基于核心素養的高中物理實驗教學探究

李志新

【摘要】核心素養的培養界定了人才培養的效果，尤其在素質教育蓬勃發展的當下，物理這一類理科學科的關鍵能力和學科素質的培養尤為重要。從實際情況和學生特點出發，精心設計，巧妙展示物理課程內容，引發學生積極猜想，提高學生物理學習興趣。實驗是高中物理的重要構成部分，物理學習與實踐密不可分。教師開展“講解+實驗”的教學模式，帶領學生觀察實驗現象，探究物理奧秘，化抽象為形象，化枯燥為生動，高效提高物理教學質量。

【關鍵詞】核心素養? 高中物理? 實驗教學

【課題項目】本文系2021年教育部“十四五”教育科研規劃全國重點課題《核心素養視域下高中物理實驗探究教與學的策略研究》（課題批準號：JKY16488）的階段性成果。

【中圖分類號】G633.7 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2023）06-0190-03

高中物理被普遍認為是一門很抽象的課程，其涵蓋自然界中的一些現象和規律，主要有物質的運動情況以及它們產生的相互作用等。物理學完整體系的基本概念與規律建立在大量的科學實驗之上，物理實驗是學生學習和認識物理現象知識，探究物理規律的重要途徑。教師的教學中要善于運用實驗調動學生的視聽感官，引領學生通過實驗直觀地探究物理現象和規律，讓學生在實踐過程中自己領悟物理原理和觀念，形成科學態度和意識，從而能夠實際地提升學生在物理學習中的觀察分析能力、科學思維以及處理問題能力與實驗能力。

一、基于核心素養的高中物理實驗教學的重要性

科學技術的進步將人們的思想發展引向更加開明的階段，伴隨著時代發展和社會變革，人才培養的要求也越來越高，教育改革也隨之而來。核心素養的培養可謂是當前教育改革的主要內容，物理核心素養的培養是指學生在具備基礎的物理知識技能的同時還具有對物理知識和規律的認識能力、對于物理問題能夠獨立思考和積極探究解決的能力，還要求學生帶著物理知識和技能，關注生活實際和社會時事，培養科學態度和科學精神。

早在2014年教育部就確立以發展學生核心素養為目標的課程改革方向，2017年物理學科核心素養的培養方向趨于成熟。物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任是物理核心素養的四個重要組成部分，也是衡量學生物理學習成果的重要維度。物理觀念是指學生從物理學角度出發概括性地認識客觀世界，對于物質構成、相互作用、運動規律、能量等基本物理現象和本質形成一個基本的知識框架，并能夠使用基本的物理知識對外界事物如一些物理現象進行解釋。科學思維是指學生客觀認識事物本質與內在聯系，用推理論證的思維方法概括抽象事實，基于事實證據創造性地提出見解，提高學生推理、論證、質疑、創新的能力。

二、現階段高中物理實驗教學中存在的問題

（一）重視知識講解，實驗操作不足

信息技術的發展為教師的教學提供極大的便利，很多教師在物理教學時積極引入了多媒體教學方式。教師認為利用多媒體給學生以視頻的形式展示實驗過程同樣能起到實際開展物理教學活動的成效，教師邊播放視頻邊給學生講解實驗中的物理現象以及關鍵的知識點。多媒體教學雖然能夠節省教師的課堂教學時間，但實際的教學成效并沒有學生親自開展物理實驗探究活動好。很多學生在課堂上只是走馬觀花，粗淺地記錄教師講解的實驗內容，由于沒有真正的實驗操作，無法使學生獲得真實的學習體驗。學生的物理探究精神、實踐操作能力也沒有得到良好的鍛煉與發展，并沒有真正體現物理實驗教學的價值所在。

（二）過程流于形式，難以達成目標

高中物理實驗教學存在過程流于形式的問題，由于學生是在教師統一指導之下，在同一個場所，用同樣的器材進行實驗操作，很容易受到教師及其他同學的干擾，亦步亦趨，按照教師所說的步驟或者其他同學的操作步驟進行實驗，并沒有個性化地發現問題、提出問題、解決問題。這種流于形式的物理實驗探究活動并不能真正地提高學生的觀察能力、推理能力、分析綜合能力、應用處理問題能力、實驗能力。另外，很多學生在實驗操作時過于依賴同伴，并沒有在實驗操作的過程中主動思考，積極探究，缺乏合作學習的意識。程序化、機械化的物理實驗活動難以達到預設的教學目標，給教學的時效性造成嚴重影響。

