基于高中物理實驗教學的學科核心素養培育策略探究

摘 要：現階段，在高中物理教學活動中，教師帶領學生對物理課程知識進行深入、高效學習，教師可以植入學生感興趣的實驗項目，開發出多元化的實驗課程；同時銜接豐富多樣的實驗指標，帶領學生進行實驗學習。在該環節，物理教師須引導學生參與實驗設計和規劃，指引學生參與仿真實驗學習，并且強化實驗報告和溝通，開展跨學科實驗互動，引領學生在學習環節不斷提高自身的綜合能力和素質。本文對高中物理實驗教學的學科核心素養培養策略進行分析探討。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；學科核心素養

在高中物理教學過程中，物理教師銜接實驗教學方法，整合實驗項目，開發實驗課程，對于提高學生的整體學習水平和效率具有顯著功效。物理教師應當開發多元化的實驗項目，引進豐富的實驗課程，同時銜接多元化的實驗指標，帶領學生在學習環節對課程概念、知識內涵進行深入研學探究，提高物理教學水平。

一、高中物理學科核心素養內容

高中物理學科核心素養通常包含多個方面的內容，涉及科學思維、物理觀念、科學態度、責任意識、科學探究與交流、物質觀念和應用以及信息技術素養等。科學思維體現在學生對模型的構建，以及對知識概念的推理、驗證層面，學生須對客觀存在的事物屬性、規律以及其內在的關系進行整體探究。在科學思維中也涉及對問題的探討方式、解決方法，同時使用科學合理的策略來進行推理、分析、驗證，根據不同觀點和結論提出相應的疑問，并且修正相關問題點。而物理觀念則是核心素養中不可或缺的一部分，其揭示物理底層規律、邏輯關聯，如能量守恒、質能守恒，可使學生深入理解物質的本質規律，解釋自然現象。另外，參與物理學習也需要充分增強學生的科學態度和責任意識，比如：在物理學習過程中勢必會涉及團隊合作項目，學生在團隊交流過程中須學會科學合理的交流互動方式，同時掌握科學方法，秉承科學、嚴謹、細致的態度，實事求是，不迷信權威，對課程知識進行高效學習。科學探究是物理核心素養中引領學生形成良好學科思維的關鍵要素，科學探究包含提出問題、猜想、假設，進行實驗修訂、方案優化等，并且根據現有的論據、證據得出結論，給出合理解釋。在科學探究環節也需要進行交流互動、評估反思，幫助學生更加深入理解物理現象。而物理觀念的應用是引導學生對物質本性、特性進行學習，讓學生通過實驗和計算，了解物理世界的運動規律，掌握物理知識底層邏輯[1]。在2022新課改視域下，在物理學科核心素養中，提出開展信息化教學的核心標準和要求，引領學生參與信息化探究，接受數字化、信息化知識，結合虛擬實驗來開展物理學習，旨在培養學生的信息素養以及對信息化社會的適應能力。

二、高中物理實驗教學中培養學生核心素養的策略分析

（一）引導學生參與實驗設計和規劃

在高中物理實驗教學過程中，教師要想培養學生的核心素養，則需要指引學生參與實驗設計和規劃。實驗設計和規劃能力是學生形成良好科學思維、科學探究意識過程中不可或缺的一項內容，在實驗設計規劃環節，大致包含提出問題、假設，對實驗方法進行選用，對實驗步驟進行設計，對實驗儀器、材料進行選用，并且預期結果和數據預測；同時考慮其中的實驗安全和倫理問題，并且對時間進行可靠性驗證、重復性驗證。教師須將實驗教學活動進行公示、公開，結合開放性的實驗場景，讓學生靈活、自由地思考。

1.步驟

比如：學生可從實際生活、學科知識中提煉問題，解釋現象，驗證理論，以此來增強學生的分析能力以及提出假設的能力，使學生在學習環節能夠形成良好的科學論證思維；緊接著，教師需要引導學生在實驗方法適用范圍內，選取合適的探究策略，預測其中可能會使用到的實驗方法，探索實踐問題，解決相關實驗問題，提出觀點，發展自身的創新創造能力。在完成上述操作之后，便需要引導學生對整個實驗步驟進行精細化設計，保證整個實驗過程清晰、連貫，且具備操作性、可行性，避免操作遺漏。可讓學生在實驗學習過程中進行嚴格、細致檢測，培養學生嚴謹的科學態度以及責任意識；之后便需要讓學生選用實驗器材和儀器，引導學生在學習過程中正確使用儀器，選取合適的實驗材料，開展實驗探究。

