課標下高中物理實驗教學策略研究

黃細金

摘 要：《課標》下高中物理實驗教學策略是指針對《課標》要求，采用適合高中物理實驗教學的方法和策略，促進學生對物理知識的理解和實踐能力的培養。文章通過總結和分析相關文獻和實踐經驗，提出了一些實驗教學策略，以期能為相關教育工作者提供幫助。

關鍵詞：課標；高中物理；實驗教學；策略

實驗教學在物理學科中具有重要的地位，能夠幫助學生鞏固和應用所學的理論知識，培養科學素養和實踐能力。然而，傳統的實驗教學模式存在著效果不佳、學生參與度低等問題。針對這些問題，《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標》）要求教師采用一些創新的實驗教學策略來提高教學效果。

一、探究式實驗

（一）設計啟發性問題

在《課標》下的高中物理實驗教學中，教師可以通過設計啟發性問題，引發學生的思考和探索，激發學生的學習興趣，鼓勵他們主動參與實驗過程，并培養他們的觀察能力和分析能力。在設計實驗的過程中，教師從常見的現象或問題出發，引導學生思考為什么會發生這樣的現象，并提出相應的問題。學生根據自己的觀察和理論知識進行推理和解釋，并積極參與實驗，通過實際操作來驗證自己的猜想。教師還可以設計一些具有挑戰性的問題，引導學生進一步思考和探索。比如，讓學生回答關于實驗結果的預測，或者是關于實驗過程的改進建議，可以讓學生深入理解物理理論，并培養解決問題的能力和創新思維。

探究式實驗的優勢在于它能夠激發學生的興趣和主動性，促進學生的探索精神和實踐能力的培養。通過實際操作和自主探索，學生將更加深入地理解物理原理，并將理論知識與實際應用相結合。

（二）鼓勵學生提出自己的假設和猜想

在探究式實驗中，學生主動地提出自己的假設和猜想，通過實驗的觀察和數據的分析，驗證自己的猜想的正確性，能夠激發學生的學習興趣，培養學生的科學思維和創新能力。學生通過自主探究的過程，可以更加深入地了解物理實驗的本質，理解物理原理的基礎，提高自己的實驗設計和數據分析能力。教師鼓勵學生提出自己的假設和猜想也有助于培養學生的科學探索精神。在實驗過程中，學生可以積極提問，思考問題，提出解決問題的方法和策略。促進自身的思維發展，培養創新能力和問題解決能力。

（三）提供學生合作交流的機會

通過讓學生之間展開合作，可以促進學生之間思想碰撞與互相啟發，提升學生對物理實驗的興趣與投入度。在這個過程中，學生討論問題、協作解決難題，培養團隊合作意識和解決問題的能力。通過合作交流，學生能夠相互糾正和完善彼此的實驗操作步驟，提高實驗操作的準確性和實驗數據的可靠性，更好地實現實驗的科學性和嚴謹性。學生之間的交流也有助于拓展學生的實驗思維，使他們能夠從不同的角度思考和分析實驗現象，培養其探究問題、解決問題的能力。為學生提供合作交流的機會可以促進探究式實驗教學的深入開展，提高學生的實驗操作技能和科學素養，有助于激發學生對物理學科的興趣和熱情。

例如，在學習“溫度與熱量”這一物理概念時，教師可以設計具有啟發性的實驗，如探究不同物體在相同溫度下的熱量傳遞過程。教師引導學生思考一個問題，為什么在相同溫度下，金屬杯感覺比塑料杯更冷？這個問題將激發學生的好奇心和思考欲望。學生可以提出自己的假設，如金屬杯導熱性更好，感覺更冷。然后，學生可以設計實驗，使用相同溫度的熱水倒入金屬杯和塑料杯中，并測量不同時間間隔下的溫度變化。通過觀察和數據分析，學生可以驗證他們的假設是否成立。學生不僅學習了溫度和熱量傳遞的基本概念，還培養了實驗設計、數據收集和分析的技能。同時，教師可以鼓勵學生合作交流，讓他們在小組內共同討論實驗結果并進行解釋，互相啟發，有助于促進學生科學思維和團隊合作能力的發展。

二、模擬實驗

（一）利用虛擬實驗軟件進行模擬實驗

利用虛擬實驗軟件進行模擬實驗，將為學生提供更靈活、安全且具有互動性的學習體驗。通過虛擬實驗軟件，學生可以模擬真實實驗的各個環節，從實驗的設計和準備，到數據采集和分析，都能在虛擬環境中完成。虛擬實驗軟件的使用具有許多優點，它可以彌補實驗條件不足的問題，使學生在沒有昂貴設備或危險操作的情況下，仍然能夠進行復雜的物理實驗。虛擬實驗軟件提供了及時的反饋，幫助學生理解實驗原理和結果，促進對物理概念的深刻理解。此外，學生可以在虛擬環境中反復練習，提高實驗技能。

