創新中學物理實驗課堂滲透學科核心素養

李 潤

（甘肅省武威第八中學，甘肅武威 733000）

在物理課堂教學中，實驗的地位不言而喻。對此，我國的物理學家朱正元先生也曾明確指出：千言萬語說不清，一做實驗就分明。在高中物理學習中，通過實驗操作、探究、思考，有助于學生完成物理核心概念、物理規律等深奧知識的探究學習。同時，學生在物理實驗探究學習的過程中，也在很大程度上提升了自身的思維品質，形成一定的科學探究能力、觀察能力、操作能力等，并強化自身的科學觀念，真正滿足高中物理核心素養下的教學目標。但在調查中發現，受到多種因素的制約，當前高中物理教師在開展試驗教學時依然束縛在傳統的“以講代做”“紙筆實驗”中，或者是單純地觀看視頻代替實驗操作。在這種物理實驗教學模式下，學生缺乏實驗觀察、思考和動手操作，致使物理實驗流于形式，阻礙了物理核心素養的發展。

一、物理核心素養下實驗教學現狀

第一，對物理實驗教學重視程度不夠，過分開展理論教學。雖然物理新課程改革已經實施了很長一段時間，但部分物理教師依然束縛在“高考第一”的理念中，圍繞高考組織教學，將課堂教學重點都集中在理論知識中，認為實驗教學只會浪費寶貴的課時，學生只要知道實驗結論即可。甚至個別學校安排的物理實驗課時也非常少，缺乏物理實驗設施等。這些因素都在很大程度上弱化了物理實驗在教學中的地位，制約了物理實驗的教學效果。

第二，物理實驗教學過分強調演示實驗。在物理實驗教學中，雖然演示實驗占據一定的地位，但并不意味著演示實驗就是物理實驗的全部，還應在演示實驗的基礎上增加一些探究實驗。但在教學實踐中，由于不少教師依然束縛在傳統的教學觀念中，在開展實驗教學的時候依然以講授、演示作為主要的模式。而在物理核心素養下，則對物理實驗教學提出了更高的目標，即：思維品質、科學探究能力、觀察實踐能力、科學態度等，而這些目標和素養都需要經過學生的主動探究、實踐操作才能完成。由此可見，單純地依靠演示實驗很難滿足核心素養下的教學目標。

第三，實驗流程呆板。物理核心素養下，教師還應立足于實驗學習的特點，培養和發展學生的創新能力，旨在提升學生的物理綜合素養。但在教學實踐中，基本上都是按照教材上的流程，按部就班地照著流程操作一遍。在這種情況下，學生在固定的實驗流程中，極容易束縛自己的思維，難以發展自身的創新能力［1］。

二、創新物理實驗教學，培養學生的物理核心素養

（一）樹立正確的物理實驗教學觀念

在物理新課程改革的背景下，培養學生的核心素養已經成為當前教育改革的重點。當前，由于物理教師對其認知仍處于淺層階段，致使在執行時存在諸多問題。鑒于此，為了真正滿足高中物理核心素養下的教學目標，教師必須摒除傳統的教學觀念，樹立與“物理核心素養”、新課程改革相契合的教學觀念。

第一，從觀念上重視物理實驗教學。物理是一門建立在實驗基礎之上的學科，復雜的物理規律和物理概念都是從物理實驗中總結出來的。學生在學習中，唯有通過大量的物理實驗，才能在物理實驗操作和觀察中，通過分析實驗數據等，總結出相應的物理規律和物理概念等。在這一過程中，學生也會發現新的問題，并通過思考這一方式，探索問題的解決方法。由此可見，教師應從思想觀念上重視實驗教學，明確兩者的內在聯系，并逐漸增加物理實驗的課時，鼓勵學生多操作實驗、多思考。

第二，指向物理核心素養設計實驗教學目標。物理核心素養的提出，使得物理教學目標不再局限于“三維目標”，更加關注學生在物理實驗中的科學探究、創新、思維等，更加關注學生是否能夠通過物理學習，獲得能夠促進自己發展的能力和品質等。鑒于此，教師必須要轉變傳統的實驗教學設計目標，指向學生的物理核心素養，將學生的“問題提出、科學論證、反思交流”等都納入實驗教學中，引領學生通過“觀察分析—提出問題—分析問題—解決問題”這一探究流程，提升自身的綜合素養。

