創新物理實驗設計,發展學生科學素養

張勇亮

科學素養是高中物理教學中必須著力強化的基本能力，更是物理實驗中應培植的關鍵品質。而以科學素養培養為導向，來加強對高中物理實驗教學策略的創新，則勢必更利于學生的科學興趣激發、科學方法掌握、科學知識內化、科學精神傳承，而且，在蘊含著創新特性的實驗策略驅動下，學生的認知潛能必然會得以切實開掘，這也自然更利于其創新能力與創造素養的發展。基于此，教師在落實高中物理實驗教學創新策略探究時，應以切實培養學生科學素養為引領，就傳統實驗的方案構建、開展方式、實施途徑予以革新。多為學生提供一些在探究、實踐、應用中改進實驗途徑的機會與條件，以此來激發學生的創新欲望。讓其積極參與至實驗創新中，借助多種方式、選用多種途徑開展操作、探究、驗證、猜想、嘗試，為學生的科學素養發展而奠基鋪路。

一、高中物理實驗中科學素養的基本構架解析

實驗是物理學科的重要構架，更是引領學生從操作出發，通過現象研判、數據解析、操作嘗試得出實驗結論，發展科學素養的載體。而在構架上，高中物理實驗領域的科學素養，主要涵蓋了科學興趣、科學方法、科學知識、科學精神四大領域，其彼此間既緊密關聯、互相影響，又共同作用于學生的認知發展與素養塑造。

1. 科學興趣

具有探究科學實質與內涵的強烈好奇心與迫切求知欲，將自己對科學的熱愛，反饋至了解科學、接觸科學、探究科學的認知項目領域，來開展實驗探索，發展認知能力，是每一位高中學生物理實驗學習中應具備的基本素養與意識，也是科學素養得以發展的前提與基礎。而高中物理實驗中應培養的科學興趣，則主要體現在對學生熱愛科學、崇尚科學的積極態度培養，并為學生科學素養的升華提供了根本保證。

2. 科學方法

高中物理實驗中的科學方法，主要指學生在參與科學探索的過程中，通過方案構建、目標確立、理論學習等而建立的對科學原理的運用途徑。其主要體現在學生運用自身所學來解決實驗問題領域，且為學生實驗操作技能的提升，以及知識運用能力的發展，提供了實踐指南與理論參考。同時，掌握基本的科學方法，并將其與實驗探索相融合，則是確保高中物理實驗得以創新的關鍵與重點，也是發展學生科學素養的重要途徑。

3. 科學知識

每一項物理實驗的開展，必然離不開輔助性理論的支撐。而借助高中物理中的諸多自然現象、物理原理、客觀事物等，組織學生在實踐與操作中理解其中所蘊含的物理思想、方法、原理等，則是確保學生物理認知體系逐步完善的關鍵所在。可以說，借助基本的物理原理解析，以此來引領實驗操作的開啟，為其掌握物理知識而助力，則是凸顯物理學科特性的關鍵，更是讓學生在科學知識驅使下獲得科學素養發展的基礎。

4. 科學精神

在實驗探究的基礎上，建立起正確的價值判斷，進而形成對科學負責任的態度，本著實事求是、嚴謹認真、精益求精的態度參與物理實驗，并根據實驗中所出現的諸多問題，開展質疑、獨立思考、合作互助，既是學生物理實驗中應具備的關鍵品質與能力，更是發展學生尊重學科意識的必然選擇，這也是科學精神的實質。可以說，加強對物理實驗創新中的科學精神培養，則是確保學生科學素養提升的必然選擇。

二、借助物理實驗教學創新來培養學生科學素養的作用與價值

以切實創新物理實驗教學指導、設計、組織策略為引領，來加強對學生的科學素養培養，不僅有助于學生創新意識與能力的建立，而且對實驗教學實效的增強，也具有積極影響與重要作用。

1. 有利于學生創新意識的提升

在科學素養培養目標的驅動下，通過教師的科學指引，讓學生根據預設實驗目標、具體實驗方案，致力于對實驗器材、設備等選用方式的創新，以及實驗操作手段、方式的變革。不僅可切實培育學生的創新意識與能力，而且更利于學生認知潛能的開掘，以促使其在創新探索、實踐、體驗中更好地內化物理原理、思想、方法，來確保學生物理知識體系的逐步完善。

2. 有利于實驗教學實效的強化

通過對物理教學策略與手段的切實創新，可使很多物理實驗得以開展與落實，更為貼近學生的身心特性與認知訴求，以切實調動學生的實驗探索積極性，進而使物理教學中涉及的諸多理論知識、思想方法等，以更為直觀、形象、具體的方式呈現至學生視覺，以此來確保實驗教學設計的針對性與實效性，為確保高中物理實驗教學改革的實現而奠定基礎。

三、科學素養培養下的高中物理實驗教學創新策略

物理教師要切實發揮物理實驗的引領作用，讓學生在實驗創新策略、途徑、手段等的驅動下，切實發展自身科學素養，不僅更利于高中物理的學科特性凸顯，而且更利于實驗教學實效的強化。因此，教師應以切實創新實驗教學策略為鋪墊，以發展學生科學素養為目標，對物理教學中對應的實驗方案、項目、器材、流程等予以改進與變革。讓學生在創新性體驗、創造性實踐中積極參與探究、應用、研判，來提升物理實驗教學的實效性與延展性，來助推學生的科學態度、探究精神等培育。讓學生在創新實踐、操作、探索的驅動下，切實完善認知體系，深度內化物理理論，更好地發展科學素養。

