核心素養(yǎng)視域下高中物理實驗教學改革的探索與研究

謝博

摘 要：物理教學是一種實驗性教學，需要學習者經(jīng)過無數(shù)次的實驗而得出重要的理論，進而真正地學習到物理知識，這個過程充分展現(xiàn)了物理學的魅力，高中物理教學更是如此。由于實驗是高中物理教學中非常重要的一部分，它不僅可以讓學生很好地掌握物理知識，很好地了解物理概念，同時也是提高學生思維觀察能力與探索意識的最好方法。然而，就當前中學物理實驗教學的實際情況而言，教師的實驗教學還存在著許多缺陷。因此，教師要充分重視核心素養(yǎng)視域下高中物理實驗教學改革的探索與研究。本文將結(jié)合目前高中物理課堂中存在的諸多不足，提出如何在核心素養(yǎng)視域下有效改革高中物理實驗教學，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中物理；實驗教學；改革；探索與研究

物理學是一種研究自然現(xiàn)象及運動規(guī)律的自然科學。在核心素養(yǎng)視域下，雖然物理學是中學的一門基礎課程，但是學生都覺得學習這門課程比較困難，所以他們不愿意主動地去學，這主要是因為物理學的知識點大多比較抽象，如果學生的思維不夠靈活的話，是很難學會這門課程，所以，中學的物理教師必須把核心素質(zhì)作為物理所有課程的基礎，把實驗深度融入物理課堂，在對物理實驗進行改進和完善的過程中全面地提高學生的感性知識積累和理性思維創(chuàng)造。因此，中學物理教師在設計、改善實驗教學方面負有重要職責。

一、高中物理實驗教學的現(xiàn)狀

目前高中物理實驗教學存在一些弊端，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）實驗課教學從本質(zhì)上沒有受到關(guān)注

在中學物理教學中，普遍存在著只重視概念教學而忽略了實驗教學這個環(huán)節(jié)的現(xiàn)象。目前，一些中學物理教師仍然處于一種傳統(tǒng)的教育理念之中，這種教學理念讓他們只注重考試大綱、只注重學生的物理成績，卻忽視了對學生實踐能力的培養(yǎng)。一旦抱有這種想法，那么教師在指導學生進行物理實驗的時候，就會采用“教師操作示范—學生照搬模擬—潦草結(jié)束實驗”的教學方法，具體表現(xiàn)為：在教師簡單操作演示后，學生就照搬教師的方法進行模擬實驗，因為是教師“帶頭”教學生做的，所以在得出實驗數(shù)據(jù)后學生也不會進行驗證，認為就是對的，因此就潦草地完成了物理實驗。使用這樣的教學方法對學生進行物理教學，使得本來生動、有趣的物理實驗課堂成為一種單調(diào)、理論的實驗教學，從而抑制了學生的實驗熱情，使得實驗教學變得毫無意義，還可能產(chǎn)生“事倍功半”的現(xiàn)象，不僅使得學生對做實驗沒興趣，教師也開始反感在課堂上進行實驗教學[1]。

（二）物理實驗教學的評估體系還不夠可靠

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)可以了解到，目前大部分學校所使用的物理實驗教學評估體系還不夠完善，一些學校甚至根本不重視學生對于教師教學的評估，認為這只是“多此一舉”。打個比方，在一些高中的物理學業(yè)水平考試中，常常片面地根據(jù)學生的物理理論考試成績來判定教師的教學效果，這樣的評定方法不僅從本質(zhì)上忽略了學生物理實驗操作的考核內(nèi)容，還使得教師、學生都漸漸地不重視物理實驗操作，歸結(jié)起來看還是由于物理實驗教學的評估體系還不夠可靠，需要進行多方面的完善。

（三）高中生對物理實驗的觀念比較淡薄

在進行物理實驗學習的過程中，學生常常把物理知識的思考與實驗分開，他們更多關(guān)注的是“教師是怎么操作實驗的”“實驗數(shù)據(jù)是否真實準確”以及其他各個注意事項，卻忽略了“為什么要進行這個實驗”才是他們所學習的物理知識點。與此同時，當學生在學習物理知識或者面對物理難題時，他們往往會糾結(jié)于如何從理論上得到答案，而不會想到用實驗操作來解決問題，這就說明了他們對物理實驗的觀念比較淡薄，而且還缺乏對這些問題的重新實驗和反思[2]。

