基于科學思維發展的高中物理實驗“考、教”研究

王秀麗

摘 要：自從國家頒布了《普通高中物理課程標準》后，在課程目標、學業質量等方面，明確提出科學素養發展考查要求，給高中物理實驗教學帶來了較大影響。在此背景下，教師要想提高高中物理實驗教學質量，應以科學思維發展為基礎，根據學生物理學習表現探尋合理的“考、教”實施策略，確保學生在學習物理實驗中能夠有效發展科學思維。本文主要研究了基于科學思維發展的高中物理實驗“考、教”實施策略。

關鍵詞：科學思維發展；高中物理實驗；“考、教”研究

物理學是以實驗為基礎的學科，實驗又是高考年年必考內容，所以在平時教學中的實驗部分是教學的主要內容，也是學生必須掌握的一項實踐技能，對發展學生科學思維具有重要作用。近年隨著新課標實施，教育部要求教師轉變教學理念，加強高中物理實驗教學力度，注重學生科學思維發展。對此，教師應按照新課標提出的教學要求，以學生物理學習現狀為前提，設計多樣化高中物理實驗“考、教”模式，優化實驗教學方法，使學生在物理實驗中能夠不斷發展科學思維。

一、科學思維概念

《普通高中物理課程標準》中提到，科學思維是從物理學視角，對客觀事物的本質屬性、內在規律以及相互關系的認識方式，是基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力與品格。該定義認為科學思維是認識方式、過程、運用、能力和品格的統一。教師基于科學發展思維開展高中物理實驗“考、教”時，能夠有效改變學生學習狀態，使學生從原來的旁觀者狀態轉向主動參與的狀態，進而協助學生更加清晰了解物理現象，得出準確的物理結論，從中找出新型物理知識理解方法，從而有效培養學生創新意識[1]。

二、目前高中物理實驗教學中存在的問題

（一）物理實驗課時較少

由于高中課程較多，學校在安排課程教學計劃時，通常會將大部分時間安排到理論課上，很少針對科學思維發展需求，安排足夠時長的物理實驗課程。在此背景下，因為高中物理實驗教學課時較少，教師習慣通過演示操作的方式，向學生展示實驗過程以及實驗現象，學生缺乏親自操作的機會。對于部分理解難度較高的物理實驗，教師經常運用多媒體設備播放相關物理實驗操作視頻，沒有按照學生學習需求，深入講解各個環節的實驗操作方法以及注意事項，導致學生對有關物理實驗了解程度較低，影響了物理實驗教學質量[2]。

（二）教學方式存在不足

當前高中物理實驗教學中存在最為嚴重的問題是，部分教師沒有掌握有關高中物理實驗操作方法，對部分實驗操作和實驗設備缺乏充分了解，無法根據學生學習表現，及時提供準確的物理實驗操作知識。在此情形下，部分教師為了提高教學效率，會通過口頭灌輸教材文本的方式，告訴學生高中物理實驗中涉及的知識點，沒有按照科學思維發展需求，設計探究性物理實驗，也沒有將翻轉課堂、小組合作等教學方式運用到高中物理實驗中來，習慣通過試卷考試，檢查學生對物理實驗的掌握程度。這種教學方式不僅不符合物理核心素養培養理論，還對學生科學思維發展造成不利影響，降低了高中物理實驗教學效果。

（三）實驗過程過于程序化

現今部分教師在高中物理實驗“考、教”中，習慣先對物理實驗目的進行分析闡述，然后簡單介紹相關實驗器具操作方法，結合教學需求制定物理實驗操作方案，在方案中細化了各項物理實驗步驟。雖然物理實驗操作方案降低了學生實驗難度，但是存在程序化缺陷，無法有效發展學生科學思維。然而教師在高中物理實驗“考、教”中忽視了這一缺陷，通常要求全體學生用同樣的器具，按照自身展示的物理實驗過程，按部就班完成物理實驗任務。物理實驗過程過于程序化，缺乏針對性研究，導致學生無法從實驗中有效發展科學思維[3]。

（四）部分學生實驗興趣較低

部分學生由于對高中物理實驗“考、教”缺乏正確認識，認為其會占用自身做題時間，缺乏良好的實驗興趣，在面對小組物理實驗時，習慣在小組合作中，站到旁邊觀察小組成員如何做，自身并未認真觀察實驗過程，也沒有做好實驗數據記錄工作，甚至在實驗結束后，未能準確理解相關物理實驗現象。但是部分教師在高中物理實驗教學中，并未根據學生的實驗表現提出改正意見，習慣將重心放到各個小組是否有效完成實驗任務上來，從而導致物理實驗教學成為形式，降低了高中物理實驗教學質量。