（二）利用多媒體技術展示模擬實驗過程

通過多媒體技術，教師可以展示虛擬實驗的詳細過程，如實驗設備的搭建、數據采集、分析和結果展示等，使實驗過程更加生動和直觀，學生可以通過觀看屏幕上的模擬實驗，清晰地看到各個步驟和操作細節，有助于學生對實驗的整體理解。教師可以通過動畫、圖形、視頻等多種媒體形式呈現實驗過程，滿足不同學生的學習需求。例如，有些學生更容易通過視覺方式理解實驗過程，而有些學生更喜歡聽到解釋，多媒體技術可以滿足學生的不同學習風格。多媒體技術還可以強化學生的實驗設計和分析能力。在虛擬實驗中，學生可以自己調整實驗參數，觀察不同結果，培養他們的實驗設計和數據分析能力，有助于他們更好地理解科學方法和實驗原理。

（三）提供學生自主操作的模擬實驗環境

提供學生自主操作的模擬實驗環境可以幫助學生更深入地理解物理概念。通過模擬實驗，學生能親自操作并觀察物理現象，通過調整實驗條件、收集數據和分析結果來探索物理規律，更好地理解抽象的物理理論知識。在自主操作的模擬實驗中，學生需要自己制訂實驗計劃、選擇適當的工具和方法，以及解決可能出現的問題。這樣的練習有助于他們培養獨立思考和解決實際問題的能力，另外，提供學生自主操作的模擬實驗環境還可以增強學生的實驗技能。學生可以在虛擬環境中多次實驗，熟練掌握實驗操作技巧，提高實驗的準確性。

例如，在學習《光的傳播與反射》一課時，利用模擬實驗可以為學生提供寶貴的學習機會。通過虛擬實驗軟件，學生可以模擬光線在不同介質中的傳播和反射過程，觀察光線與不同材料交互的現象。他們可以自主調整入射角度、介質類型，以及光線的波長，然后觀察和分析反射和折射的情況，使學生能夠深入理解光的性質和反射定律，而無需親自進行真實實驗，避免了潛在的安全風險和設備限制。通過多媒體技術展示模擬實驗過程，教師可以將這一過程生動地呈現給學生，通過動畫和圖形展示光線的傳播和反射，以及實驗中使用的工具和設備，使學生更好地理解光的特性和實驗步驟，使學習過程更加生動和直觀。

三、開放性實驗

（一）提供清晰的實驗目的和基本要求

在開展開放性實驗時，教師要精心設計實驗的目的和基本要求，確保它們明確、具體，以便學生理解和明晰實驗的核心目標[1]。實驗的目的和要求還應當在教學過程中向學生明確傳達，確保學生能夠理解實驗的意義和預期的結果。實驗目的是指實驗的總體目標，通常表現為解決一個特定的物理問題或驗證一個物理原理。實驗目的要與學生所學的相關知識和技能聯系起來，幫助學生將實驗與課堂內容相結合，提高學習的深度和廣度。實驗的基本要求是實現實驗目的所必須滿足的條件和步驟，實驗的基本要求應當具體而清晰，如實驗所需的材料、儀器，以及實驗的操作步驟。實驗基本要求的清晰闡述對學生具有指導作用，能夠幫助他們明白如何進行實驗，取得預期的結果。通過提供清晰的實驗目的和基本要求，學生更容易理解實驗的意義，提高學習的參與度，培養科學探究和實驗設計的能力。

（二）鼓勵學生自主設計實驗方案

通過鼓勵學生自主設計實驗方案，激發學生的興趣和好奇心，學生能夠深入理解物理學的基本概念和原理。學生在設計實驗方案的過程中，需要考慮實驗的目的、方法、材料和數據處理等多個方面，促使他們深入思考物理學的核心問題，能夠提高他們的實驗技能和創造力[2]。鼓勵學生自主設計實驗方案也有助于培養學生的團隊合作能力和溝通技巧，在實驗設計過程中，學生需要與同學合作，討論和制訂實驗方案，有助于培養他們的合作精神和團隊協作能力。同時，學生還需要向教師和同學清晰地表達他們的實驗思路和計劃，能夠提高他們的溝通技巧和表達能力。鼓勵學生自主設計實驗方案不僅有助于學生更深入地理解物理學知識，還能夠培養他們的實驗技能、團隊合作和溝通能力，為其綜合素質的發展提供有力支持。

（三）引導學生進行實驗數據的處理和分析

在引導學生進行實驗數據的處理和分析的過程中，學生不僅是實驗的執行者，還要充當數據分析師，能夠培養其獨立思考和問題解決能力。學生在實驗中要積極參與實驗設計，提出問題，選擇合適的實驗方法和儀器，有助于培養他們的實驗設計和問題解決能力。在實驗過程中，學生也要認真記錄觀測數據，如記錄測量結果、實驗條件和觀察現象等信息，確保數據的準確性和完整性[3]。在數據采集完成之后，學生還要進行數據的整理和處理，如計算平均值、標準差等統計參數，以便更好地理解實驗結果。學生還要通過數據分析來得出結論，驗證他們的假設，并與理論模型進行比較。

