核心素養視域下物理實驗教學實踐研究

潘 益

(江蘇省灌云高級中學,江蘇 連云港 222200)

通過引導學生自主實驗,讓抽象內容形象化.在實驗過程中,學生能夠提煉出物理模型并進行歸納總結,且能夠用于解決物理實際問題.在操作中探索自然規律,并能夠經歷隱形規律的發現與總結過程,還能融合信息技術手段,模擬出微觀世界的變化.這對學生掌握物理知識、進階物理思維、生成物理觀念,從而全面發展物理學科核心素養起到了基礎性作用.

1 端本正源,探析實驗教學的意義

1.1 顯化抽象知識,進階思維

在物理教材中,對現象原理描述時,通常會采用圖文形式,而學生單從圖文解釋中很難對抽象知識形成感性認知,導致學生產生思維瓶頸,影響后續內容的拓展.因此,開啟實驗教學,能夠有效顯化抽象知識,讓學生進行感性認知,并從實驗探索中發現物理規律,間接進階學生的物理科學思維[1].

例如,在“速度變化快慢的描述—加速度”這一節內容的學習中,為了讓學生更好地理解“加速度”概念,拓展與“加速度”相關內容的計算,筆者采用實驗操作的形式讓學生認知“加速度”.在先前的學習中,學生已經了解了打點計時器的計時功能,打點的時間間隔為0.02 s,之后學生便依據實驗步驟開始操作.學生先將打點計時器安裝到長木板上,再將一條細繩拴在小車上,使細繩跨過定滑輪,下邊懸掛適合的鉤碼,把紙帶穿過打點計時器,且將紙帶的另一端固定在小車的后端.然后接通電源,放開小車,讓小車拖著紙帶運動,打點計時器就在紙帶上打出一列小點,重復實驗.觀察結果,根據紙帶上被打出的小點,學生感知到物體下落是不斷加速的過程.除此之外,筆者還讓學生在得到的紙帶上計算出加速度的具體數值.

引導學生通過實驗操作的形式感知實驗原理,將抽象的物理概念與原理通過現實實驗的形式具體化,學生則能夠通過現實情境真切地經歷知識形成的過程,且能夠對于原理概念的內涵實質形成認知.經歷此過程,學生的物理思維能力也能夠得到合理的進階.

1.2 指導動手實踐,積極創新

開展實驗教學應秉承的宗旨,是要突出學生自主動手實踐的主體作用,學生在教師的指導下動手實踐,所經歷的探究過程以及對器材的認知學習,均能夠最大程度地提升學生的自主學習能力.在實踐中堅持“以生為本”的教學原則,學生邊思考邊實踐,能有效培養學生的創新思維能力.

例如,在“法拉第電磁感應”相關內容的教學時,筆者便注重學生自主動手操作實踐過程,讓學生通過實驗操作感悟電磁感應的知識.重點實踐探索內容是探究感應電動勢與匝數之間的關系、探究感應電動勢與磁通量變化之間的關系.在學生實驗操作時,筆者引導學生依據教材的指引,做關于“控制線圈匝數變化”的實驗,利用實驗室不同匝數的線圈進行實驗時每次均需重新連接電路,步驟較為繁瑣且容易出現問題.學生仔細考慮其工作原理后,認為可以使用可拆卸變壓器線圈,只需要更換一個連線柱便可以改變線圈匝數,簡化實驗步驟.在探究“磁通量變化對感應電動勢影響”細節的實驗時,學生為控制磁通量變化的快慢,采用成倍增加的條形磁鐵個數,使磁通量成倍增加.現實操作時,條形磁鐵的自身重量以及磁性的強弱又會對實驗數據產生干擾,因此學生認為可以使用方形小磁鐵用于實驗操作,通過增加或減少小磁鐵的數量來改變磁通量,使問題更易解決.

在開展實驗教學中,將一些演示實驗轉變為探究性實驗,讓學生進行實踐操作,學生能夠從操作中以主動實踐、主動探究的形式將知識轉化為自身內在經驗.經歷此過程,學生還能夠在操作中發現不足,積極思考創新性的解決方案,對培養學生的創新思維具有一定的積極作用.

2 躬身實踐,探析實驗教學的內容

2.1 建立模型,發展科學思維

引導學生在物理課堂上進行實驗操作,要注重學生建構物理模型能力的培養,在學生歷經實驗操作,科學思維能力一定會得到提升.通過對實驗數據的分析,提煉出物理模型,從而促進學生知識的內化能力的形成,使學生的物理科學思維得到不斷發展.