第三，基于生本理念優化實驗教學過程。高中物理新課改也明確了“以生為本”的教育理念，對物理課堂教學提出了更加明確的要求：結合教學內容，學生的學習需求，靈活開展實驗教學，給學生提供足夠的時間和機會進行操作，使其在經歷實驗操作和分析的過程中高效達成物理實驗教學目標。

第四，創設良好的物理實驗條件。在調查中發現，缺乏物理設備是制約物理實驗開展的重要因素。在多數學校中，學生只有在實驗課上才能走進物理實驗室，其他時間實驗室并不對外開放。甚至當前物理實驗室中大量的物理器材出現了閑置的現象。不僅如此，由于學生在課外難以走進物理實驗室中，導致學生在課后無法進行實驗，也無法對疑惑的問題進行探究，嚴重阻礙了學生的物理學習效果。鑒于此，學校不僅要加強物理實驗器材的投入，完善更新物理實驗器材，并適當放開物理實驗室，以更好地滿足物理核心素養下的教學目標［2］。

（二）優化物理演示實驗，培養物理基本觀念

在高中物理實驗教學中，按照實驗的性質可將其劃分為探究性實驗和演示實驗。演示實驗是實驗教學中不可或缺的一個部分，是對物理原理、物理概念、物理規律進行驗證的主要方式。同時，物理演示實驗也是培養和發展學生核心素養的關鍵途徑。但演示實驗并不意味著只要按照教材上的實驗方案重新操作一遍即可，而是結合物理核心素養下的要求，對其進行優化設計，引導學生在演示物理實驗學習的過程中，通過“真聽”“真看”“真感受”等感悟其種蘊含的物理知識、規律和方法，逐漸在學習中形成強烈的物理觀念。而要達到這一目標，高中物理教師在日常教學中，必須要結合物理實驗教學內容科學選擇物理實驗對象，以貼近學生實際生活的素材出發，優化演示實驗教學。

例如，在“反沖運動”的新課程教學中，為了強化學生的物理觀念，教師可以結合本章節的知識內容，從學生的實際生活出發，給學生演示三個物理實驗，即：給氣球充氣，讓氣球朝著不同的方向飛行，觀察其飛行的方向；給學生播放火箭發射的視頻；自制一個反擊式水流機。這三個物理演示實驗包含了三種不同的物理觀念，即：物質觀念、相互作用觀念和運用觀念等。如此，借助優化的演示實驗，即可達到物理核心素養下的實驗教學目標。

同時，教師還應堅持“化抽象為直觀”的原則，利用實物給學生建立模型，使得學生在直觀的實驗感知中達到實驗教學的要求。例如，在“磁場”的物理實驗教學中，由于這一部分知識具備極強的抽象性，學生摸不著也看不到，很多學生在學習中常常處于茫然的狀態。基于此，物理教師在開展演示實驗的時候，就可以找來一根條形的磁鐵以及多個小磁針，并將小磁針排列在條形磁鐵的周圍。如此，借助一定的模型，學生在實物觀察中就能清晰感知到磁場的方向。

（三）設置梯度性的問題，培養學生科學思維

物理核心素養下，實驗教學還承擔著訓練學生思維能力的重任，使其在實驗探究中一邊操作實驗一邊思考問題，最終在問題的引領下發展自身的思維品質。鑒于此，教師應緊緊圍繞實驗教學的具體內容，從學生實際學情出發，設計出具備挑戰性、探究性的問題，使得學生在問題的引領下，完成物理實驗的深度探究。

例如，在“自感”的物理實驗教學中，為了培養學生的科學思維，教師就可以從學生“被電”的過程出發，遵循從“簡單到復雜”的原則，給學生設計出具備梯度性的實驗問題，即：“我們如何才能將‘被電’的感覺運用電學元件體現出來？”在這一問題的驅動下，學生結合這一物理實驗的內容以及所學的物理知識，提出了“運用小燈泡代替人的感受，用小燈泡的亮度將電壓的高低情況呈現出來”。接著，教師再次提出問題：“電建斷開之后，小燈泡的亮度會發生什么樣的變化？其變化發生的原因是什么？如果要想探究小燈泡中的電流方向，還應在電路中加入一個什么電學元件？”這三個問題層層遞進，使得學生逐漸進入到物理規律和知識探究的內部，不僅契合了學生的認知發展規律，也有助于學生在觀察、分析和探究的過程中，形成一定的科學思維。最后，教師再次提出問題：“以展示的實驗電路作為基礎，自己動手實驗，如何增加電學元件設計，設計出一個能夠直接表達自感現象的電路？”由于學生之前已經具備了一定的知識，這一問題要求學生從已有的經驗出發，發動自己的腦筋進行創新，進一步強化了學生的創造性思維。