例如，在學習《電流和電路基本定律》一課時，教師需要明確實驗的目的和基本要求，確保學生理解實驗的核心目標，如驗證歐姆定律或基爾霍夫定律。這些目標要與學生已學的知識聯系起來，幫助他們將實驗與課堂內容緊密結合，提高學習的深度和廣度。教師要鼓勵學生自主設計實驗方案，讓他們考慮實驗的方法、所需材料和數據處理方式，激發學生的好奇心和探究精神，幫助他們深入理解電流和電路基本定律。學生在合作中共同討論和制訂實驗方案，培養了團隊合作精神和溝通技巧。在實驗過程中，學生需要積極參與數據的記錄、整理和分析。學生不僅是實驗的執行者，還要充當數據分析師的角色。此過程培養了他們的獨立思考和問題解決能力，同時也有助于他們更好地理解電流和電路的基本定律。通過數據分析，學生能夠驗證他們的假設，將實驗結果與理論模型進行比較，進一步加深對物理原理的理解。

四、探究性實驗

（一）提供學生實驗的參考資料和指導

《課標》下的高中物理實驗教學注重培養學生的探究精神，其中探究性實驗是一個重要的教學策略。在進行探究性實驗時，為了有效引導學生，教師可以提供給學生實驗的參考資料和指導，為學生提供必要的實驗背景知識、實驗目標，以及實驗步驟的概要，以便學生能夠更好地理解實驗的目的和設計。參考資料的內容可以是相關的理論知識、先前的研究結果、實驗的預期結果等，為學生提供實驗研究起點，幫助他們開始實驗自己的研究問題[4]。

教師的指導是探究性實驗的另一個重要方面，教師可以提供實驗步驟、操作技巧、安全注意事項以及數據采集和分析的建議，有助于確保學生實驗的順利進行，幫助學生獲得準確和可靠的實驗數據。教師還可以就可能遇到的問題和困難提供建議，提高學生解決問題的能力。然而，重要的是教師要提供適度的指導，要鼓勵學生自主探究。學生要積極思考和提出問題，而不僅僅是按照指導步驟執行實驗，嘗試不同的方法，進行數據分析，提出結論，并討論實驗的局限性和改進方案。這有助于培養自身的批判性思維和解決問題的能力，提升科學素養。

（二）引導學生進行實驗變量的選擇和控制

《課標》下高中物理實驗教學強調探究性實驗，教師扮演了重要的引導者角色，幫助學生培養科學探究的能力。學生需要學會選擇實驗中的關鍵變量，教師可以通過提出問題、引導討論和示范等方式，幫助學生確定需要關注的變量，培養學生的問題意識和實驗設計能力。學生還需要學會控制實驗中的變量，確保實驗結果的可靠性和有效性。教師要教導學生如何使用實驗設備，采取適當的操作步驟，并對可能的干擾因素進行有效控制。這樣有助于培養學生的實驗技能和數據分析能力。在引導學生進行實驗變量的選擇和控制時，教師可以采用啟發式提問、小組合作等教學策略，激發學生的興趣和思考，促使他們積極參與實驗過程。此外，教師還可以提供反饋和評價，幫助學生改進他們的實驗設計，提高實驗質量。

（三）鼓勵學生總結實驗規律和解釋現象的原理

在探究性物理實驗中，學生不僅要完成規定的步驟，更重要的是通過觀察、測量和分析數據，自己總結實驗規律和解釋觀察到的現象的原理。教師要引導他們分析實驗數據，找出數據之間的關聯和規律。通過這個過程，學生將學會如何提取有關物理現象的信息，得出結論。培養觀察力和邏輯思維能力能讓他們更好地理解和記憶所學的知識。學生不僅需要知道實驗結果，還需要理解為什么會得出這樣的結果，教師要引導學生探討背后的物理原理，促使學生對物理原理產生更為深刻的理解。

結束語

合理的高中物理實驗教學策略可以有效提高學生的學習積極性和實踐能力，幫助學生對物理知識有深入的理解。這要求教師具備一定的專業素養和教學經驗，還需要關注學生個體差異和學校教學條件等因素的影響。

參考文獻

[1]耿碧玉.新課標下高中物理實驗教學探究[J].學周刊，2023（28）：73-75.

[2]成響元.新課標下高中生物實驗教學的有效策略研究[J].科學咨詢（教育科研），2023（8）：197-199.

[3]韓琦.探究新課標下高中物理實驗教學的有效策略[J].數理天地（高中版），2023（12）：67-69.

[4]趙蕊，牛昱，吳云飛，等.新課標下物理實驗教學中培養學生創新能力的教學設計及策略研究：以《電容器的電容》為例[J].經濟師，2023（6）：146-147，149.

本文系福建省“十四五”規劃課題2022省級課題：“深度學習視域下中學物理智慧課堂有效教學的研究”（課題批準號：FJJKZX22-231）研究成果）。