引導學生將驗證性演示實驗轉變為動手操作的探究性實驗,既能夠充分調動學生的學習積極性,也能夠在實踐操作時,讓學生通過邏輯推理,經歷知識的形成過程,總結歸納出物理模型,達到培養學生物理科學思維的目的.

2.2 創新解題,深化責任意識

高中物理課程開設的目的是要引導學生解釋生活現象的原理并提高運用物理知識解決實際問題的能力.在實際教學中,要鼓勵學生通過實驗操作,創新解題方式,在操作中不斷深化責任意識,能夠訓練學生尊重科學的探究習慣,形成嚴謹的科學態度[2].

例如,在“力的合成與分解”相關內容學習時,筆者在切入教學重點內容時,首先讓學生思考生活中與“力的合成與分解”相關的現象.如利用斧子能很好地切斷物品,斧子的橫截面為斜面等,讓學生嘗試對斧子的工作原理進行分析,學生觀察后發現斧子可以將人的作用力分解為兩個最大的分力.隨后,筆者引導學生重點探索“平行四邊形定則”,引導學生動手實踐探索.筆者演示示范,用平行四邊形演示器O點孔套在坐標盤中心桿上,調整平行四邊形重合實驗所形成的四邊形,用緊固螺帽壓緊,在演示器上進行矢量作圖.然后學生進行操作,將白紙固定在方木板上,橡皮筋一端用圖釘固定在白紙上,另一端拴上兩根細繩套,用兩只測力計沿著不同方向拉細繩套,記錄下橡皮筋伸長到的位置O,作出兩個分力與理論上的合力F′的圖示,比較F′與F的大小與方向.

3 匠心獨運,探析實驗教學的策略

3.1 引導自主探究,發現自然規律

實驗教學強調引導學生自主探究的重要性,在物理教學中要堅持“以生為本”的原則,讓學生參與到知識探索的各個階段.在實驗教學時,要鼓勵學生通過自主探究的形式發現自然規律,并予以驗證,這樣學生的實驗探究能力、推理論證能力以及科學思維能力才能夠穩步提升[3].

學生通過自主探究的學習形式,從問題的發現到猜想的提出,再到實驗方案的設計,學生層層遞進,完成策劃與推理.在這一過程中,學生充分發揮自主解決問題的能力,對培養學生物理學科核心素養起到決定性的作用.

3.2 融合信息技術,模擬宏觀微觀

在開展物理實驗教學中,總有一些實驗存在基礎設施不足或實驗現象不夠明顯的問題,導致學生無法客觀地進行感知學習.因此,在實際教學中,教師可在開展實驗教學時充分融合信息技術,模擬宏觀與微觀,讓學生動態感知,能夠幫助學生對抽象概念的理解與掌握,從而加速知識的內化吸收.

例如,在“LC電磁振蕩電路”相關內容學習時,關于“振蕩過程”的講解,課堂中無法采用實驗的形式讓學生展開探究.此時,筆者便運用電腦制圖的動畫功能,模擬“充電”與“放電”的物理變化過程,讓學生體會LC回路工作過程的特點與電磁振蕩的變化規律,即總能量守恒=電場能+磁場能=恒量,電場能與磁場能交替轉化,并從動畫演示中繪制出變化規律的圖像,凸顯出圖像的對稱性與周期性,讓學生感知到隨著電容的充電與放電的進行,LC回路中的電場能和磁場能之間的周期性變化,振蕩電流的大小和方向變化的全過程,既安全又逼真,還能夠激發學生的學習物理積極性,從而對系統知識進行了全面掌握,完成階段性內容的學習.

應用具有可行性的信息技術手段輔助學生加強對于物理現象原理的認知,演示一些無法在課堂教學中進行的實驗操作,能有效拓寬學生的認知視野,并能夠調動起學生的學習積極性,弱化對于微觀變化的抽象認知,使學生的物理核心素養得以發展.

4 結束語

在物理教學中,教師開展實驗教學的目的是讓學生能夠主動參與知識探究的整個過程,并且要讓學生充分發揮自主探究能力、實踐能力、推理能力以及科學思維能力,還要讓學生真正深度參與新知探究,從而促使學生的物理學科核心素養在潛移默化中得以提升.