（三）缺少實驗器材，限制教學開展

部分學校的物理實驗儀器數量不足、過于陳舊，對教師的實驗教學與學生的實驗操作造成很大的限制。主要的原因是教學觀念落后，還停留在應試教育的階段，認為學生只要在學校內把考試要考的內容學會即可，沒有關注學生物理學科核心素養的完善。理解能力、推理能力、分析綜合能力、應用數學處理問題的能力以及實驗能力是高考對學生物理能力提出的五個方面要求，但在實際的教學中往往是實驗能力最容易受到忽視。學校基礎設施不完善，沒有與物理教學配套的實驗器材，限制學生實驗能力的提升，不利于教師教學活動的開展。

三、基于核心素養的高中物理實驗教學的策略

（一）創設物理實踐情境，培養學生物理觀念

物理概念是學生物理學習的基礎，面對一些抽象的物理概念，教師可以利用物理實驗給學生以直觀形象的認識。觀念的建立需要利用真實的現實情境，物理實驗教學也同樣如此。在實驗教學之前，教師可以給學生引入與之相關的實踐情境，讓學生意識到物理學科物質概念的本質與內涵，拉近學生與物理學科之間的距離，之后利用物理實驗幫助學生形成物質運動觀念、相互作用觀念、能量的觀念，并學會用物理觀念解釋現實生活中的現象與問題。

例如，在《物理觀念形變和彈性形變》的教學中，為讓學生真正理解形變和彈性形變，知道什么是彈力及彈力產生的條件，彈力方向的確定等內容，教師通過給學生創設物理實踐情境，以生活中的實際現象引入物理課程，進而通過實驗培養學生的物理觀念。教師首先給學生播放一段視頻，視頻中有一個人用竹竿拉動水中的木塊，模擬拉弓射箭的情境，在這一過程中，竹竿發生形變。教師讓學生觀看視頻并回答自己的發現，學生發現竹竿在水中拉動木塊由直變彎，但不再拉動木塊后竹竿又會由彎變直。通過這個簡單的小實驗，學生了解了彈力的產生以及形變的概念。教師讓學生用手拉皮筋，用手推墻或壓桌面，擠壓玻璃瓶，學生發現一些堅硬的物體不容易發生形變。橡皮筋在一定程度內能恢復到原來的形狀，超過這個限度便不能恢復到原來的形狀，教師給學生解釋什么是彈性形變、塑性形變、彈性限度。在簡單的物理實驗幫助下，學生對物理觀念理解得更加清晰透徹，極大地提高了學生的課堂學習效率。

（二）問題驅動實驗教學，培養學生科學思維

基于核心素養培養的高中物理實驗教學，教師要綜合地思考“學什么？怎么學？有什么意義？”等問題。物理是一門理論性、探究性、實踐性較強的學科，教師在物理實驗教學中以問題驅動為導向，讓學生在實驗探究中解決各式各樣的問題，以發展學生的抽象性、邏輯性、發散性、形象性、聯想性科學思維，教學指向學生的發展，指向學科的本質，相比于讓學生千篇一律地按照教師所給的步驟完成實驗，更能激活學生質疑、批判、創新的思維能力品質。

例如，在“用打點計時器測速度”這一實驗教學中，教師讓學生自主閱讀說明書，了解打點計時器的結構和工作原理，鍛煉學生獲取信息、處理信息的自主學習能力。教師給學生展示兩個紙帶，一個紙帶上的點密集，一個紙帶上的點稀疏，讓學生思考哪個紙帶上的點表示速度快。在實驗之后教師讓學生總結自己觀察到的實驗現象和規律，學生發現紙帶上的點越密集，表示瞬時速度越慢；越稀疏，表示瞬時速度越快。教師讓學生利用打點計時器計算瞬時速度，在實驗過程中及時地記錄整理數據，將不同時刻的瞬時速度記錄下來。在學生自主實驗探究中，教師不會直接地告訴學生操作步驟，讓學生自己有更多嘗試的機會，更好地培養學生的科學思維，讓學生在發現問題、探究問題、解決問題的過程中真正理解物理概念定律由何而來。在問題驅動導向的實驗探究中，學生學會了如何用打點計時器測速度、用打點計時器計算瞬時速度的方法，在實驗+邏輯推理的學習模式下，思維向前一步。