（四）物理實驗和理論不相干

學生的實驗和理論不相關(guān)主要體現(xiàn)在他們在物理學習中僅注重理論學習，不管實驗操作，而在實際的研究過程中他們的實驗操作又缺乏標準化，沒有將實驗教學與基本理論知識的教學有機地融合在一起。而教師在課堂中也沒有引導學生利用基本知識來指導、理解、分析實驗，甚至為了節(jié)省時間只將與實驗相關(guān)的內(nèi)容都說清楚或者將實驗的設備都設置好，這樣做的結(jié)果就是學生對物理的實驗過程不會有更多的想法，也不會有更多的探究。

（五）實驗的目的往往形式化，為了實驗而去實驗

物理實驗的形式化突出的特點是忽視了對學生的實驗探索和實踐技能的培訓，更多地依賴于教師在課堂上的示范。一些教師和學生更是產(chǎn)生了一種“學實驗勝于學，學實驗勝于記”的錯覺。目前，教科書上的許多實驗都是確認性的，很少有研究性的實驗，因此學生對實驗知識的理解往往是膚淺的，無法理解其內(nèi)涵，更談不上進行探索和創(chuàng)造[3]。

（六）在組織方面還存在一些問題

組織上存在的問題主要表現(xiàn)為實驗的教學缺乏針對性：許多學校因為班級人數(shù)、實驗器械等各方面的原因，都采用了小組實驗的方式，這就導致了每組的人數(shù)太多，不能保證每個人都能動手、動腦，并獨立地進行實驗。因此就出現(xiàn)了一個情況：一些人爭先恐后地去做，另一些人則充當“觀察員”“記錄員”，不但沒有應有的秩序，甚至還有一些人在實驗中根本沒有機會接觸到設備，只是照搬了小組其他人的資料就得到了自己想要的結(jié)果，這就導致了他們無法進行獨立思維，無法進行實驗技巧的培養(yǎng)。

二、核心素養(yǎng)視域下高中物理實驗教學改革的探索與研究

在核心素養(yǎng)背景下，物理實驗教學的意義已經(jīng)在逐步凸顯，在此基礎上，筆者將基于以上弊端提出如下改進措施：

（一）物理實驗教育觀念轉(zhuǎn)變

物理實驗課堂要與新課程的要求相適應，就要轉(zhuǎn)變原來的教育觀念，對物理實驗進行更多的關(guān)注。盡管一些教師會讓學生在教師的指導下進行一些實驗，但是他們往往都是遵循著既定的程序來做自己的實驗，僅僅是“照搬”教師在實驗講解時所使用的器材、步驟等，利用教師的思維進行一些簡單的操作，而沒有進行深入研究，這樣就會讓學生感覺到物理實驗非常單調(diào)，從而打擊了他們進行實驗的熱情，對他們創(chuàng)造力的培養(yǎng)不利。因此，物理教師要轉(zhuǎn)變自己的思想，意識到實驗教學的目標是要對學生的創(chuàng)新能力和實踐能力進行培養(yǎng)，讓學生敢于提出疑問，讓他們從原本的被動學習變成自主探索的學習。通過對實驗過程的分析，可以得出一個結(jié)論：在高中物理教學中，實驗是一種以教師為主導，以學生為主體的自主探索過程[4]。

（二）由驗證性實驗改為探索性實驗

在高中物理實驗教學中，教師要對學生進行指導，并激發(fā)他們的探究欲望，讓他們親身體驗到實驗探究的過程，這樣不但可以讓學生觀察實驗現(xiàn)象，還可以對實驗的本質(zhì)進行深度理解。在新課程改革的推動下，中學物理課本上的實驗應該從以驗證為主要內(nèi)容的實驗逐漸轉(zhuǎn)向以探究為主要內(nèi)容的實驗。可以得知，驗證性實驗采用“教師做，學生看”的方法，沒有充分發(fā)揮學生的主觀能動性；而研究性實驗指的是讓學生自己進行觀察，并利用所學到的知識來解決新的問題，它充分激發(fā)了學生的參與熱情，符合新課程的要求。所以，在進行物理實驗教學的過程中，教師可以與實際情況相結(jié)合，讓學生在問題的指引下進行探索，找到解決問題的辦法，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力[5]。

