基于科學思維的高中物理實驗復習大單元教學策略

李瑞 湯羚

【摘要】基于科學思維的物理實驗復習大單元教學，可以讓高中學生對物理實驗問題的解決有更深層次的理解，幫助學生從實驗知識復習階段過渡至科學思維發展階段.基于高中物理實驗復習大單元教學意義，文章探討了科學思維背景下的高中物理實驗大單元復習策略，圍繞山科版高中物理實驗大單元復習教學案例，提出有關教學實踐的建議，為高中物理教師提供研究參考.

【關鍵詞】高中物理；大單元；實驗教學

科學思維是形成并運用于科學認識活動，基于對真理的認識，對各種科學思維方法的有機融合，在實踐活動中形成的一種思維.高中物理科學思維是學科核心素養的重要組成部分，開展指向科學思維培養的實驗復習大單元教學，能提高高中學生的物理學習成績和實踐探究水平.為了促進學科核心素養培養落實，高中物理教師需要將科學思維方法貫穿于物理實驗復習教學活動的始終，由此提高學生的學業質量水平.

1 高中物理實驗復習大單元教學意義

科學思維在《普通高中物理課程標準》中出現的頻率較高，是物理學科重要的核心思想之一，也是高中物理學業水平考試的重要考點.大單元復習，打通了單一課時教學之間的界限，有效改善學生低效的傳統復習方式.開展基于科學思維方法的高中物理實驗復習大單元教學，可以明顯改善學生的復習質量，提高物理實驗復習效率.學生在多樣化的科學思維方法加持下，將大單元實驗復習內容劃分為具體實驗模塊，不僅降低了復習的難度，而且有助于提升學生的實驗能力和復習效率.

高中物理教師圍繞科學思維核心素養要求，以多樣化科學思維方法為主線，進行高質量實驗復習大單元教學活動，將科學思維培養貫穿于不同的復習環節，提升學生的物理實驗能力.基于科學思維方法的實驗活動，能加深學生的單元知識學習印象，最大程度提升學生的核心素養水平，促進其物理思維品質提升，由此擴大物理實驗復習教學成果，使學生的科學思維、探究能力等方面有所提升，也促進學業質量水平提高.

2 科學思維方法下的高中物理實驗大單元復習策略

2.1 科學思維方法為主線，劃分實驗復習模塊

科學思維方法能為高中物理的物理實驗復習提供指引，幫助學生科學劃分實驗復習模塊，有助于提高復習效率［1］.高中物理教師應以科學思維方法為主線，控制好實驗復習量，依據科學思維方法劃分實驗復習模塊.

例如 在講解山科版高中物理必修第一冊“相互作用”這一單元內容時，由奇特的力現象導入新課，涵蓋“重力與重心”“科學探究：彈力”“摩擦力”三節課程，教師應當利用學生熟悉的情境，帶領學生用輕彈簧、光滑物體進行實驗復習，分析、推理物體的受力情況，區分觀點與證據，提升物理實驗復習效率，通過復習來培養學生的質疑與創新思維.

“相互作用”這一單元要求學生掌握重力、彈力、摩擦力和胡克定律內涵，學會計算各種力，根據生活中的現象理解物理原理，探究物理現象本質，加深相互作用觀念.首先，教師向學生呈現“2022卡塔爾世界杯點球大戰”相關視頻資料，以科學思維方法為主線，帶領學生分析足球運動軌跡，聯系本單元力學相關知識，科學劃分實驗復習模塊.然后，教師指導學生做重力實驗，通過測量不同物體的重量，運用公式“G=mg”計算質量，復習與重力相關的知識.在此基礎上，教師引用“蹦極”圖文資料，讓學生回憶所學的彈力知識，做“形變”實驗，復習彈性形變和范性形變相關知識，總結胡克定律及其公式“F=kx”.為了培養學生的科學思維，教師可以根據塊狀劃分的單元復習項目，引領學生做“滑動摩擦”實驗，復習滑動摩擦力大小與物體間壓力大小的關系，要求學生運用公式“f=μN”求出與實驗相關的數據，逐步過渡至靜摩擦力實驗，讓學生根據摩擦力的調控，形成對三種常見的力（重力、彈力、摩擦力）的學習印象.最后，教師補充設計基本儀器使用實驗活動，銜接各類實驗復習模塊，在單元復習教學中，增強學生的規范操作意識，全面提高學生的實驗探究能力，使之形成科學思維品質.

