核心素養視角下的高中物理實驗情境創設策略 ①

李池華

(廣東省英德市第一中學，廣東 清遠 513000)

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面。[1]物理學是以實驗為基礎的學科，是在實驗基礎上發展起來的，物理實驗是幫助學生建構物理概念、理解物理規律的重要途徑，也是培養學生動手能力、遷移能力、創新能力的重要手段，更是培養學生良好科學態度與責任的重要途徑。

1 實驗教學是發展學生核心素養的重要途徑

物理實驗對培養學生的核心素養有著重要的作用與價值。通過實驗探究，學生根據實驗現象提出問題，分析問題的產生原因，研究問題的解決方法，設計問題的解決方案，在此過程中促進問題解決能力、分析論證能力、創造性思維能力等高階能力的發展，提升“科學思維”能力。學生分析情境問題后設計實驗方案，選擇實驗器材，進行實驗操作并獲取實驗數據，根據實驗數據的處理結果得出結論，在實驗過程中學生之間分工合作、討論交流，落實“科學探究”的培養要求。實驗中根據客觀的實驗現象提出研究的問題，經過嚴謹細致的實驗操作，基于實驗證據獲得物理知識，再將物理知識應用于社會和生活，這正是“科學態度與責任”培養目標的具體落實。[2]

2 創設實驗情境培養學生核心素養的策略

2.1 在實驗情境中培養學生的觀察能力

觀察是指人迅速、敏銳地發現事物細節和特征等方面的能力，是人對客觀事物的一種生動的感性認識形式。科學發現基于仔細的觀察，科學探究源于問題，而問題在很大程度上源于對身邊事物的觀察與思考，觀察是收集科學事實、形成科學認識的基礎，是檢驗假說和理論的重要方法。

例1：在“平拋運動”教學中，實驗器材如圖1所示，請按下列要求進行不同形式的實驗操作并完成相關的觀察。

圖1

(1) 在實驗裝置中有幾個小球？

(2) 每個小球在釋放后分別做什么運動？

(3) 將A球和B球同時釋放，你觀察到了什么現象？

(4) 將A球和C球同時釋放，你觀察到了什么現象？

(5) 將三個小球同時釋放，你觀察到了什么現象？

觀察能力具有層次性，學生對以上問題的回答表征了不同水平層次的觀察能力(表1)。

表1

在同一個情境中，有時只有一個現象發生，有時會有多個現象同時發生；有些現象是顯性的，有些是隱性的。觀察什么？怎么觀察？實驗前教師要對學生進行引導，并針對實驗現象提出有依據的猜測，使觀察有目的、有計劃、有重點。通過演示實驗情境的創設，培養學生由單一的觀察到全面的觀察，由表層的觀察到深層的觀察，讓學生思考：觀察到的物理現象能夠說明什么問題？

2.2 在實驗情境中提升學生的思維品質

在實驗教學中巧妙設計實驗情境，運用實驗現象或數據與學生的原有認知形成鮮明對比，產生強烈的思維沖突，激發學生的求知欲望，進而引導學生思考沖突背后的原因，自主構建對物理概念和規律的認識，提升思維品質。

例2：如圖2所示在“力的平行四邊形定則”實驗中，實驗時先用一個彈簧測力計把橡皮筋的結點拉到某一位置O，為了引發學生的認知沖突，用兩個彈簧測力計成零度把橡皮筋結點拉到O點，得出分力與合力的關系為F=F1+F2；最后用兩個彈簧測力計互成角度也把橡皮筋結點拉到O點，得出F≠F3+F4，與學生之前得出的合力與分力的結論發生沖突。

圖2

在保證相同作用效果的情況下，設置如表2所示的問題，引導學生在排除錯誤判斷的同時尋找新的方法，換個角度思考往往就是創新思維的開始。

表2

學生在實驗中的發現與已有認知相沖突，從而對現有認知的科學性和合理性提出疑問，萌發新的猜想，并在接下來的實驗中主動探究，尋找答案，這是激發學生積極思考、培養高階思維能力的有效途徑，也是培養學生的質疑、創新精神的具體體現。

2.3 在實驗情境中訓練學生的科學思維

科學思維方法是人們認識客觀規律和解決實際問題的重要方法，是連接知識與能力的橋梁，是促進學生的思維發展和落實核心素養培養目標的關鍵。在物理實驗教學中，要引導學生重視研究物理問題的思路和方法，為他們探究未知問題提供基本的方法和必要的幫助，為學生的終身發展奠定基礎。

圖3

例3：在“自由落體運動”教學中，學生根據生活經驗，認為“重的物體下落得快”，容易猜想物體的質量是影響下落快慢的因素?？赏ㄟ^如圖3所示的實驗驗證這一猜想，實驗目的是驗證物體的質量是否會影響下落的快慢，所以實驗中應采用控制變量法和對比法，保持兩物體從相同高度、由靜止釋放，然后通過3次實驗進行對比，得出結論。實驗過程中采用科學的方法，從不同角度落實核心素養的培養要求(表3)。

表3 實驗內容及落實的核心素養要素

在物理教學中顯化科學思維方法的教育，它不但可以提高學生的科學思維能力，也可以進一步促進學生物理觀念的形成，培養創新能力。[3]中學物理實驗教學要注重在實驗情境中滲透科學思維方法，讓學生經歷問題分析后運用相應的方法進行問題研究，在循序漸進的實驗過程中領悟科學方法，潛移默化地養成良好的思維習慣。

2.4 在實驗情境中養成學生的科學態度

物理實驗是養成學生的科學態度、提高他們的社會責任感的有效途徑，實驗過程在一定程度上就是科學研究的過程，在體驗實驗過程時要讓學生體會其中的思想方法和人文精神。

例如在“探究自由落體運動”等實驗中，科學家都善于從看似平常的現象中細心地觀察與思考，透過現象看本質，具有嚴謹求實的品質和百折不撓的毅力；有懷疑和批判的精神，不迷信權威，敢于挑戰權威，在事實的基礎上提出新觀點、新理論；運用創新的思維和實驗方法，通過理論分析與實驗論證，基于證據和邏輯推理得出結論。在中學物理實驗教學中學生的活動應是多方面的，既有思維過程，又有動手操作，學會分工合作，尊重他人，培養學生重實踐、重事實、重證據的科學態度，并把實事求是的科學態度融入平時的學習和生活之中。教師要充分發揮物理實驗的育人功能，讓學生形成正確的歷史觀、人文觀、科學觀，落實立德樹人根本任務。

3 結語

基于核心素養的物理教學，要讓學生親身經歷實驗探究過程，在實驗情境中形成物理觀念；讓學生在不斷發現問題和解決問題的過程中進行深層探究，從而感悟科學研究方法和知識的發生過程，培養批判性思維、問題解決能力、創造性思維等高階思維能力；[4]養成嚴謹認真、實事求是的科學態度，在獲得知識的同時形成必備品格和關鍵能力，切實提高學生的核心素養。