例如：在教學“探究磁場對電流的作用”的時候，盡管教師進行了驗證性實驗，但是學生仍然感到很難學，無法深入理解。在這種情況下，教師可以把驗證性的實驗改為研究性的實驗，讓學生準備一些廢鐵、磁鐵等，利用鋁線來做研究性實驗。在學生的實驗探索中，教師可以向他們提問：“當金屬線的長度、磁場強度都不變，電流的大小改變時，金屬線的移動軌跡會發(fā)生怎樣的改變？”以此問題為導向，學生能夠積極主動地展開探索。又比如：教師可以把證明牛頓第二定律的實驗，改成研究加速度和作用力之間的關(guān)系，這種“驗證性實驗”轉(zhuǎn)變?yōu)椤把芯啃詫嶒灐钡姆绞剑寣W生得到的不再是死記硬背的實驗原理，從而更好地激發(fā)學生的學習興趣，提升他們的探究能力。

（三）實行開放式的物理實驗教學

在新課改的背景下，提升學生的自主探究能力、開放性和多媒體輔助能力是當前物理實驗教學的發(fā)展趨勢。在教師的引導下，學生通過探索、討論、制訂實驗計劃，然后按照計劃完成自己的實驗，并最終進行交流，大家一起討論，選出最佳的方案。開放式實驗教學是一種新的教學模式，它要求學校對實驗室進行開放，讓學生獨立地進行實驗，并能獨立地解決實驗中的問題。如果有疑問，可以自己選擇實驗器材、自己操作、自己探究，教師只是進行初步的指導，讓學生自己操作。該教學模式能夠適應不同水平的學生需要，讓他們能夠自由地進行實踐，幫助他們轉(zhuǎn)變學習方法，為他們提供了更廣闊的發(fā)展空間，幫助他們提高自己的探索能力[6]。

同時，在中學物理實驗教學中，多媒體技術(shù)是一種非常有效的手段，但由于其本身所具有的特點，使其在實際應用中存在許多問題。將多媒體技術(shù)與中學物理實驗進行融合，可以將復雜的實驗現(xiàn)象生動地展示出來，增加實驗的可視程度，還可以進行動、靜兩種形式的示范，這樣的方式不僅增加了學生進行實驗的趣味性，還很大程度上激發(fā)了學生的學習興趣。

例如：伽利略向亞里士多德提出挑戰(zhàn)，在比薩斜塔上進行試驗，他用兩個金屬球，都是相對沉重的，最后兩個金屬球同時墜地。在這個故事的基礎上，教師可以組織學生再來進行一個實驗：在一座50米高的大廈頂部，有兩個同樣大小的紅、白球，紅的8公斤，白的4公斤，讓它們一起墜落，看它們是否一起接觸地面。由于物體的自由下落速度很快，僅憑肉眼很難觀察到兩個具有不同重量的物體的下落速度，在這種情況下，教師就可以用多媒體的慢動作回放，可以讓學生清楚地看到兩個球的下落速度是相同的，這對提升教學質(zhì)量有幫助。

（四）利用“翻轉(zhuǎn)課堂”進行實驗

傳統(tǒng)的實驗教學方式是教師先在課堂上解釋實驗的目的、方法、步驟和可能出現(xiàn)的問題，再把實驗任務交給學生完成。使用這樣的方法不利于學生真正地“掌握”實驗，而采用“翻轉(zhuǎn)課堂”模式的實驗教學則能有效地解決這一問題。在實驗課的預習環(huán)節(jié)，教師向?qū)W生展示了自己制作的實驗性微型課件或幻燈片，讓他們在家里自學，在實驗課剛開始的時候，教師可以通過對學生的評價，或者通過提問或者分組討論來了解學生對微課的了解，當學生能夠清晰地理解實驗的目的、方法、過程等之后，教師就可以把實驗交給學生，讓學生做實驗的主人[7]。

例如：在使用U-I圖像法對電池的電動勢和內(nèi)阻進行測定時，如果電池內(nèi)阻比較小，那么路端電壓變化相應也就比較小、繪制的U-I圖像傾角小，短路電流很難確定。因此，教師應該對學生進行啟發(fā)：“對U軸坐標進行放大，將I軸向U軸正方向平移，這樣可以讓U-I圖像更加完整。”利用這樣的方式，讓學生對U-I圖像的物理意義有一個更好的了解。在課后，教師可以再次讓學生看一遍微課或者PPT，進一步加深對實驗內(nèi)容的了解。

