試析高中物理實驗教學中的核心素養培育

洪江獎

摘 要：高中物理課程是一門以科學實驗為核心的自然學科。在實踐教學過程中，物理實驗教學對激發學生學科興趣、推動課程教學質量有極大影響。我國教育教學課程改革完成了從注重知識傳承轉向重視能力的培養，從能力培養提升轉向為培育人的綜合素養。教師應以課程教學基本需求為目標，最大限度優化物理實驗教育教學，構建多元化實驗教學流程，促進學生的物理核心素養培養。

關鍵詞：高中物理;實驗教學;核心素養

受我國傳統教育理念的影響，現階段我國高中教育仍然以高考成績作為教學開展的主要目標。在開展物理教學的實踐中，主要表現為教師教學活動的開展以高考必考內容為核心，重視基礎知識的掌握與解題能力的培養，忽視了課本中的科學探究實驗活動，淡化學生核心素養的培養。這樣一種情況的出現，也致使學生在物理學習過程中，往往只能憑借機械記憶進行學習，無法通過實驗的探索、多角度的數據分析進行知識積累，頻繁出現學科知識與物理學科素養脫節的問題。以物理學科核心素養為導向的教學，要求教師通過科學的教學手段，體現實驗教學的全過程，全面展現物理實驗的核心教育價值，確保學生在學習過程中獲得預期的學習效果。

一、高中物理實驗教學核心素養培養的原則

在組織學生參加物理實驗課堂教學的過程中，因教師個體教育背景與教育理念的不同導致其教學方法有所差異，在實驗過程中不同教師開展教學活動的形式也大有不同[1]。為了盡可能強化實驗的應用價值和效果，在實踐活動開展過程中，教師需要時刻遵守既定的教學原則，通過科學研究的形式強化實驗教學的基本育人價值。受傳統教育思想的影響，教師在實踐教學開展過程中，重點強調學習活動中包含的物理規律，卻在一定程度上忽略了實驗過程的全面性和實踐性。即在實驗過程中，學生缺乏主動參與的機會和意識，無法全面經歷實驗的全過程。從某種程度上講，這一教學形式與我國新課程標準提倡的教學理念相矛盾，為學生核心素養的多元化發展帶來了一定的局限性[2]。實驗教學的根本目的是強化物理課堂教學的教育功能與教學質量，并從根本上推動學生素養的多方位發展。在教學設計過程中，教師應有意識地強化學生的實驗學習核心地位，依托核心化教學活動的開展，確保學生不僅能夠獲得知識，也促進學科核心素養的多元化培養。

二、高中物理實驗教學核心素養培養對策

（一）深挖實驗變量關系

物理是一門較為復雜的自然科學，包含豐富多樣的知識、理念。物理實驗更是針對物理規律、物理定律進行探索與驗證，并提供正確探究思路的手段。這意味著物理實驗中各個變量之間的存在關系也較為復雜，同時在表述過程中這些變量關系也很難依托簡單的文字方式闡述出來，高中階段的學生對此是很難理解的。同時，物理觀念是立足于物理學視角構成的，本質上是針對自然界中物質的運動、互相作用、能量變化的基礎認識[3]。具備清晰的物理觀念，能夠促進學生更加深入地理解物理知識及有關概念，也是幫助學生站在物理視角解決相關現象和問題的核心基礎。這意味著教師在實踐教學開展過程中，應針對不同變量之間存在的關系展開深入挖掘，并將其清晰展現給學生，在促使學生自我思考的同時，也構建起健全的物理觀念體系。

