高中物理教學中創新實驗的設計與實踐

摘 要：物理課程是高中教育教學課程體系的關鍵學科，對于培養學生邏輯思維和科學素養具有重要作用，立足學科特點，全面做好創新實驗設計，勢在必行。論文在介紹高中物理創新實驗重要性的基礎上，論述了物理創新實驗設計的主要原則，同時探討了當前高中物理實驗教學中所存在的典型問題。在該基礎上，結合相關教學經驗，認為應從精心設計趣味實驗，逐步提升操作難度等方面，優化提升高中物理教學創新實驗設計成效，以此保證最終教學質效。

關鍵詞：高中物理；教育教學；創新實驗；設計方法

隨著高中物理教學要求的不斷提高，創新實驗在教學全過程中的現實地位愈發突出，如何準確把握物理創新實驗價值內涵，優化運用多樣化的教學設計方法，提升物理實驗教學質量，備受業內關注，理應對此做出相應探討與分析。

一、高中物理創新實驗的重要性

在高中學習階段，物理課程的教學目標在于讓學生獲得必要的物理基礎知識和技能，運用所學知識分析和解決相關問題，并感悟科學精神的價值內涵，形成良好的學習習慣和科學態度。物理實驗是辨析物理概念、解釋物理現象的重要方式，在培養學生動手能力、動腦能力和創造性思維等方面發揮著不可替代的現實作用。依托于高中物理創新實驗，學生可更加全面準確地把握物理知識中蘊藏的基本規律，有助于激發創新潛力，提高實踐創新能力。近年來，國家教育主管部門高度重視高中物理實驗教學模式的優化，在培育學生科學思維，拓展學生核心素養等方面取得了顯著成就，真正體現了物理實驗在總結歸納物理規律方面的現實價值。同時，廣大一線教育工作者同樣在優化整合物理實驗教學資源，改進物理實驗教學方法等方面進行了諸多有益探索，有針對性地培養了學生科學探究能力和科學思維習慣。盡管如此，當前高中物理創新實驗教學水平尚有較大提升空間，迫切需要改進方式方法，優化實驗教學實踐過程[1]。

二、高中物理創新實驗設計的主要原則

（一）趣味化原則

高中物理知識相對枯燥，若單純地通過傳統的課堂講解方式展開教學，勢必難以取得最優化的教學效果。而通過趣味化的創新實驗教學，則可穿插諸多趣味性的實驗內容，以此提高學生課堂參與度，激發學生對物理知識的渴求與探究欲望。在趣味化原則要求下，物理實驗設計應立足學情特點，準確分析與把握學生對于物理知識的心理期待和需求，將整個實驗過程細分為若干環節，做到各環節的層層遞進，循序漸進地展現物理知識新奇和生動的特點。

（二）生活化原dkpFvyOQ9r/KtXUfofKnpQ==則

高中物理知識與學生實際生活之間存在密切關聯，生活中的諸多有趣現象均可通過物理知識進行解釋，這要求物理創新實驗設計應按照生活化原則要求，將實驗教學與生活實踐有機結合起來，降低學生對抽象物理知識的理解難度。通過融合運用生活化原則，物理創新實驗教學可由淺入深、由易及難，將現實生活中的實際案例引入實驗全過程，使學生更加深入地掌握物理原理，升華對物理知識的直觀認知。

（三）科學性原則

科學性原則要求高中物理創新實驗嚴格按照嚴謹的過程方法，設定實驗方案和實驗過程，觀察實驗現象，客觀準確記錄實驗中的相關數據信息，最大限度地避免人為主觀干預對物理實驗過程與結果的影響。在科學性原則要求下，高中物理實驗教學還需注重實驗過程的直觀性，正確揭示其中的物理規律，以實驗現象驗證物理知識或假說的真偽，同時讓學生在嚴謹細致的實驗過程中受到熏陶，始終保持對無窮物理知識的探究欲望[2]。

三、高中物理實驗教學存在的典型問題

（一）高考“指揮棒”的影響明顯，實驗評價方式單一

實驗評價是評判物理實驗教學質效的重要方式，更是體現物理創新實驗設計成效的關鍵過程，只有在多元化評價方法應用中，才能確保評價結果全面、可靠、可信。縱觀當前高中物理實驗評價實際，普遍存在高考“指揮棒”影響明顯，評價方式單一等共性問題，無論是理論知識考試方式，還是實驗操作方式，均存在明顯應試痕跡，更多教師將注意力放在高考考查和“猜題”等方面，學生只能按照固有流程機械地完成實驗操作，忽視了物理實驗應有的內在本質與價值。受限于此，學生的實驗技能得不到充分考查，背離育人功能的實際要求，迫切需要建立科學化、多元化的實驗教學評價

