高中物理實驗教學發展學生物理學科素養

陳華雄

【摘要】實驗教學是高中物理教學中重要的環節之一，也是培養學生綜合能力的關鍵手段.新課標強調，在物理教學中，教師需要開展實驗教學來培養學生的物理學科核心素養，讓學生能更好地理解物理概念、掌握物理規律，促進學生全面發展.

【關鍵詞】高中物理；實驗教學；核心素養

在物理教學過程中，教師既要注重基本概念、基本理論知識的教學，同時也要組織學生開展相應的實驗活動，通過實驗活動讓學生把理論知識與實踐結合起來，實現對學生實踐操作能力的培養[1].因此在實際教學中，高中物理教師需要結合課標要求、核心素養要求，對實驗教學活動進行優化調整，實現學生高效學習.

1 物理實驗教學與核心素養培養

1.1 物理實驗與物理觀念

物理觀念是物理核心素養的基礎部分，其涉及物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念等多個方面.是物理概念和規律在頭腦中的提煉與升華，是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎[2].在高中物理實驗教學中，學生需要對實驗原理有充分了解，弄清物體間相互作用、運動規律等，當然，在此過程中，教師應給予學生及時指導，讓學生能更好地查缺補漏，完善學生知識體系，這對于學生形成正確的物理觀念很有幫助[3].

1.2 物理實驗與科學思維

在物理實驗教學中，有很多因素都會對實驗結果造成影響，學生必須對實驗進行認真仔細分析，找出實驗中的主要問題，構建相應的模型，充分發揮學生的主體地位，讓學生能結合實驗原理，選擇正確實驗方法，通過實驗操作、實驗分析得出正確結論[4].并且通過實驗還可以改變傳統課堂沉悶的氛圍，激發了學生的學習興趣，增加了學生學習的參與度，學生更加愿意進行問題思考，從而促進學生科學思維素養的發展.

1.3 物理實驗與實驗探究能力

在物理學科核心素養培養中，實驗探究不僅能體現學生的綜合素質，也能夠鍛煉學生的綜合能力，所有的物理猜想都需要通過實驗來論證.教師在實際教學中，需要結合學生的發展需求，引領學生獨立完成物理實驗，逐步提升學生的動手能力，學生在實驗操作過程中逐步提升自信心，教師趁此機會對學生進行情境引導，設計問題激發學生學習動力，讓學生深度思考在實驗中如何選擇正確的實驗方法，思考如何最大限度地控制實驗誤差等[5].學生在實驗中更容易深度感知自身的理論知識，理論與實驗相結合，能全面提升學生的綜合能力和素養.

1.4 物理實驗與科學態度

通過實驗活動，學生能達成正確的價值觀，形成必備的品格并且獲取關鍵的能力，教師需要引導學生合理地選擇各種實驗器材，設計科學合理的實驗方案，學生也可以更好地借助實驗來了解生活與物理之間的關系，培養學生科學態度及責任意識[6].學生在實驗過程中，如果出現實驗結果不符合規律的情況，需要對實驗進行認真分析，找出原因，避免同類錯誤的發生，使學生養成實事求是的科學態度.

2 高中物理實驗教學培養學生核心素養的策略

2.1 引導學生參與，形成物理觀念

在高中物理實驗教學中，教師首先要做的就是引導學生充分參與到實驗中去，并且教師要在此過程中加強物理觀念教育.物理知識之間聯系緊密，在物理實驗中，涉及的物理觀念并不是只有一個，一個觀念的形成往往是建立在其他觀念基礎上[7].因此教師要將學生物理觀念的培養貫穿于整個實驗教學中，教師根據實驗設計相對應的問題，讓學生能在解決問題的過程中逐步提升自身的物理觀念.對高中生來說，在形成了物理觀念以后，解決問題時無法聯系到相應的知識，或者是學生難以做到理論與實際的良好結合，對此教師還應該借助實驗，對學生進行適當點撥，幫助提升學生解決實際問題的能力.