2.實踐案例

比如：在講解測量自由落體加速度的過程中，教師便需要讓學生圍繞實驗目的、實驗探究需求來設計實驗計劃。本次實驗主要是通過測量自由落體的加速度，驗證自由落體運動中物體下落距離和時間的關系。在此期間，教師可讓學生根據重力加速度的表達公式提出相應的猜想，對其中的公式單位信息進行分析，借此學生可總結出需要測試時間，同時計算出物體的速度。之后，根據實驗探索目標，學生可設置獨立的實驗項目，完成對實驗材料的導入，對滑軌、落體、計時器、尺子、實驗臺進行合理選用；緊接著，教師便需要讓學生根據自身的學習需求，完成對實驗步驟的劃分。比如：將軌道垂直豎立在實驗臺上，保證其垂直的狀態，在滑軌上放上一個自由落體，使其處于靜止狀態，在起始位置釋放小球，開始計時，最后再進行實驗分析，驗證相關實驗數據的真實性、合理性，繪制出一個時間與下落距離的圖表，讓學生在圖表分析過程中秉承嚴謹、細致的態度，觀察時間和下落距離之間的關系，計算出每次實驗的平均時間和距離，推算出平均加速度。在整個實驗活動中，學生的學科核心素養能力得到提升，其自主高效開展實驗設計能夠形成良好的科學態度和責任意識，在實踐探究與交流過程中能夠根據得到的實驗數據信息進行反復評估，解釋物理現象[2]。因此，高中物理教師在培養學生學科核心素養的過程中需要植入豐富多元的實驗項目，引導學生在實驗學習過程中自主設計實驗，提出猜想，開展自主實驗操作，增強學生的學習能力和學習思維。

（二）組織仿真實驗

1.概念

仿真實驗在高中物理教學活動中的應用也能夠培養學生學科核心素養。部分高中物理實驗項目受到實驗場地、空間、器材的限制，學生雖然提出豐富的猜想，但是還得不到論證，導致學生的物質觀念和探究意識得不到提升。學生在探究實驗的過程中往往是結合現有的實驗材料來提出設想和實驗論證方法，但是在實驗材料受限的情況下，會導致學生的思維得不到發展，無法形成良好的科學思維。為了鼓勵學生進行大膽推理、驗證，發展學生的科學思維，高中物理教師在實驗教學活動中可嘗試引進對應的仿真實驗，在虛擬場景中讓學生進行靈活、高效的實踐探索，豐富實驗教學內容。在虛擬實驗中，學生可進行多樣化的操作，對概念進行可視化掌控，從而更加深入消化、吸收物理知識理論。而在虛擬實驗中也必然會使用到信息技術、信息系統，借此也能夠進一步培養學生的信息素養，可讓學生在虛擬實驗室中模擬物理現象，更加深入理解、內化物理理論，對抽象的現象進行直觀形象學習。另外，虛擬實驗也可消除部分潛在的危險因素，可使學生在實驗學習過程中進行大膽操作和驗證。例如：在部分電熱學實驗中涉及高溫、高壓，此時可通過仿真實驗來提高實驗教學的容錯率，減少實驗器材的消耗，使學生能夠做出大膽假設，進行大膽操作、求證，得到實驗結果。

2.案例分析

比如：在講解天體物理的過程中，由于其中所涉及的實驗項目較為抽象，學生通常是通過想象學習來探索其中的萬有引力以及行星運動規律、周期。此時，教師可引進相應的仿真虛擬系統，模擬太陽系或銀河系的運動場景，對萬有引力公式和概念進行講解，讓學生在虛擬實驗中嘗試論證驗證開普勒定律；同時讓學生在驗證萬有引力公式的過程中，分析中心恒星質量對萬有引力大小的影響，讓學生在虛擬實驗室中能夠通過實踐探究，對引力公式中的G形成一個深層次的認知。結合此類虛擬實驗，可高效發展部分高難度系數的實驗項目，在虛擬場景中模擬不同的實驗變量、實驗信息。但是，物理教師須提前對虛擬系統、虛擬引擎進行開發、建設，使學生在虛擬環境中能夠進行靈活高效的探究，使學生的核心素養能力在直觀的空間環境中能夠得到提升。

（三）強化實驗報告與溝通

學生的核心素養能力還體現在科學探索與交流層面，高中物理教師在開展實驗教學活動中也需要通過實驗報告與溝通的形式，增強學生的交際溝通能力和互動能力。在實驗結束之后，教師可讓學生撰寫實驗報告，總結實驗心得，與其他小組成員或同學教師進行交流溝通，分析驗證探討過程，在實驗報告中記錄實驗學習心得，整合實驗過程，對儀器材料的使用以及觀察到的現象進行匯聚整理，借此來培養學生的觀察能力以及實驗記錄能力，使其回顧掌握整個實驗過程。在該環節，教師可利用錄屏設備錄制設備，讓學生通過觀看自身的操作，回顧自身的實驗學習過程，使學生在反思學習過程中能夠發現自身的缺點和不足，增強學生的批判反思能力。之后，也可以讓學生在實驗報告中對實驗數據進行處理，比如繪制圖表，計算平均值、標準差，讓學生學會基本的數據處理方法，培養學生數據分析能力。最為關鍵的是，在學生的實驗報告中還應當囊括其中的科學假設、實驗目的以及預期得到的結果等，并且將相關信息與實際結果進行比較，尋找其中存在的偏差，從而讓學生對實驗設計能夠進行持續改良創新，對實驗假設、實驗推理能夠進行深入、高效的思考總結，使學生在下一次實驗預測分析過程中能夠提高精度。學生在完成對實驗報告的編制、書寫之后，教師可讓其上講臺參與實驗總結，對自身的學術研究成果進行展示，傳播科學知識，將科學發現分享給教師和同學，從而形成良好的學習潮流和風尚。因此，在高中物理實驗教學活動中，教師培養學生的學科核心素養能力也可適當銜接實驗報告和實驗溝通項目，讓學生及時將實驗學習結果和心得反饋出來，從而提高學生的綜合學習效率。