1. 借助信息技術創新實驗設計，為學生科學素養的培養而奠基

高中學生物理學習領域的科學素養培養，是確保其科學態度建立、科學精神傳承的關鍵與核心。特別是對于物理學習中涉及的一些較為抽象的實驗原理、思想、方法等，若離開了學生的近距離感受與體驗，僅僅依靠教師的直觀解析開展指導，則勢必能引發學生的思維漣漪，實驗教學也會形同虛設。因此，教師在落實一些對實驗環境、條件、器材等要求較高的實驗指導時，可通過對媒介資源、信息技術等的充分借助，來優化實驗設計、創新實驗途徑。使學生在網絡視頻的引領下，站在全新視覺觀摩實驗現象，了解實驗流程，以此來激發其探究欲望。同時，還可通過對一些模擬軟件、仿真軟件的借助，來創新實驗實施途徑，使實驗中需要展示的物理現象、原理等，以更為直觀、形象、豐富的方式被遷移至學生視域，為其精準理解實驗內涵、切實發展科學素養而助力。例如，在“行星運動實驗探究”中，由于其涉及的實踐過程難以在常規實驗條件下實現，教師可在實驗設計中實施引入輔助性媒介資源，組織學生集體觀看有關“行星運動”的模擬場景，來展示開普勒三大定律所對應的行星運動規律，并在其中引入“嫦娥一號”繞月運動的動畫。讓學生在直觀感知與深度體驗中獲得對其中所蘊含的實驗原理的精準把握，使實驗教學的開展更為形象生動，以切實強化學生的科學素養培育，來確保實驗設計的實效性，并為實驗教學創新目標的逐步達成而助力。

2. 利用生活材料創新實驗指導，為學生科學素養的形成而助力

受諸多因素的制約與影響，導致很多傳統物理實驗的開展往往以教材固有指導思路為指引，且對學生的認知實際、身心特性、理解能力等兼顧不足。以致很多實驗項目的推進方式、落實路徑顯得極為單一、枯燥、乏味，這勢必難以激發起學生的實驗興趣，且不利于學生的創新意識與創造潛能開掘。基于此，教師應以切實創新實驗指導模式為引領，通過對生活材料的切實開發與利用，就教材內涉及的實驗方案、思路、流程等，以更具新意、更為豐富的途徑遷移至學生視域，來調動其探究熱情與實踐欲望，為實驗教學效能強化而鋪設廣闊路徑。同時，教師應結合預設實驗方案，多為學生提供一些改進、變革、創新的機會。通過師生、生生間的合作研討，確立起更為科學、高效、簡易的實驗實施途徑，來增進師生、生生在實踐操作中的互動與合作，使物理實驗的開展能更好地服務于學生的科學素養培育。例如，在開展“自由落體運動實驗探究”中，可對教材實驗中涉及的實驗器材予以創新與改進，為學生提供諸如羽毛、小球、尺子等實驗工具，讓其采用合作探究的方式自行構建實驗方案，開展實踐探究。以幫助學生在動手實踐中深刻理解自由落體運動的軌跡，來促進學生的物理思維與探究精神發展。讓其在生活材料的引領下，開展創新探索，助推其科學素養的發展。

3. 通過自主探索創新實驗策略，為學生科學素養的發展而鋪路

為學生提供更多自主探索、實踐應用的機會，來凸顯其課堂主體地位，將實驗建構的自主權、實施權還給學生，以更好地促進其探索精神與實踐能力的發展，則勢必更利于物理實驗教學創新目標的達成。因此，教師在落實高中物理實驗教學創新策略探究時，應以切實創新實驗建構手段與途徑為鋪墊，多為學生提供一些創新實踐與創造探索的機會。鼓勵學生在切實明確實驗原理的基礎上，自選實驗材料，自構實驗思路，自設實驗方案，開展深度探究與精準解析，將自己的思想融入實驗創新領域，變革實驗實施手段、方式、途徑，來引領學生的物理核心素養塑造。例如，在開展“歐姆定律”實驗指導中，可讓學生自行設計實驗方案，在其完成實驗方案構建后，組織學生集中對自己的方案進行考量、分析、判別，以小組為單位選出最優方案，并開展自主探究，來發展學生的質疑精神與探究意識。而在“力的相互作用實驗”中，可通過對實驗器材的創新與改進，讓學生自行選用生活中常見的橡皮泥、塑料水瓶開展實踐。在用力將塑料瓶擠壓進橡皮泥之后，將兩者分離，幫助學生在創新實驗中感受其中的物理原理，以全面創新實驗建構策略。以通過諸多創新性實驗策略與途徑的驅動，助推學生對主要物理原理的深度內化，確保其科學素養的切實發展。

總之，作為自然科學領域的主要組成部分，物理學科本身是培植學生科學素養的認知工具。而實驗又是高中物理教學的重點與核心，也是引領學生科學素養發展的堅實保證。這使得通過對實驗教學的創新實踐，讓學生在更為豐富、鮮活、生動的實踐生態內開展物理實驗，發展自身科學素養，則不僅是對新課標思想與理念的深度踐行，而且更利于實驗教學實效的增強與提升。特別是面對更具吸引力、感染力、生命力的實驗項目，學生在實驗領域的參與熱情、探究興趣必然會得到切實開發，這自然更利于其科學素養的培育與塑造。因此，教師在落實高中物理實驗創新途徑與措施探究時，必須以預設教學目標為引領，就實驗的實施方案、開展思路、落實方式等，選用最易被學生所接受的方式予以改進、變革、優化，以全面提升實驗指導的延展性、發散性、創造性。讓學生在積極動手操作、切實開展創新實踐中獲得認知潛能開掘與創新意識培植，使每一項實驗任務、活動的推進與落實都釋放出創新的火花與創造的魅力，借此于潛移默化、循序漸進中培育學生的科學素養，則勢必更利于學生認知體系的完善，以及物理學科的育人功能凸顯，并為學生逐步夯實自身認知基礎、深度提升科學素養而提供堅實保證。