2.2 結合實驗原理，培養科學思維

高中生的科學思維相對比較弱，在學習中，經常會出現無法找到實驗方法、難以理清實驗思路的情況.并且學生在遇到困難后很少主動思考問題的處理方式，而是直接向教師尋求幫助，如果教師直接告訴學生相應思路和處理方式，那么學生的科學思維水平很難得到良好提升[8].對此，在高中物理實驗教學中，教師要注意將實驗主動權交給學生，要求學生自己設計實驗方案，開展實驗探究，教師則起著監督、引導的作用，學生在尋求幫助時，教師應該先引導學生明確實驗原理，根據實驗原理來思考實驗活動，并在此過程中引導學生對關鍵信息進行分析，促進學生的思維能力發展.

2.3 設計實驗方案，提升實驗探究能力

完整、正確的實驗方案是學生開展實驗活動的重要依據，在實驗活動中，為了促進學生的實驗探究能力，教師還需要引領學生科學合理地進行實驗設計.在高中物理實驗教學中，實驗活動大多是學生通過小組合作的方式進行，所以教師也需要結合學生的能力強弱，對學生進行合理分組，然后引領學生以小組合作的方式設計實驗方案，便于學生實驗活動的推進.在實驗方案設計過程中，教師需要引導學生結合實驗目的、實驗原理，自主設計出實驗方案，然后小組中每個學生針對實驗方案進行交流討論，最后小組選出最合適的實驗方案.此外，教師也需要對各組學生提出的實驗方案進行評價和分析，幫助學生完善實驗設計方案，便于學生實驗活動的有序進行.

2.4 規范實驗過程，培養科學態度

在高中物理實驗教學中，教師應該充分尊重學生的主體作用，在學生實驗中對學生的操作進行規范，便于學生科學態度的培養.高中生在思維、心智等方面都存在一些不足，難免會出現粗心大意的情況，而在實驗中學生很有可能因為粗心大意出現不規范操作的情況，造成了實驗失敗.對此教師在實驗中需要注重對學生的操作過程進行指導，糾正學生的不規范行為，同時，在分組實驗過程中，引導學生吸取他人身上的優點，做到取長補短.

3 案例分析

為了更好地分析高中物理實驗教學中培養學生核心素養的策略，下面以“驗證機械能守恒定律”實驗教學為例，展開分析.在本節課中，學生需要通過自主實驗操作來掌握相應的知識，為了保證實驗教學活動的有序進行，教師需要結合核心素養要求，設置明確的實驗教學目標，具體包括：

（1）物理觀念目標，引領學生形成正確的能量觀，正確理解實驗原理，明確實驗設計思路.

（2）科學思維目標，結合實驗原理和構建的模型，設計合理的實驗步驟，準確地對各個物理量進行測量.

（3）實驗探究目標，能根據現有實驗器材開展實驗活動，根據實驗數據，分析、論證實驗結果，找出實驗誤差產生的原因，修正實驗方案.

（4）科學態度與責任目標，對實驗誤差進行認真分析，養成實事求是的科學態度，培養學生正確的價值觀.

3.1 實驗導入

在進入課堂后，教師首先給出學生問題，通過問題來啟發學生思維：機械能守恒的條件是什么？在常見的模型中，哪些模型只有重力、彈力在做功？學生經過之前的學習，可以準確地回答出機械能守恒的條件、表達式，鞏固了學生的理論基礎，為后續實驗推進提供了保障.同時在第二個問題中，教師還可以借助問題來培養學生的建模意識，讓學生能形成完善知識體系.接著教師拋出本節課的話題：通過實驗驗證機械能守恒定律.讓學生結合教材，分組討論該如何進行實驗.以此激發學生的探究欲望，培養學生的科學思維.

3.2 實驗思路

首先教師提出問題：如果讓你們自己設計實驗方案，你們會利用哪種模型完成實驗呢？在實驗中需要對哪些物理量進行測量呢？要用到哪些實驗器材呢？這一環節可以讓學生結合自身學到的物理知識，深度分析需要測量的物理量，進而判斷實驗中哪些方法是可行的，提高了學生的問題分析能力，同時也培育了學生的科學探究素養，促進了學生的核心素養發展.