2.2 滲透多樣性思維方法，提升思維品質

任何一種教學形式都不是萬能的，滲透多樣性思維方法，可以提升高中物理實驗大單元復習質量，提升學生的科學思維品質，鍛煉學生物理實驗能力.高中物理教師可以在實驗復習教學中向學生滲透不同的思維方法，科學引導學生分析實驗問題，通過實際操作，深化學習理解印象［2］.

例如 在講解山科版高中物理必修第二冊“圓周運動”這一單元內容時，本單元由活動中的圓周運動導入新課，涵蓋“勻速圓周運動快慢的描述”“科學探究：向心力”“離心現象”三節課程，教師需要指導學生運用勻速圓周運動模型解決問題，對常見的勻速圓周運動進行分析、推理，從不同角度分析、解決勻速圓周運動問題，提升物理思維品質.

“圓周運動”一單元涉及的物理問題題材廣泛，教師可以利用向心力演示儀等器材，指引學生歸納實驗信息，獲得相關結論，運用多樣性思維方法解釋物理現象，從而理解勻變速圓周運動等知識，強化理論聯系實際的能力.首先，教師可以利用“摩天輪”引入復習活動，向學生滲透多樣性思維方法，引導學生分析生活中的不同圓周運動.然后，教師引導學生運用線速度公式“v=st”、角速度公式“ω=φt”、線速度和角速度之間的關系式“v=rω”解決有關問題，做“轉動籃球”實驗，復習影響向心力大小的因素，進一步理解向心力大小“F=mrω2”，理解公式“F=mv2r”的推導過程，學會運用公式“a=rω2、a=v2r”計算向心加速度.教師向學生滲透留跡法、外推法、積累放大法等科學思維方法，指引學生探究離心運動，根據豎直平面內的圓周運動，開展“拱形橋”實驗，探究生活中的“離心現象”，從而強化學生的理論聯系實際意識.最后，教師總結不同的科學思維方法，引導學生回顧實驗復習過程，從大單元整體角度總結知識，可以增強學生的復習效果，學生的科學思維品質促進提升.

2.3 開展多元化實驗探究，達到學以致用的目標

多元化實驗探究活動，是高中物理實驗提升大單元復習的常用手段，可以促進復習教學質量，讓學生達到學以致用的目標［3］.高中物理教師在多元化實驗活動中，引導學生思考實驗原理，反思操作步驟，可以將實驗內容與大單元專題有機結合，由此提升學生物理思維品質.

例如 在講解山科版高中物理必修第三冊“閉合電路歐姆定律與科學用電”這一單元內容時，本單元由電問題導入新課，涵蓋“閉合電路歐姆定律”“科學測量：電源的電動勢和內阻”“科學測量：用多用電表測量電學量”“科學用電”四節課程，教師應該圍繞閉合電路中常見的電路問題，設計多元化實驗活動，引導學生運用相關論據證明結論，通過操作和反思，復習用不同方法解決與閉合電路歐姆定律相關的物理問題，培養學生學以致用的能力.

“閉合電路歐姆定律與科學用電”這一單元圍繞閉合電路歐姆定律展開，教師要利用實際生活中常見的電路問題，啟迪學生的思維，讓學生在復習中，探究與閉合電路歐姆定律相關的實驗，為學生提供充足的實踐機會，提升大單元復習教學質量.首先，教師用常見的家庭用電、電路故障排查問題，引導學生開展多元化實驗探究活動，探究電源特性，以復習電動勢、閉合電路歐姆定律以及相關公式“I=UR、E=U外+U內或I=Er+R”.然后，教師為學生提供不同的實驗器材與電路圖，讓學生自行組裝實驗器具，探究路端電壓與外電阻的關系，觀察路端電壓隨外電阻變化的現象，復習公式“U=E－Er+Rr”，結合閉合電路歐姆定律分析相關電路問題以及物理現象，鞏固自己所學基礎物理知識.教師可以將“電源的電動勢和內阻”“用多用電表測量電學量”兩項實驗融合，讓學生從實驗原理與設計入手，分析實驗數據，認識多用電表并讀數，在多元化實驗探究中幫助學生復習舊知識.最后，教師引導學生做“自來水和鹽水電阻測量”實驗，鼓勵學生用電表分別測量電阻，以驗證自我估算的準確性，同時，向學生滲透科學用電理念，使其了解各種家用電器的使用方法，形成安全用電、節約用電的良好意識.