三、基于科學思維發展的高中物理實驗“考、教”策略

（一）創新教育教學理念

教育教學理念影響著新課堂建設效果。教師要想充分利用現有教學課時，提高課堂教學效率，應根據新課標和新教材創新傳統育人觀念，將學生放到課堂建設首要位置，按照學生學習需求建設課堂教學目標、講課內容和教學方法等。同時，教師在創新教育教學理念時，應積極向優秀同行請教，學習同行的教學理念，引導同行分享成功案例，從中汲取可行性高的新理念，在后期基于科學思維發展實施高中物理實驗“考、教”時，保障新型教學理念符合新課標和新教材實施需求，為提高高考物理實驗教學效果打好基礎。此外，教師在創新教學理念時，應立足科學思維發展，做好教學設計。教師應設計教學評一體化實施方法，并根據課程內容做好課時設計，按照教學大綱、學生學習能力以及教學經驗等，設計合適的教學模式，保障學生在有限時間內實現高效學習目標。

（二）運用翻轉課堂優化教學方式

翻轉課堂是指重新調整課堂內外時間，教師不再占用課堂時間講解知識，相關信息需要學生課前通過看視頻等方式自主學習。教師在課堂上主要是以講授法和協作法的方式，幫助學生進行個性化學習。相比傳統教學方式而言，翻轉課堂更具開放性，學生參與度更高。學生可以在參與講課中，及時發現自身存在的理解缺陷，在教師協助下快速完善知識體系，為發展科學思維奠定良好基礎[4]。因此，教師開展高中物理實驗“考、教”時，可以運用翻轉課堂優化教學方式，先將有關教學內容編輯成多媒體課件，按照多媒體課件編輯需求以及學生理解能力，有計劃整合課內外資源，并結合多媒體課件中的具體內容，設計有關物理實驗報告，在報告中以表格的形式，闡明物理實驗過程、步驟以及器材類型等，讓學生課前按照多媒體課件和物理實驗報告提示，在實驗室進行自主學習。課堂上讓學生以小組為單位，扮演教師角色講解實驗過程以及結果。教師可以根據學生講課表現進行補充教學，使學生在課堂上能夠有效發展科學思維。

例如：講到《串聯電路和并聯電路》時，教師在制作多媒體課件的過程中，應將串聯電路和并聯電路連接特點、畫圖方法以及電池阻、小燈泡、開關和導線等引入其中，并從互聯網中查找有關實驗操作視頻。與此同時，教師可以根據多媒體課件所講內容，適當引入全國統考高考真題，如2023年全國甲卷第22題，“某同學用伏安法測繪一額定電壓為6V，額定功率為3W的小燈泡的伏安特性曲線，實驗所用電壓表內阻約為6KΩ，電流表內阻約為1.5Ω，實驗中有圖（a）和圖（b）兩個電路圖供選擇?！边@道題目的考法是以填空題為主，考點以電路圖中的電池阻和畫圖方法等為主。當教師制作好多媒體課件后，可以設計相關物理實驗報告，并要求學生根據高考真題的考點，自主結合多媒體課件所講內容進行實驗操作，在實驗操作中會連接簡單的串聯電路和并聯電路，會畫簡單的串、并聯電路圖。此后，教師可以將多媒體課件和實驗報告發送到學習群，讓學生課前前往實驗室自主學習。課堂上，教師可以按照物理學習能力分組，讓每個小組輪流講解多媒體課件內容和高考真題解答步驟，演示物理實驗操作過程。當學生出現講解錯誤的情況時，教師應及時補充，根據學生回答深入講解這道高考真題中的理論知識，使學生在理解知識中能夠有效明確前期物理實驗與相關知識之間的關聯，從而不斷發展科學思維。其實這樣的高考題有很多，教師加以整合都可以作為上課的素材選取應用。

（三）借助探究性實驗培養思考能力

探究性實驗是指學生在不知道某種現象產生原因的前提下，先對該現象的產生做出合理假設，然后通過操作、觀察、比較、分析等方式來驗證假設的過程。經教學發現，探究性實驗能夠有效培養學生思考能力，可以有效發展學生科學思維。這種實驗教學方法不僅可以提高育人效果，還能有效解決實驗過程程序化問題，符合高中物理實驗“考、教”需求。因此，教師基于科學發展思維組織教學時，可以借助探究性實驗培養思考能力，根據高中物理實驗試題設計問題，引導學生做出合理假設，然后向學生講明各類實驗器材使用方法，讓學生通過分組協作的方式，共同探究實驗假設是否正確。教師可以在學生實驗中，用心觀察學生實驗過程，及時給予學生操作指導，提高學生探究性實驗質量。

