核心素養導向下高中物理實驗教學的創新研究

黃龍平

摘 要：隨著新課改的不斷落地和深入進行，高中階段對學生核心素養的培養進入到一個全新的階段，也引發了廣大教育工作者的高度重視。作為物理教學的重要一環及關鍵組成部分，實驗教學不僅可以培養高中生的物理思維，更能夠幫助其直觀、系統和清晰地感知和掌握物理知識，在培養核心素養的教育目標之下，具有不容忽視的意義和價值。因此，本文以“聚焦核心素養，創新物理實驗教學”為研究主題，先總結了目前核心素養導向下物理實驗教學存在的問題與不足，后具體指出了實驗教學的創新方向，以期相關研究內容能夠為廣大物理教師提供參考、帶來啟示。

關鍵詞：核心素養；物理實驗教學；教學設計

在高中物理教學過程中，教師必須結合課本當中已經呈現出的教學內容及知識點，采取豐富多樣的教學手段創新教學過程，讓學生對實驗充滿興趣，進而積極、主動地投身到實驗學習過程中。只有這樣，學生才能更為深入地學習和了解知識，了解相關結論的由來，提高物理學習及知識吸收的質量。根據新課程改革的具體要求，高中物理教學必須注重對學生核心素養的培養，教師需要注重對學生進行引導，確保其能夠積極有效地利用課堂所學的知識、教材上的內容解決生活中實際存在的問題。

一、核心素養導向下高中物理實驗教學的問題闡釋

高中物理學科的核心素養主要包括四個維度的內容，分別是物理觀念和應用、科學探究和交流、科學思維和創新、科學態度與責任[1]。而在高中物理實驗教學過程中，個別教師沒有嚴格從培養核心素養的角度思考問題，導致物理實驗教學的作用和價值沒有得到真正意義上的呈現。

（一）實驗教學本身沒有圍繞核心素養展開

隨著新課程改革的不斷深入，廣大教師對學生的核心素養培養工作越來越關注、越來越重視，不少教師開始積極嘗試各種各樣的改革實踐，注重對學生核心素養的培養，保障學生的全面發展[2]。但是在個別地區，個別教師沒有關注對核心素養的培養，或者說受傳統應試教育所影響，將物理這樣一門原本需要思考、分析以及推理演算的學科，處理成背誦性的學科。結果學生沉溺在題海當中，通過背誦標準題型、必考例題，甚至背誦實驗的方式來學習和感知物理，學生在整個學習的過程中是完全被動的，而且缺少必要的自主性和主動意識，最終影響到對物理核心素養的培養。

（二）教師在推進實驗教學的過程中缺少行之有效的辦法和手段

在以往的高中物理實驗教學過程中，很多教師習慣于要求學生嚴格按照實驗步驟進行操作，或者讓所謂的動手做實驗調整為“看”實驗，讓實驗充斥著“演示”意味。受這樣一種偏頗的教學觀念和習慣所制約，很多教師在實際開展實驗教學的過程中，在方法的選擇上也會比較局限，無法保證所有的學生都參與到實驗過程中，學生動手能力無法得到顯著提高。而且當教師本身對實驗教學不夠重視時，學校對實驗器材和設備的投入也不會予以更多的重視，最終影響到實驗教學的最終呈現效果。

二、核心素養導向下高中物理實驗教學的創新方向

以培養學生的核心素養為目的開啟的物理實驗教學，意味著通過實驗來激發學生探究知識的積極性和主動性，并在實驗過程中加強對物理知識的理解和應用，實現現實生活與物理時間的知識遷移。

（一）創設實驗情境，激發學生的學習興趣

在核心素養培育這一需求和目標之下，教師完全可以通過創設實驗學習情境的方式，讓學生真正意義上變成課堂的主人，提高其動手能力。這樣也可以盡可能地縮短學生與新知識之間的距離感，減少高中階段物理學習的心理作祟因素[3]。

1.妙用物理現象，激發學生的探究興趣

事實上，很多看似復雜的、不容易被理解的物理概念和知識，萌發于現實生活中十分尋常的細節，比如：大家所熟知的突然剎車時身體前傾的現象，就是對“牛頓第一定律”的最好折射，是對“慣性”這一知識點的延續。所以在進入全新的物理知識和概念時，教師可以使用生動的情境實驗，將要展開學習的物理知識點蘊含在實驗現象當中，來激發學生的興趣和探究意識，從而促進其更進一步地思考。以人教版“自感”部分的教學內容為例，在正式引入這一課題內容之前，筆者設置了以“神奇的觸電”為主題的導課實驗，在準備4～6V的交流電源、一個開關以及一個自感線圈的基礎上，將電源和線圈使用導線進行連接，再用兩根裸導線引出自感線圈的兩端；然后邀請一名同學上臺握住裸導線的兩端。此時，當教師接通電源以后，參加實驗的同學就會產生如同觸電一樣的感覺，教師隨即關于這起實驗所引發的現象進行提問，引發學生思考為什么會“觸電”，“電”究竟從何而來。