體系。

（二）實驗硬件設施不足，專業人員緊缺

隨著高中物理創新實驗教學要求的提高，相應的硬件設施更加重要，同時也對物理教師在實驗指導方面的專業技能提出了更高要求。實踐表明，部分高中學校未能配置齊全完善的實驗硬件設施，實驗設備或儀器數量不足，更新率低，無法保障分組實驗教學，且實驗課時量少，儀器設備精確度不夠，影響實驗效果。物理實驗室的開放程度有待提高，僅在有相關課程安排時才向學生開放，硬性條件的保障作用難以實現。部分教師對創新實驗教學的核心價值認知不足，缺乏對物理知識的深層次講解，無形之中割裂了物理知識和實驗操作之間的關系。

（三）學生動手操作能力弱，實驗態度需提升

學生是高中物理創新實驗教學的主要對象，更是實驗教學效果能夠順利實現的重要因素。但部分學生在物理實驗課堂中，會過度興奮、喜悅，往往沉浸在相對“熱鬧”的學習氛圍中，尤其在分組實驗中，自然而然地放松了學習心態，違反實驗操作規程，胡亂操作實驗設備，互相抄襲實驗數據等現象不同程度存在。隨著時間的延長，學生難以熟練使用各類實驗儀器，對物理原理一知半解，不僅影響物理實驗教學效果，而且制約正常教學進度，創造性思維的有序養成更是天方夜譚[3]。

四、高中物理教學中創新實驗設計策略探討

（一）精心設計趣味實驗，逐步提升操作難度

根據高中物理教學目標要求，制訂完善的創新實驗教學計劃，圍繞課堂教學目標，精心設計趣味實驗，消除傳統教學模式下實驗形式單一、實驗內容枯燥等弊端，以生動形象的實驗內容激發學生探究興趣。高中物理創新實驗教學效果的彰顯并非朝夕之舉，需要按照循序漸進的教學原則，逐步提升實驗操作難度系數，引導學生由淺入深地探究物理實驗內容，在教學過程方面實現階梯化提升。比如：在《自由落體運動》內容教學中，為使學生明白影響物體下落快慢的主要因素是空氣阻力，掌握自由落體運動的定義和條件，學會運用理想化的物理學研究方法，教師可利用有趣的游戲實驗進行課堂導入，引導學生觀察并思考物理實驗，根據實驗現象做出合理假設與猜想，然后進行求證。在該基礎上，對羽毛、樹葉、直尺和鐵片等分別進行演示實驗，然后組織學生開展討論，以加深對該物理知識的理解。

（二）善于利用沖突思維，促使學生深入探索

高中物理創新實驗的設計可將整個實驗過程進行細化分解，通過對每項分解內容進行深入講解和操作，使學生將所學知識與相對應的實驗環節有機結合起來，以更加全面地掌握物理原理、規律和本質。在上述過程中，沖突思維具有重要作用，可引導學生在物理知識的海洋中盡情遨游，時刻保持對所學內容的注意力，鍛煉提升邏輯思維能力，形成對物理實驗內容的自我認知。以《楞次定律》一課教學為例，教師可首先通過創新實驗創設問題情境：讓磁鐵分別在紙筒和銅管中自由下落，讓學生親自動手操作，觀察磁鐵下落快慢情況。在觀察到實驗現象后，利用沖突思維引導學生思考：為什么磁鐵在銅管中下落明顯變慢？進而引出變化的磁場這一概念，循序漸進探究感應電流等內容。在上述實驗環節，教師應鼓勵學生對“感應電流的方向和磁通量的變化”等內容展開大膽想象，充分發揮發散思維，以加深理解[4]。

（三）適當創新原有實驗，強化實踐能力訓練

現代信息化技術的創新發展與實踐運用，為新時期高中物理創新實驗設計提供了更為靈活多變的工具載體，使傳統教學條件下難以實現的創新實驗設計效果更具實現可能。因此，教師可根據物理實驗教學要求，運用多媒體技術等方法對創新實驗過程進行仿真模擬，使學生在清晰、形象、直觀的環境下感知物理實驗內容的精髓，降低理解難度，增強實驗教學活躍度。在上述過程中，教師應提前搜集整理與創新實驗相關的視頻、動畫和音頻等多媒體資源，經過加工處理后，形成多媒體課件，將實驗裝置、實驗器材和研究對象等要素全部納入其中，將單調乏味的物理知識活靈活現地展現出來，克服學生對陌生物理知識的畏懼與抵觸情緒。強化師生交流與互動，積極傾聽學生在實驗教學中的想法與意見，及時指導糾正學生在實驗操作中的不當方式，激發其探究興趣，增強動手實踐能力。