例如，教師在引導學生學習“小車隨時間變化規律”這一部分教學內容時，為了通過紙帶、打點計時器等教學設備的實踐應用，進一步計算出小車在實驗過程中的瞬時速度，引導學生通過實驗的方式，針對實驗過程中小車速度跟隨著時間變化而變化的規律進行探究，最后將對應的v-t圖像當作根據，針對經由實驗所獲得的數據做出處理。在教學正式開始以前，教師首先需面向學生闡述本次實驗課程的核心理念，并針對教學當中各個物理量之間的關系進行解釋。在教學實驗內容當中，最直接性的表現關系，是小車的時間和速度之間存在的聯系，但由于小車自身的速度在實驗過程中不能經由直接測量的方式獲取，在實驗展開過程中，教師需要將不同紙帶間點的距離作為入手點，以速度定義式為依據，針對在某個特定時間當中小車實際表現出的瞬時速度進行計算，通過這樣的方式確保經由學生計算后得出的結果，與小車在實驗時間內表現出的平均速度相同。因為這一時間相對較為短暫，與小車的瞬時速度十分接近。以這樣實驗探究活動的形式，使學生充分明確實驗的基本原理，培養學生良好的物理觀念[4]。教師要面向學生對該項實驗內容中的所有實驗步驟做出詳細講解。例如，可以在桌面上放置一個長木板，在懸掛結束以后，將電路接通，并在小車上方進行攜帶重物的細繩的懸掛，在這一時刻打開對應的打點計時器，在完成上述操作后使小車慢慢下落，得到具備小車運行點跡的紙帶。在反復試驗過后，教師可以選擇多次實驗過程中具備清晰點跡的一條紙帶，并將這一紙帶作為實例，為學生布置作業，通過平均速度公式的應用，求出該紙帶當中各個點的近似速度。在學生完成計算過后，將經過總結得出的速度—時間之間的關系進行列舉。通過這樣的方式具象化地針對小車速度進行觀察[5]。依托這一方式，可以使學生確切地感受到源于實驗數據背后的緊密關聯。通過強化和培養學生的物理觀念，使學生能夠更進一步探索出源于實驗誤差的具體來源，推動學生針對實驗的核心問題進行把控，進而強化學生物理學科實驗探究的基本素養[6]。

（二）強化實驗實踐能力

對于一個完整的實驗而言，其中應包含從物理現象到自然規律的思考，從問題的提出到問題的猜想與假設的思維探索的實踐過程;再針對有關實驗方案展開，要讓學生體會具體實驗的設計思路。實驗操作過程要幫助學生熟悉實驗的一般步驟，這意味著在實驗展開過程中，不應僅將實驗局限在演示的層面，而應積極引導學生動手展開實驗工作，依托這一方式使學生獲得實驗的基本結果，并加深對實驗過程現場的清晰認識[7]。在實驗過程與對應知識點相對比的過程中，應使知識點與實驗過程的發生結果相對應。當學生親自動手展開實驗時，需要按照經過師生互動合理設計的實驗步驟，針對對應的物理規律展開積極探索，并選擇一些有針對性的邏輯思維培養學生，確保學生的物理學科核心素養得以強化[8]。

例如，在針對實驗教學“加速度與力、質量”間的關系時，教師應積極鼓勵學生親自動手開展實踐操作，在該實驗過程中實際應用到的模型是小車，在針對加速度、力與質量等一系列變量關系展開探究時，需要將“力不變、質量改變、加速度的變化”以及“力在變化、質量不改變、加速度的變化”上述兩個實驗方案明確展現在實驗過程當中，可以通過轉變小車質量、繩系索懸掛重物質量的方式進行實驗方案的切換。

教學過程中，可以針對如下教學步驟做出設計：首先，要求學生正確使用天平測出小車的質量、沙子與木桶的總質量，并按照既定要求針對實驗儀器進行安裝。其次，應針對“為何平衡摩擦力”這一理念進行討論，在師生互動下要求學生明確平衡摩擦力的原因與方法，以“適當墊高平板”這一操作尋求實驗適宜條件，隨后再將小車緩緩放下，這時設置在小車背后的打點計時器，實際打出的點是呈現連續性的并且間隔完全一致，這也從側面證實了平衡摩擦力的存在。由于在這一實驗過程中，外力往往只能憑借重力進行展現，但摩擦力卻會伴隨小車質量的變化發生變化。由于摩擦力不確定，教師需平衡摩擦力。再則，需要掛設沙桶，打開對應的打點計時器，確保在紙帶上獲得足夠數量的點，并使學生在根據小點距離，根據逐差法的應用，求出小車的加速度。要盡可能維持小車質量始終不變，并在沙土當中增設一定量的砝碼，相應制作出小車質量倒數與加速度之間聯系的圖像，并要求學生針對圖像進行觀察，觀察其是否保持一條直線。一旦確認其為一條直線，則在一定程度上證明了加速度與質量之間呈現出反比關系。在求出第一情況以后，再使學生維持沙桶質量不變并在小車內部增添一定砝碼，在對加速度進行重復測量以后，要求學生針對力與加速度之間的關系圖像進行制作，一旦上述小點在同一條直線之上，則在很大程度上證明了力與加速度之間呈現正比關系。