在以往的很多教學過程中，上述這種類型的小實驗往往是被教師忽略的，或者僅僅通過口頭表達的方式進行陳述，學生體驗感不足，對物理現象的感知也存在局限性，對教師的描述感到半信半疑。但是作為導課環節，教師可以將其轉化為具體的實驗，只需要短短的幾分鐘就讓學生完成體驗，產生后續探究的欲望，產生對于即將要學習物理知識的“初印象”，為增加新舊知識之間的關聯度，提供新的契機，而不是停留在看實驗或者聽實驗的層面。

2.立足生活實際，提高學生的實踐能力

在高中物理實驗教學的過程中，必須充分調動學生學習的積極性、主動性，具體可以結合學生在現實生活中所遇到的一些物理現象，讓學生針對實驗現象進行反思和猜測，產生借助實驗來驗證自己的想法是否正確——這樣一種思路[4]。以這樣一個小實驗為例：

準備兩個相同的晾衣架，然后將其中的一個晾衣架纏上繩子。邊纏繩子邊引導學生去思考這樣做的好處（衣服不容易掉落）以及為什么會產生這樣的現象，后續學生可以根據自己的猜想進行實驗設計和操作論證，最終發現繩索所帶來的最大變化在于受力面積的增加，阻力增加是導致掛在晾衣架上的衣服不容易滑落的重要原因。

這樣的操作模式有助于引導學生開啟物理實驗學習，不斷激發其物理思維。在推進實驗教學的過程中，教師可以將來自生活中的現象與物理知識進行組合，這樣不僅可以調動學生參與的積極性，激發興趣，還能加深其對物理實驗的理解和感知，對培養其物理核心素養，具有十分重要的作用。以高中階段的力學部分知識學習為例，當學生掌握了有關力學的相關知識時，會接收到物體下墜完全是由力學引起的——這一知識點。但是這一知識點在現實生活中有著怎樣的呈現，或者說現實生活中哪些現象與這一知識點相關，就可以導入實驗的方式，引導學生來參與和探究。

3.創設實驗情境，增強學生的參與感

教師可以根據教學目標創設實驗情境，增強學生對實驗的參與感。對高中階段的物理教學而言，情境的最大作用在于減少物理知識的晦澀程度，尤其是當物理知識本身比較抽象時，提高學生對情境的代入感十分關鍵，如此其所學習的物理知識才不會游離于現實世界。比如：在學習到力的分解與合成時，筆者設置了這樣的情境實驗：

準備一根拔河用的繩子，同時邀請兩名男生和一名女生參與實驗。兩名男生同時握住拔河繩的兩端，但彼此之間站得較為靠近，然后安排女生握緊拔河繩的中部，男生和女生分別朝兩個方向發力，會發現男生輕輕松松就戰勝了女生；但是如果讓兩名男生的距離稍微拉開，重新進行比賽，結果女生獲勝。

這樣的實驗現象無疑會引起學生的好奇，而“拔河”情境的設定，更容易讓學生減少對于新知識的抵觸心理。事實上，這樣一種看似有些奇妙的現象，可以通過物理學當中“力的分解”來輕松掌握，畢竟通過前后兩組不同的“比賽方式”，學生很容易發現實驗條件的變化所產生的結果變化，隨后其可以在教師的引導下繪制出不同的力分解與合成的圖示，增加體驗感的同時，也更為直觀地感受到物理知識的呈現，實驗所能產生的作用和效果可見一斑。

（二）整合知識模塊，實驗知識的“三化”實現

以核心素養培養為導向的高中物理實驗教學，需要進一步整合知識模塊，確保知識條件化、情態化以及結構化。畢竟對實驗本身而言，其存在的意義就是為了幫助學生更好地感知物理現象、遷移物理知識、完善物理知識網絡。進入到高中階段，學生所接觸的物理知識不斷增多、體系日漸復雜，及時梳理和整合是十分必要的。

1.條件化

其主要目的在于通過實驗揭示知識的產生過程，意味著教師要從實驗知識的開始進行教學，讓學生通過實驗過程了解知識（或者某些結論、公式）的產生過程。比如：在學習到電磁感應定律這部分內容時，學生需要新理解和掌握的知識點包括電磁感應定律的內容、特征等，此時引入“電動勢以及匝數之間的關系”——這樣的實驗，通過調節滑動變阻器的電阻，觀察示波器當中的波形變化，適度增加感應線圈的數量，及時測量并記錄下各次波形的幅度值，然后計入實驗記錄的表格當中，后續學生可以通過觀察實驗所記錄的數值，生成具體的數字變化圖像，探討結論。這個結論也可以直接證實電磁感應定律部分的內容，幫助學生增加記憶點，改善知識內化的效果。

