么曲線？有什么依據呢？此時，學生可能有各種猜測的回答。之后，教師再總結，不管你的猜測是什么，理由怎么講，最終都要用實驗來驗證的。為此，我們先驗證剛才同學提出的一種觀點：即依據平拋運動的兩個原因，第一，水平方向有初速度，第二，豎直方向受到重力作用。依據運動的獨立性原理，平拋物體應該同時參與兩種運動：即水平的勻速直線運動和豎直的自由落體運動。因而，可以設計實驗分別驗證。接著再說明實驗的方法和結果預設。通過這樣的情境設置，使實驗不再看看而已，而是經歷著有血有肉的情感思維和探究的過程。可以看出，同樣的實驗，有無情境創設，情境創設得好不好，其引導學生的思維歷程和思維深度具有巨大差別，其教學教育結果的區別也是巨大的。

2? 注重夯實基礎，深入開發教材

新高考改革，教材隨之發生變化，我們的教材觀也要轉變。新課程改革提倡教師從“教教材”走向“用教材”。教材是學習內容的依托，學生信任教材，依賴教材，教師要站在更高的角度，鉆研教材，開發教材。教材中設置了豐富的實驗探究素材，經過層層篩選進入教材，往往具有很強的可操作性和科學性、趣味性。然而調查發現在一些中學的物理教學中，沒有現成的教學實驗器材，配套的儀器老化缺少，做實驗不如講實驗，講實驗不如背實驗的現象依然普遍存在。解決這一問題重要措施就是大力開發低成本物理實驗。物理知識源于生活實踐，教師可以有意識引導學生觀察思考、動手制作，利用生活中價格低廉或容易收集的材料器具做實驗，簡約但不簡單，除去華麗的包裝，更顯物理思想的本色和科學探究的樂趣。

學生中學畢業卻沒見過電容器真面目，那只在圖片里的基本原器件，只要拆幾個淘汰的電器就可以讓學生里里外外看個夠。購買一些廉價的電容器、二極管等元器件就可以制作充放電裝置，增加趣味性。電容器的構造和原理，不再那么遙不可及。

在講豎直面內的圓周運動時，絕大多數學生沒有看過水流星表演和也沒坐過過山車，而學生對新知識的理解是在原有經驗背景上建立起來的。師生可以發揮生活中現有材料的作用，利用杯子和繩制作水流星。通過動手實踐，直觀感受水流星里的水和水杯不掉下來需要滿足一定條件，進一步提問引導學生思考分析受力情況，得出臨界條件，難點迎刃而解。

3? 拓展課堂延伸，提高實踐能力

物理源于自然，源于生活，我們不要把學生“困”在課本中，題海里。教材中提供的實驗方案通常比較單一，創設開放性探究模式，要不拘泥于教材，讓學生在實踐中發現問題，提出問題，設計驗證。鼓勵學生重新設計方案，改裝實驗儀器，也可以以社會實踐、課題研究、科技制作等形式組織開展課外活動。

教師在進行教學設計時，首先應從教育理念層面上轉變教學思路，以知識講授為主的課堂教學是以教師為中心，課堂變成教師的一堂言和表演秀，學生完全按照教師的需求配合教學，不斷強化訓練學科知識，貌似記得快，做題好，但是實際參與感不強，死記硬背，與真實的生活情境脫節，學科核心素養沒有形成。教育改革要先從思想上革新，以學生為中心，從學生的發展需要出發，明確教學目標，精心設計學習活動，有效組織開展自主、合作、探究、展示，有利于培養學生自主探究意識，形成關鍵能力，提升思維品質。這在新高考命題考查中尤為突出。實驗題的創新都是基于已學的基礎知識和實驗原理，創設新的物理情境，解決提出的新問題。對學生來說這既熟悉又陌生。學生熟悉的是實驗器材和知識范疇，陌生的是如何獲取關鍵信息，制訂新的實驗方案，記錄和處理實驗數據，并對實驗結果進行誤差分析和評價。

以手機為例，在研究手機觸摸屏時可以延伸到電容器傳感器的應用，可以分析用電器用電和充電不同方式的工作原理，也可利用手機的錄放功能研究物體運動，還有很多可以開發的功能。以研究物體的運動為例，我們經常利用頻閃照片分析運動軌跡，得出運動的特點。如自由落體運動和平拋運動。這些運動加速度較大運動時間短，肉眼難直觀看清位置變化規律，頻閃照片需要的器材昂貴條件要求較高，可以用普通手機慢拍實現，操作簡便，隨拍即看。再借助計算機輔助功能，對運動圖像進行觀察、分析、討論、總結。物理實驗探究活動，不僅是引入課題，提高學生興趣的手段，更是培養學生物理學科素養的重要途徑[ 2 ]。注意不要成為吸引學生注意，看個熱鬧的花架子。

如2020年山東卷第13題利用我們熟悉的手機和長木板測量重力加速度的大小。高中階段測量重力加速度的實驗方法多種多樣。長木板通常配合小車和打點計時器及紙帶或光電門進行實驗。而利用手機模擬頻閃照片就是創新的方式，學生容易理解，但要實現實驗目標，需要合理設計實驗方案，收集有用信息，建立坐標，處理數據，得出結論，這對學生的實驗探究能力提出了更高的要求。

實驗探究教學具有較強的開放性、綜合性、實踐性。教師要轉變教學觀念，更新教學模式，以學生為主體，為學生創設豐富科學的物理情境，更好地實現學生能力的培養和核心素養的提高。

參考文獻：

[1] 教育部考試中心.中國高考評價體系說明[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2] 張宏齊.新修訂課標中學生必做實驗變化產生的影響及建議[J].中小學實驗與裝備，2019（2）18-20.

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