（五）將模型教學融入物理實驗

所謂的將模型教學融入物理實驗，就是指從物理的基本性質(zhì)以及特點出發(fā)，將其分解為不同層級的過程模型，并且要把握好在同一個模型中，表現(xiàn)各種問題的共性，列出具有代表性的實體模型，將各種物理知識、定理、定律有規(guī)律、有目的地結(jié)合起來，總結(jié)出一套可以解決問題的一般方法。而物理模型是一種解決問題的方法，它更全面地反映了“學習”與“應用”的聯(lián)系。

舉例來說，愛因斯坦用他的“波粒二象性”理論很好地說明了“光電效應”的實驗現(xiàn)象。自然界中的種種現(xiàn)象，常常是一團“亂麻”，在很多情況下，一種物理現(xiàn)象的發(fā)生和改變，都是由很多因素所決定的，學生們要搞清楚事情的動因與變化的規(guī)律，就得找出這些動因中的一種或多種動因，把它“控制”起來，使它保持不變，然后再將其他因素反復進行變化、比較，研究其他變量之間的關(guān)系，這種方法其實就是“控制變量法”，可以很好地幫助學生理解問題、得出答案。

（六）強化對學生動手實驗過程的指導

在傳統(tǒng)的實驗中，往往有太多的人一起進行一個物理實驗，不僅不方便教師對學生進行管理，也不能保證每個人都可以進行認真的實驗，所以，應該盡可能地將每一次實驗的人數(shù)減到最少，把實驗中的“記錄員”和“旁觀者”都趕走，這才是物理實驗的理想狀態(tài)。通過對這些問題的分析，可以使學生在實踐中得到更好的發(fā)展，從而使他們對已學到的東西有更好的理解。在實驗之后得到的數(shù)據(jù)應該引導學生去分析、綜合和判斷，這樣才能更好地鞏固所學的知識，并獲取新的知識。另外，應該讓實驗室變得更加開放，讓學生進行更多的探索性實驗。目前，許多學校的學生強烈反映實驗室的開放時間過短，僅依靠在教室中進行示范實驗，難以實現(xiàn)實驗目標[8]。

（七）鼓勵學生在實驗上的創(chuàng)造性

在現(xiàn)實的物理實驗教學過程中，要對學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維進行培養(yǎng)，這既可以發(fā)掘出學生更好的實驗本質(zhì)，展現(xiàn)出實驗的魅力，還可以讓他們的創(chuàng)造力得到一個質(zhì)的飛躍，幫助他們進行深度思考，激發(fā)學習興趣，達到提升物理實驗教學的效果。

比如：在《探究影響加速度的因素》的實驗中，由于該實驗的復雜性，教師可能會用一堂課的時間向?qū)W生介紹該實驗的實驗目的、實驗原理、實驗步驟，之后再給學生一堂課的時間來進行實驗，但是當一些學生按照課本上的實驗計劃進行實驗之后，卻發(fā)現(xiàn)有很大的偏差。經(jīng)分析，學生認為造成錯誤的主要原因是實驗所提供的手推車質(zhì)量不能遠遠超過鉤子的質(zhì)量。實驗室里沒有比這更大質(zhì)量的推車了。在此基礎上，教師可以提示學生改變實驗計劃，經(jīng)過充分調(diào)動學生的積極性，使他們開始一系列的思考與討論，最后，得出一個新的實驗方案。由此可見，學生潛力有多大取決于他們是否真正地進行了思考。如果教師能夠針對學生的問題，給予適當?shù)囊龑А⒐膭睢椭苍S可以讓他們在有限的實驗課上，獲得更多的知識。

（八）精心設計小組實驗，以協(xié)作學習為主體，優(yōu)化研究方法

不同的學生在不同的領域具有他們特殊的天賦。因此，“教學相長”是物理實驗教學中一條行之有效的途徑。教師可以將學生分成不同的小組，讓他們分工協(xié)作、互幫互助，需要注意的是，一定要控制好小組內(nèi)的人數(shù)，讓學生在合作的過程中充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢，以此培養(yǎng)學生物理實驗中各個方面的能力。同時，在互相合作的過程中，學生可以理解他人的思想觀點，對他人的設計操作進行觀察，大家可以相互借鑒、相互促進、共同進步[9]。