（四）開展跨學科互動實驗

物理解釋了生活現象、生活規律，在科學思維培養活動中，提出培養學生建模思維、推理能力的核心指標。學生的科學思維應當建立在建模思維、推理思維、驗證思維的基礎之上。而為了培養學生的建模思維，教師可開展跨學科互動項目，讓學生在其他學科課程中能夠對物理知識概念進行差異化學習。跨學科融合有助于培養學生的建模思維能力，結合數學、化學、工程學，讓學生在學習期間針對特定的模型概念提出各自假設、觀點、看法，利用多個領域的學科知識來解決物理問題，可增強學生的物理應用能力、實踐探究能力，培養學生綜合思維能力。在跨學科實驗項目中，教師須植入建設性的問題，拓寬學生視野，幫助學生了解不同的學科之間的連接和互動形式，更加深入解釋物理現象，形成良好的終身學習思維。在學科融合互動過程中，教師也需要幫助學生形成全方位的認知，培養學生解決問題、探索問題的能力，使學生能夠從不同角度進行思考，尋找出創新方案[3]。

比如：在講解交流電實驗的過程中，教師可以引導學生對電源、電壓、電流表、電阻、線路以及相關設備進行合理調控和使用，在交流電實驗中，讓學生結合對應的數學知識，構建對應的數學模型，解釋物理現象。教師可利用三角函數，讓學生在學習交流電變化波形圖的過程中，對其中頻率、電流、電壓等知識概念進行學習，引導學生在后續深層次探索過程中，借助數學語言，探尋其中的底層邏輯，從而將數學實踐應用在物理上。通過此類簡單的實驗項目，學生的物理思維和建模思維均能夠得到有效發展，從而提高學生綜合素養和能力。因此，高中物理教師在培養學生學科核心素養能力期間需要銜接多門學科概念，植入學科知識內容，開發出建模課堂，讓學生嘗試利用數學模型、物理模型來解釋相關知識原理。

三、核心素養背景下高中物理實驗教學的注意事項

通過上文的論證可以看出，在核心素養背景下，組織高中物理教學活動，可培養學生多方面的能力。在實驗教學環節，高中物理教師應當結合開放性教學原則，尊重學生的學習需求，打造開放課堂，使學生在物理學習過程中能夠進行大膽假設，提出各自觀點和看法。同時教師所設定的條件不應當過于嚴苛，須充分結合學生的學習需求，使學生在實驗學習環節能夠得到成長和進步。另外，在部分實驗項目中，教師也應當結合小組合作項目，培養學生的合作交流能力、溝通能力，使學生的綜合素養得到提升。而在學科互動話題中，高中物理教師也需要做到有效取舍，盡可能實現學科底層邏輯以及學科核心素養的整合，在實驗教學過程中體現出多門學科課程的核心素養內涵，從而才可保證跨學科實驗項目能夠正常高效開展。最為關鍵的是，在高中物理實驗教學環節，教師也應當在保證絕對安全的情況下提高教學效率，但是也并不意味著需要對仿真虛擬實驗進行全方位使用，須根據實驗技術需求以及實驗安全指標，對實驗方向、實驗過程進行調控，從而保證高中物理實驗教學水平得到提升。總之，高中物理教師在培養學生學科核心素養的過程中，需要關注上述內容，對實驗授課方法、模式進行調控，從而保證實驗教學水平和效率得到提升。

結束語

總體來說，高中物理教師組織物理實驗活動，帶領學生對物理知識進行深入全面學習是必不可少的。物理教師應當對實驗教學策略、機制、程序進行調控，同時對實驗方法、邏輯和底層原理進行優化革新，使實驗教學水平和效率得到提升，增強學生的學科核心素養能力。

參考文獻

[1]魏剛.基于高中物理實驗教學的學科核心素養培育研究[J].教育界（基礎教育），2019（10）：18-19.

[2]江長軍.基于高中物理實驗教學的學科核心素養培育探討[J].智力，2021（27）：99-100.

[3]徐旸.探究核心素養背景下的高中物理實驗能力培養策略[J].求學，2020（28）：71-72.