其次教師要針對學生提出的各種觀點進行歸納總結，引導學生能明確實驗目的、實驗原理，便于學生實驗活動的規范進行.在此階段，教師需要肯定學生的思路，同時強調實驗操作規范的重要性，從而更好地培養學生的實驗探究素養.

3.3 實驗步驟

在實驗中，教師先將學生分成多個小組，讓各組學生根據合理的實驗原理，按照自己組設計的思路，選擇相對應的實驗器材，整理出相對應的實驗步驟.隨后教師對學生各種準備進行適當的指導，以便于實驗活動的順利完成.如在自由落體實驗中，實驗原理是滑塊的重力勢能減少量和動能的增加量相同.實驗中用到的器材包括紙帶、鐵架臺、電源、滑塊、打點計時器、刻度尺等.接著教師指引學生安裝好各種實驗器材，進行相應的實驗操作.各組學生在實驗操作過程中，教師需要做好監督巡視工作，同時教師還可以根據學生的實驗情況，給出問題：動能增加量和勢能減少量都一樣嗎？是什么原因造成的？學生經過實驗計算可以發現，動能的增加量稍微小于勢能減少量，學生根據這一結果可以得出在實驗過程中存在阻力.接著教師繼續提出問題：實驗中的阻力主要來源于哪里？有什么方法可以減少誤差？在學生思考活動結束后，教師帶領學生做出總結，空氣阻力屬于系統誤差，很難徹底消除，在一定誤差允許范圍內，實驗依舊是成功的，從而驗證了機械能守恒.

在實驗教學中，教師需要將實驗操作的主導權交給學生，讓學生有充足的時間及空間進行操作.學生之前經過理論學習，已經對實驗目的、實驗原理、實驗所需要測量的物理量有充分了解，結合這些信息，學生需要反推出實驗需要的器材，增強學生推理能力.學生通過小組合作，可以討論出實驗的整體構架，這對于學生探究能力的培養也是有很大幫助，并且學生在小組交流中還可以提高自身的團隊協作能力及總結表達能力.教師在引領學生進行總結時，需要保持總結的標準性、完整性，規范科學用語，培養學生嚴謹科學態度.此外在實驗中，考慮到誤差的存在，引起了動能、勢能變化量不同的情況，教師需要指引學生對誤差展開分析，從而培養學生實事求是的精神，促進學生正確能量觀的形成.

在實驗結束后，教師要引領學生通過小組討論，總結出實驗中的不足、改進之處、相關注意事項等，讓學生能在總結中提升自身的實驗探究意識，并且能防范學生同類錯誤的發生.學生通過問題分析、問題處理能促進學生的綜合能力提升，滿足了學生的物理核心素養發展所需.

4 結語

綜上所述，核心素養的形成對學生成長至關重要.高中物理教師在實際教學中，必須考慮到學生全面而有個性的發展，靈活運用多元化教學手段來組織開展實驗教學活動，讓學生在實驗探究中提高自身的學習自覺性，深化學生對物理基本概念、基本物理規律的把握，全面提升學生的綜合素質，為學生今后的學習和生活打下堅實的基礎.

參考文獻：

[1]李池華.核心素養視角下的高中物理實驗情境創設策略[J].物理之友，2022，38（10）：17-19.

[2]吳正飛.學科核心素養融入高中物理實驗教學的策略探究[J].數理化解題研究，2021（24）：70-71.

[3]張小虎.核心素養背景下高中物理實驗教學有效性的策略探究[J].考試周刊，2021（86）：124-126.

[4]王維.核心素養視域下高中物理實驗教學的思考與實踐[J].課程教育研究，2021（22）：117-118.

[5]張海燕，耿培娟，朱賀.淺談如何在高中物理實驗教學中培養學生的核心素養[J].中學課程輔導（教學研究），2021（29）：56.

[6]熊亞林.核心素養下高中物理實驗教學的開展策略[J].教學管理與教育研究，2021，6（17）：90-91.

[7]熊亞林.基于高中物理實驗教學的學科核心素養培養方法研究[J].求知導刊，2021（45）：65-67.

[8]葉曉強.高中物理實驗教學中學生核心素養的培養[J].西部素質教育，2022，8（09）：91-93.