比如：在“探究做功與速度變化的關(guān)系”的實驗中，教師先將學生進行分組，之后再提出一系列問題，比如“為什么每根橡皮筋都要一樣，怎樣保證每次實驗橡皮筋伸長量相同”“如何對實驗中小車的速度變化進行測量，小車的質(zhì)量是否一定要測出”等具有探究意義的問題。在平衡摩擦力這一步中，學生們就“用什么方法來平衡小車受到的摩擦力”和“應該怎樣判斷是否有平衡摩擦力”進行討論，每個學生都拿出自己的設計方案，并對其進行了分析，然后在所給設備的基礎上得出一個最好的方案。

此外，在如何處理實驗數(shù)據(jù)這一步中，可以啟發(fā)學生進行處理實驗數(shù)據(jù)的方式，例如：“除了教科書上講的實驗之外，還有哪些方法可以對本實驗進行創(chuàng)新？”“如果教師剛才沒有進行其中的某一實驗步驟，結(jié)果會發(fā)生怎樣的改變？”等。在這個過程中，教師要適時地引導學生，讓他們充分體驗到這個交流、評估、反思的過程。當然，在這個過程中，教師也要及時發(fā)現(xiàn)學生在實驗操作過程中出現(xiàn)的問題，并對其進行修正，從而使實驗的準確性與科學性得到提升。

（九）對課外趣味實驗的有效運用，擴展學生的創(chuàng)造性

研究性實驗設計的實質(zhì)是科學地培養(yǎng)學生的實驗素質(zhì)。并且，在進行探索性實驗的過程中，可以充分調(diào)動學生的主觀能動性，從而有效地提高學生的創(chuàng)造性思維和問題解決能力。在課堂上運用一些有趣的實驗，也能實現(xiàn)學生對這些實驗的創(chuàng)造性。

比如：在“水火箭”的研究性實驗中，要研究瓶子里的水與它的發(fā)射高度之間的關(guān)系：水越多，反沖力就越大，但是瓶子和水之間的引力也就越大。這次的研究性實驗，可以當作是一次課外任務讓學生來做，在整個實驗探究的過程中，不需要利用多么先進的實驗設備，只需要培養(yǎng)學生在實驗過程中那份熱情和他們勇于探索的心，以此幫助學生增長自己的動手能力和實驗耐心，從而有效提高學生的核心素養(yǎng)。

結(jié)束語

總的來說，在核心素養(yǎng)視域下，為了促進高中生的物理實驗水平，教師可以從以上改革點出發(fā)，結(jié)合自身的教學經(jīng)驗和能力，摸索出一套真正適合學生實際發(fā)展的教學方法，以此促進高中生的物理知識水平和實驗能力實現(xiàn)進一步提升，使他們在物理這一學科的學習中能夠“過關(guān)斬將”，獲得進一步的發(fā)展和進步，并以此為前提，為物理學科的未來打下一個良好的基礎。

參考文獻

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[2]王東梅.讓實驗走進學生：談高中物理實驗教學的改革[J].數(shù)理化解題研究，2021（18）：53-54.

[3]陳麗艷.立德樹人視野下高中物理實驗教學課程改革路徑初探[J].中學課程輔導（教師通訊），2020（19）：6-7.

[4]鄭偉.新高考改革背景下優(yōu)化高中物理實驗教學的策略研究[J].試題與研究，2019（30）：129.

[5]黃燕萍.新高考改革背景下優(yōu)化高中物理實驗教學的策略研究[J].高考，2019（30）：19.

[6]宋晗笑.新高考改革背景下優(yōu)化高中物理實驗教學的策略研究[J].教育界（基礎教育），2018（6）：57-58.

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[8]劉志學.學科核心素養(yǎng)下的高中物理實驗教學研究[J].文理導航（中旬），2020（3）：50.

[9]羅翀，姜明姬.核心素養(yǎng)視域下高中物理實驗探究教與學的策略[J].中學理科園地，2020，16（2）：1-2，51.