（四）親自探究實驗，培養物理核心素養

學生唯有親身參與到物理實驗中，通過物理實驗操作、思考和探究，才能在親身經歷的過程中感悟物理實驗現象，了解實驗知識的生成和論證過程，從而最終在物理規律的探究中，提升自身的綜合素養。基于此，高中物理教師應轉變傳統的實驗教育模式，將物理實驗課堂交給學生，引導學生以學習小組作為載體，在明確的分工中共通合作共同完成實驗探究。如此，學生才能真正從被動的學習狀態下解放出來，以知識建構者的身份經歷知識的生成、發展等過程，提升自身的物理核心素養。

例如，在學習了“牛頓運動定律和機械守恒定律”之后，為了發展學生的物理核心素養，教師可以給學生展示一座非常老式的落地擺鐘，上好發條之后，這座老式的擺鐘就開始工作了。此時，教師要引導學生觀察擺鐘工作的狀態，并在觀察中提出問題，開展探究。在學生觀察和小組商量的過程中，教師提出了一系列的問題，包括：擺鐘在擺動過程中能量的轉化是怎么樣的？如何能夠讓擺鐘長時間擺動？擺動一次的時間和什么因素相關？接著，引導學習小組依據自己提出來的問題結合牛頓運動定律和機械守恒定律理論知識，通過思考和交流，確定實驗方案、實驗步驟，并結合實驗方案選擇實驗儀器。之后，再引導學生按照實驗方案操作，觀察實驗現象，圍繞實驗觀察的數據展開分析。如此一來，學生在小組實驗的過程中，不僅感悟到物理實驗的魅力，也在上述的實驗過程中強化了“單擺周期和能量轉化”的相關理論知識，高效達成了物理核心素養下的知識目標。同時，學生在物理實驗操作、觀察和分析探究的過程中，也拓展了自身的思維素養、綜合探究能力等，并形成了基本的物理觀念。

（五）基于實驗創新，發展學生的創新素養

新課標下，物理教師在優化實驗教學時，還應關注學生的創新能力，使得學生在實驗探究學習中產生一定的創新意識，形成一定的創新能力。以往的實驗教學模式中，很少有學生會經過思考，提出新的觀點和想法，不敢對實驗方案進行創新。而在物理核心素養下，高中物理教師要轉變傳統的“教材觀”。鑒于高中生在以往的學習中已經掌握了一定的物理知識，思維也異常活躍，在日常的實驗教學中，教師應鼓勵學生對教材中的實驗方案進行創新。另外，高中物理教師也應在實驗課堂中給學生留有足夠的空間進行創新。

例如，在“牛頓第二定律”的實驗教學中，為了培養學生的創新素養，教師可以引導學生先結合傳統實驗方案對教材上的傳統實驗方案進行操作，并思考“這一實驗方案是否完美？還存在哪些弊端？”學生結合實驗操作和思考，提出了：傳統實驗方案中常常會產生兩個系統誤差，即在操作中常常無法滿足“小車的質量遠大于小盤和砝碼的總質量、平衡摩擦力過程時總會出現過度和不夠的情況”。針對這些問題，教師要指導學生結合所學的知識進行思考，敢于打破教材的束縛，對其進行創新。

三、結語

綜上所述，面對物理核心素養下的要求，如何提升實驗教學質量，如何借助實驗教學培養學生的物理核心素養，是擺在所有物理教師面前的一道難題。鑒于此，高中物理教師應結合新課程下的要求，對當前物理實驗教學現狀進行理性的思考和審視，樹立正確的實驗教學觀念，優化實驗教學模式，不斷提升物理實驗教學質量，促使學生在多樣化的實驗學習中形成一定的物理核心素養。