2.4 鼓勵進行個性化復習，充實實驗復習課程

個性化復習是開展物理實驗復習教學的一個途徑，有助于促進高中學習個性發展，充實物理實驗復習課程［4］.教師在大單元教學目標的指引下，為學生設計不同的個性化學習活動，讓學生運用自己喜歡的方式進行實驗，可以營造良好的復習氛圍，由此提升大單元復習教學質量，擴大實驗復習教學成果.

例如 在講解山科版高中物理選擇性必修第一冊“機械波”這一單元內容時，本單元由“身邊的波”導入新課，涵蓋“波的形成和描述”“波的反射和折射”“波的干涉和衍射”“多普勒效應及其應用”四節課程，教師可以在熟悉的問題情境中引導學生運用簡諧波模型解釋機械波問題，通過個性化的推理得到結論，通過波的干涉、衍射規律說明波的流動性特點，由此增加學生對波的認識.

“機械波”這一單元知識涉及波、橫波、縱波等領域，波速、波長、波頻之間的定量關系是研究重點，教師應鼓勵學生在實驗復習中，運用自己喜歡的方式解釋與機械波有關的物理現象.首先，教師要明確以下考綱要求：

（1）橫波和縱波；橫波的圖像；波長、頻率、波速的關系.

（2）波的反射和折射；波的疊加、干涉、衍射現象.

（3）聲波、超聲波及應用、多普勒效應.

然后，教師可以提煉單元內的不同實驗教學內容，鼓勵學生自行總結實驗相關結論，設計自己喜歡的實驗方案.教師針對學生設計的個性化實驗復習方案進行優化，鼓勵學生從“身邊的波”入手，研究相關物理現象，復習波速公式“v=λT或v=λf”.再設計“水波反射”實驗活動，要求學生自主復習相關物理原理知識，探析入射角和折射角與波速之間的關系“sinisinr=v1v2”.最后，教師鼓勵學生探究“多普勒效應”，設計有關“波源運動”的個性化實驗，鼓勵學生進行個性化復習，使之深入理解所學物理實驗知識，懂得“多普勒效應”在生活中的廣泛應用，充實物理實驗復習課程內容，促進學生個性發展，提高復習教學效果.

3 結語

綜上所述，開展基于科學思維方法的高中物理實驗復習大單元教學，有助于提升學生的實驗復習效率，鍛煉學生的物理實驗能力，提升其思維品質進而擴大復習教學成果.在科學思維素養培養背景下，高中物理教師以科學思維方法為主線，向學生滲透多樣性的物理實驗思維方法，科學劃分實驗復習模塊，提升學生的思維品質.教師利用多元化實驗探究與個性化復習活動，驅動學生運用不同方法進行實踐，進而達到學以致用目標，充實實驗復習課程內容.因此，高中物理教師應嘗試將大單元教學形式推廣到物理實驗復習環節中，探索高中物理復習課堂教學的轉型，促進學生形成良好的科學思維.

【本文系福建省廈門市思明區教育科學“十四五”規劃2022年度課題“基于大單元設計的高三物理熱學模塊一輪復習課教學研究（課題編號：W2022Z0272）”研究成果】

參考文獻：

［1］彭俊勉.聚焦大單元教學設計的高中物理課堂教學［J］.試題與研究，2022（25）：165-167.

［2］張嘉弘.高中物理實驗深度復習路徑研究［J］.物理教學探討，2022，40（07）：7-10.

［3］袁加興.項目式學習的高中物理實驗專題復習課探索——以新人教版“導體電阻率的測量”為例［J］.物理教師，2022，43（04）：85-87+90.

［4］彭麗.基于素養本位的高中物理大單元教學評價研究——以“動量守恒定律”為例［J］.中學物理教學參考，2021，50（24）：1-3.

［5］張軍朋，范亞輝，呂辰祎等.高中物理探究型實驗設計能力測評框架的構建與應用［J］.物理實驗，2022，42（11）：50-59.