（三）小組合作探究學習，培養學生探究能力

物理實驗是高中教學的重要內容，教師在實驗教學中可以給學生營造開放、交流、互動、共享的學習氛圍，真正做到以學生為本，讓學生在合作實驗探究中自主地提出問題、猜想假設、設計實驗、制定方案、處理信息、作出結論、交流探討、評估反思，改變過去的“教師操作，學生觀看”，讓學生真正投入到實驗探究學習中，經歷概念構建、規律探索的完整過程，有效培養學生的科學探究能力，不斷完善學生物理學科核心素養。

例如，教師在教學《研究平拋運動》這一課時，給學生設計用斜面、小槽、小球等實驗儀器研究平拋運動的物理實驗。教師讓學生以小組為單位，分工協作完成實驗。兩名學生負責裝置實驗器材，將平拋運動實驗器置于桌面，裝好平拋軌道使之處于水平位置，面板豎直于平面內，將描記記錄紙、一張復寫紙貼于面板上，把接球擋板拉到最上方一格的位置，鋼球靠近定位板釋放，之后再將接球擋板下拉一格，重復上述操作。兩名學生負責觀察實驗現象，記錄實驗數據。取下記錄紙，學生得到不同運動的軌跡圖線。在本次的實驗操作中，學生也會因為操作不規范而沒有得到預期理想的實驗效果。經過不斷的嘗試與總結，學生得到了實驗注意事項，如斜槽末端必須是水平的，貼坐標紙時可以用垂線幫助完成，每次要從同一高度無初速度釋放小球。經過本次的合作學習，學生的實驗探究能力得到明顯的提升。

（四）利用實驗解決問題，培養學生科學責任

科學態度與責任是物理學科的價值內核，教師在高中物理教學中，最重要的是培養學生嚴謹認真的科學態度與實事求是的科研精神。物理學科知識體系構建于實驗之上，科學家對客觀世界的無限探索揭示了自然界中各種各樣的現象背后蘊含的規律。教師在教學中讓學生利用物理實驗解決現實生活中的問題，激勵學生多關注現實生活，讓學生學以致用，從而更好地認識科學的本質，更好地實現人生價值。

例如，在教學牛頓第一定律和慣性的內容時，教師可以先將學者的觀點進行闡述，例如亞里士多德的猜想“物體必須在力的作用下才能夠運動”。然后教師可以引出亞里士多德得出的結論被驗證于廣泛的實際生活現象中，被人們廣泛接受。但是之后的伽利略對亞里士多德的觀點提出質疑，因為伽利略認為按照亞里士多德的觀點，小球在水平方向在力的作用下，速度應該不增不減，但實際上是小球的速度會逐漸地減慢并停止。這時候教師就可以給學生設計雙斜面實驗，讓學生在實驗中思考：減少右斜面傾角，小球運動最遠距離將發生什么變化？小球將上升到多高的地方？如果前面足夠長，小球會停下嗎？在本次的實驗中， 學生發現物體運動會受到摩擦力的影響，如果沒有摩擦阻力，沿水平面滾動的球將永遠滾動下去。學生發現力是改變物體運動狀態的原因，但由運動變為靜止，則是受到了摩擦力的影響。在本次探究中，學生發現社會科技的進步正是由一位又一位科學家不斷的推理、實踐、驗證得出的，激起學生應用科學服務社會的責任意識。

四、結語

綜上所述，學生在進行物理實驗的過程也是復習基本物理知識和技能的過程，而且在物理實驗中，學生可以實際地探索物理現象產生的過程，讓枯燥的物理知識和抽象的物理定律直觀地展現，讓學生通過物理實驗提高對于物理的學習和探究興趣。而且教師可以以實驗探究為引子，帶領學生一起探究物理學科的深層知識，讓學生在物理實驗中得到物理知識和技能、科學探究品質和科學精神的培養，能夠在促進學生實驗能力提升的同時達到學生核心素養的培養要求。

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