如此，學生等于通過實驗的方式去觸碰知識，而不是單純停留在教材的文字層面靠自己的想象去抽象性地理解、生硬地記憶。可以說只有讓學生通過實驗感受物理現象從無到有、感受物理知識從“零”到生成的過程，他們的學習思路才是清晰的、知識的學習過程也是扎實和不斷遞進的。

2.情態化

其主要是指將理智和情感融入實驗當中所開啟的一種實驗策略，目的在于讓學生在實驗過程中不僅樹立絕對的理性和科學素養，更能產生一定的人文情懷。比如：在學習到摩擦力這部分內容時，已知力的產生會有三個重要的因素，分別是大小、方向以及作用點，而對于摩擦力而言，力的方向判斷無疑是最大的難點，此時教師可以按照讓學生提出問題、進行猜想，設計實驗方案，處理數據和總結經驗的思路，進行實驗過程的探究，而在這樣一個學生自行尋找問題、探究問題的過程中，學生的思維會得到充分的激發，在小組合作的過程中，也能夠充分建立良好且和諧的關系。而且在這樣一個完整的實驗設計過程中，學生既吸收到了理性知識內容，也補充到了一定的感性認知。教師可以引導學生懂得，生活中任何看似平凡的現象都有一定的道理和知識在支撐，面對這些現象要帶有一定的探究思維和問題精神，猜測其與物理知識之間的關聯性，不僅要從生活中捕獲知識、更要利用知識去解決現實生活中真實存在的問題。

3.結構化

其主要是指以實驗本身為分界點，將前后單元（或者章節）的知識進行高度銜接，將新的知識融入學生原本的知識結構和體系當中，完善知識網絡，讓學生在頭腦中逐漸形成有關物理知識的邏輯系統，在感知物理實驗本質的同時，實現對實驗知識的遷移和應用。如此也更容易揭示物理實驗的本質，因為如果學生本身沒有厘清實驗以及知識之間的邏輯關系，也很有可能會陷入知識越學越多、越學越混亂的情況，往往舊的知識還沒有完全消化，新的知識便無須疊加而上，比如：高中物理后期很多實驗會使用到滑輪——這種物理裝置，如果能夠在實驗當中重申滑輪的作用和功能，對學生的物理知識學習顯然會更加有利。

比如：通過實驗論證起步之時，10S內的速度可以達到100Km/h的小汽車，和要想達到100Km/h，需要500S的火車，究竟為何加速度有著如此大的差距時，需要測量加速度大小和物體質量之間的關聯性，進一步判斷加速度、力以及質量三者之間的關系。為了確保實驗結果的準確性，整個實驗被分為兩個部分，分別是在確保質量不變的情況下，判斷加速度和力之間的關系，以及確保力不變的情況下，判斷加速度和質量之間的關系。前者可以通過勻加速直線運動的位移公式，以及打點計時器對勻加速直線運動的位移和時間測量，來求解加速度；通過增加砝碼的方式，來改變實驗對象的質量，利用天平測量不同質量的實驗對象；利用彈簧測力計測量力的大小。而為了確保固定彈簧測力計能夠更為精準地測量運動中的重物，可以在彈簧測力計和重物之間，增加一個定滑輪。此時彈簧所顯示的數字、重物本身的重力以及具體承受的拉力之間存在明顯的數字關系，即在不考慮摩擦力的情況下，拉力=（彈簧顯示的數值—重力）/2。通過必要的討論以及比較策略，學生在縱向上能夠對高中物理學習過程中，所有涉及實驗元素的實驗都能產生連帶性的影響，而該結論基本為后續學生進行牛頓第二定律的學習提供了一定的基礎和保障。

結束語

在高中物理實驗教學的過程中，通過創設情境、聯系生活、整合知識三大方式，能夠進一步實現對學生物理核心素養的培養，更能夠幫助學生構建系統和完善的知識網絡，促使其擁有足以為后續走向社會、從事繼續教育所需的種種資本和條件。當然，由于核心素養本身是一個非常寬泛的命題，對具體方法的使用、策略的實施還需要考慮到高中生的實際情況，做到具體問題具體分析。在現有的圍繞高中物理實驗所展開的種種研究中，基于教材已有的實驗內容進行形式和操作上的創新，將是未來教育工作者所極力突破的方向，也會給高中生的物理學習帶來新的體驗。

參考文獻

[1]吳國增.高中物理實驗室安全風險與信息化管理策略研究[J].中國新通信，2022，24（01）：153-154.

[2]張耀軍.高效信息化課堂在高中物理實驗教學中的應用探析[J].中國現代教育裝備，2021（24）：24-25+31.

[3]全條芬.高中物理實驗教學中培養學生的自主探究能力[J].廣西物理，2021，42（04）：63-65.

[4]谷春生.新課標下的高中物理實驗教學實踐研究[J].中國現代教育裝備，2021（20）：30-32+35.