在實驗活動課上讓學生有較多的時間展開動手實驗，教師只發揮引導作用，解決學生實際操作中存在的疑惑，從根本上強化學生實踐操作能力，并在確保學生物理思維得以完善的同時，強化學生的物理核心素養。

（三）重視實驗操作細節

在很多高中物理實驗教學當中，能否確保物理實驗的成功，在一定程度上受到實驗操作細節的影響[9]。在復原書本實驗，或是開展針對性探究實驗時，教師需要重視學生實驗過程中展現出的操作細節。如果學生最終得出的實驗現象、實驗結果等與基本物理規律、定律不相符，或與書中表示的現象不相符，則教師應立足于學生的立場，針對學生實驗過程中的步驟進行分析，解決學生實驗過程中出現的錯誤，通過師生深入探討，對錯誤進行分析與總結，最終防止后續實驗過程中再次出現對應問題。依托這一方式，可以進一步強化學生的實驗過程意識，培養學生規范操作的習慣，使學生在實驗中學有所得，培養學生對物理學科的深入探究性思維和嚴謹的科學態度。

例如，教師在針對“平拋運動特征”這一部分內容開展探究式教學的過程中，由于本次實驗的基本核心原理主要指平拋運動，從客觀角度進行分析，可以將這一部分實驗內容分解為兩個運動的互相合成。在這一過程中，教師應面向學生講解出現在水平方向中的勻速直線運動，這一運動過程的速度與平拋物體內部存在的初速度相同，而與之相反的另一個運動則是在豎直方向角度展開的自由落體式運動，這一運動過程的速度可能會伴隨高度因素而出現變動。在實踐實驗過程中，教師在向學生進行實驗探究時，很有可能會發生一系列操作類的弊端和問題，在面對這一情況時，教師應始終以學生為主體，全面優化和改正實驗過程中學生可能出現的操作錯誤。在正式實驗操作時，教師需首先在水平桌面的上方進行軌道木板的布置，這一木板需配備帶斜槽的軌道，同時在桌面之外伸出末端區域，并確保水平與末端呈現相切的狀態。在此之后，教師需確保小球釋放高度保持一致，并針對小球的經過路徑展開投影，將對應點位描繪出來。最終以公式為基礎，針對小球運動過程中的豎直、水平兩個角度做出詳細計算。這里要注意的是，教師如果發現學生并未在實驗過程中獲取到準確的水平速度，就應對學生實驗過程中裝置的調平情況做出觀察并相應處理，或要求學生將所有得出點位數值帶進公式當中，如果在計算之后發現有少部分點位的結果相較于實驗的真實結果有著較大差異性，則教師可以要求學生放棄這一兩個點的計算結果，讓學生明白這可能是因為其中兩個點位數值存在實驗誤差。最終，教師在取下實驗中的白紙以后，應要求學生記錄小球球心的位置。但其中最主要的細節為：需要記錄圖板上方部分的水平投影點。根據這一方式的使用，能夠從根本上強化學生的實驗細節把控，并為學生對實驗過程中出現問題的原因做出針對性探索。這時，教師需要在一旁對其做出解釋以及指導。這種實驗教學貫徹了以學生為核心主體的教學理念。

結束語

強化高中學生核心素養培養，對學生未來的發展而言有著十分重要的意義。高中物理教學中，實驗教學是其中的重點內容，不僅能夠帶動學生的實踐能力發展，也在很大程度上促進學生核心素養水平提升。教師也應立足于核心素養培養，促進學生全面發展。

參考文獻

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[9]吳霞，朱巧萍.基于核心素養導向的高中物理教學設計：以“機械能守恒定律”為例[J].湖南中學物理，2021，36（4）：92-95，98.

本文系泉州第一中學省級課題“科學探究教學實踐中培養物理核心素養的實效性研究”（立項批準號：Fjjgzx21-091）研究成果之一。