例如：講到《測金屬絲的電阻率》實驗時，教師可以從全國統考高考真題中選擇合適的題目，如2023年全國乙卷第23題，“一學生小組測量某金屬絲（阻值約十幾歐姆）的電阻率，現有實驗器材：螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表（內阻非常大）、定值電阻R0（阻值10.0Ω）、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關K、開關S、導線若干。”這道高考真題考法以填空題為主，考點涉及電壓、電流和電阻等知識。教師可以先針對第一個填空前后的相關信息，詢問學生題干中各類信息之間的關聯是什么？通過圖畫可以假設流過待測金屬絲的電流是多少？具體假設由學生結合所學知識進行設計。此后，教師可以根據題目中的具體信息，帶領學生前往實驗室，并按照學號分組，讓每個小組自主在實驗室整理有關器具。教師可以先在講臺上系統演示各類器具使用方法，講明實驗過程，告訴學生需要注意的安全問題。當學生對該實驗步驟有了基本認識后，教師可以讓每個小組結合問題進行探究實驗，要求學生將實驗步驟、所得數據以及實驗現象等全部記錄下來，并讓每個小組輪流共享實驗成果。教師可以根據這道題目中的填空，告訴學生問題正確答案，并講明哪些實驗數據屬于正確數據，指出部分學生實驗結果與假設之間存在差異的原因，使學生在重新驗證假設中能夠有效培養思考能力，不斷發展科學思維。

（四）通過陣營比賽調動實驗興趣

實驗興趣與教學效果具有直接關聯。陣營比賽靈活性強，極具趣味性，學生可以在環境影響下，以良好態度投入高中物理實驗中來。同時，陣營比賽可以使學生在比賽中感受到學習樂趣，激發學生實驗積極性。因此，教師基于科學發展思維開展高中物理實驗“考、教”時，可以通過陣營比賽引發學生實驗興趣，設計與以往高中物理實驗習題有關的比賽實驗，教導學生結合實驗課題，運用所學知識進行實驗操作。

例如：講到《描繪小燈珠伏安特性曲線》時，教師可以在理論知識教授完畢后，選擇相應高考物理實驗真題，如2022年全國乙卷第23題，“一同學探究阻值約為550Ω的待測電阻Rx在0～5mA范圍內的伏安特性?？捎闷鞑挠须妷罕鞻（量程為3V，內阻很大），電流表A（量程為1mA，內阻為300Ω），電源E（電動勢能約為4V，內阻不計），滑動變阻器R（最大限值可選10Ω），定制電阻R0（阻值可選75Ω），開關S，導線若干?！边@道高考真題考法是以填空題為主，考點涉及電路原理圖、滑動變阻阻值以及電壓表等。教師可以根據該題目，向學生闡明該類電學實驗操作方法，然后將全班學生分成多個陣營，要求每個陣營按照題目提示，合作完成實驗操作任務。教師可以按照每個陣營在比賽中使用時長以及實驗結果進行打分。當實驗比賽結束后，對于表現良好且綜合成績第一的陣營，教師應對其進行夸贊，并在班級上分享該陣營相互協作技巧以及實驗操作優勢，使其他學生在學習該陣營實驗操作優點期間，能夠有效發展科學思維；對于表現較差且綜合成績一般的陣營，教師應指出其協作實驗中存在的不足，并再次講解這類實驗操作方法，確保這部分學生在教師教導下能夠有效發展科學思維。

（五）采用先學后教模式發展科學思維

在高三實驗復習課時，可以采用先學后教的課堂模式，由于授課對象是高三學生，他們在高一高二已經學過這些知識，可以充分調動學生學習的積極性和主動性，教師提前將課堂要復習的內容提前發給學生，讓學生在課下提前溫習知識點進行自主學習，在課堂上邀請學生上臺獨立講解。實驗題會需要有實驗器材選取，這在學生備課時與教師一起在實驗室里選擇器材，一起完成實驗，更能提升學生實驗的自主性和參與度。同時由于學生站在學生角度更容易發現問題，解決自己在做實驗時出現的困惑。

結束語

綜上，在高中物理實驗“考、教”教學中，發展學生科學思維，是提高學生物理核心素養的重要途徑。教師應在教學中基于科學思維發展，按照目前教學中存在的問題，設置合適的高中物理實驗“考、教”策略，創新教育教學理念、運用翻轉課堂優化教學方式、借助探究性實驗培養思考能力、通過陣營比賽調動實驗興趣、采用先學后教模式發展科學思維，利用多種方法改善教學模式，使學生在學習中不斷發展科學思維。

參考文獻

[1]張偉藝.高中物理教學中學生科學思維能力的培養研究[J].教學管理與教育研究，2022，7（17）：80-82.

[2]張善洪.高中物理教學中如何培養學生科學思維能力[J].文理導航·教育研究與實踐，2021（2）：152-153.

[3]蔡千斌.基于學習進階的高中物理“學生實驗”教學設計：以“測定玻璃的折射率”為例[J].物理教師，2020，41（11）：16-19.

[4]余俊文，馬來敏.高中物理研究型活動提升高階思維能力的研究：基于成都“七中網班”遠端直播教學的背景[J].教育科學論壇，2020（28）：14-17.