（四）巧妙結合生活現象，創新設計物理實驗

正如前文所述，高中物理創新實驗設計應遵循生活化原則要求，準確把握物理知識與現實生活之間的關系，將趣味化的生活現象嵌入物理實驗之中，并運用得到驗證的物理知識解釋部分有趣的生活現象。在物理創新實驗與生活現象結合中，教師應充分把握學生既有生活經驗，關注學生興趣點所在，拓展延伸物理實驗教學內容，使學生意識到物理知識的實用性。以《力的合成與分解》一課為例，該課教學目標在于理解分力及合力的概念，掌握按力的作用效果進行分解的一般步驟，學會判斷一個力產生的實際效果，并強化“等效替代”思想等。對此，教師可帶領學生走進實驗室，利用力的合成分解演示器、鉤碼和平行四邊形演示器等實驗儀器，將演示器按事先選定的分力夾角和分力大小，調整位置并選配鉤碼個數，將匯力環上部連接的測力計由引力器拉引來調節高度，并適時調節拉引距離，使匯力環懸空，目測與坐標盤同心，然后改變分力夾角，重復上述實驗環節。通過上述方式得出相應結論，驗證物理規律。

（五）營造良好教學氛圍，鼓勵學生積極參與

在高中物理創新實驗設計中，學生應始終處于實驗教學的主體地位，所有實驗環節的優化銜接，均應以增強學生獲得感作為出發點，以此營造和諧的實驗教學氛圍，激發學生參與熱情。物理實驗屬于過程性教學理念范疇，師生彼此分別在實驗教學中扮演不同角色，教師應強化實驗教學引導和服務，并由學生相對獨立地完成實驗觀察和操作。比如：在《質點、參考系和坐標系》教學中，可根據提前掌握的班級學情特點，將全班學生分為若干合作小組，由每個小組推薦一名成員參加“同心圓”游戲，讓一名學生手持10號數字牌站在同心圓中心位置，其他學生代表其他數字，教師喊到哪個數，這名同學就要和數值相同的學生站在一起。在該實驗游戲的基礎上，引入“質點”這一物理概念，打破以往相對沉悶的物理實驗教學氛圍，使抽象復雜的物理概念更加具體。

（六）重視思考能力培養，拓展學生物理核心素養

如何科學有效地培養學生思考能力，在面對復雜的物理問題時能夠快速形成解決思路，進而提升學生核心素養，是當前高中物理創新實驗設計應關注的重點問題。教師應主動提高自身專業技能，以更專業的教學方式、更嫻熟的實驗方法、更強烈的責任意識投入創新實驗設計之中，增進師生彼此配合。以《摩擦力》教學內容為例，為使學生知道滑動摩擦力的產生條件，會判斷滑動摩擦力的方向，教師可采用木板、木塊、砝碼、毛巾和彈簧測力計等用具，設計相應實驗內容，分別緩慢拉動木塊、木板和毛巾等，測量其勻速狀態下的拉力，此時拉力等于摩擦力。同時，教師可舉一反三，在更換其他實驗用具后，重新進行實驗，讓學生試著談談實驗心得，以此培養學生思考能力，提升學生物理

素養[5]。

（七）運用大單元教學方法，提升學生核心素養

基于大單元的高中物理實驗教學模式的構建，以章節內容為起點，將教材的內容重新整合，在課程標準和核心素養的指導下構建以基本知識為統一整體的大單元知識體系。這樣物理教師要整體掌握教材各章節內容，把握各章節內容之間的內在聯系，從學生角度完成教學思考，并且要考慮在大單元教學下，各個知識點的呈現順序。研讀課程標準，準確了解課程標準對教材各個知識點的基本要求，并結合課程要求和學生的認知特點、學生思維的發展規律，按照由淺入深、由易到難、由表象到本質的順序整合單元內容，幫助學生形成知識體系架構，實現單元內容間的銜接與過渡。教師在設計單元教學目標時要注重學科基礎概念、基本原理等之間的邏輯關系，并且要遵循層次性、系統性、整體性的基本原則，將物理學科核心素養劃分并轉化為具體的大單元教學目標，讓學生經歷知識的形成過程，使學科的基本結構轉變為學生頭腦中的認知結構，以此為高中物理實驗大單元教學指明方向。

結束語

綜上所述，受教學理念、實驗過程與教學評價等要素影響，當前高中物理創新實驗設計實踐中依然存在諸多短板與不足，束縛著物理教學整體活力的優化提升。因此，教育工作者應摒棄傳統陳舊的物理實驗設計模式，精準把握創新實驗設計的現實地位，宏觀審視創新實驗對于促進學生物理素養有效提升的價值作用，靈活運用多樣化的教學方法，激發學生對物理實驗的內在興趣，為全面彰顯創新實驗價值奠定基礎，為促進高中物理教學質量提升貢獻力量。

參考文獻

[1]徐衛華.基于核心素養的高中物理實驗教學延展路徑探索：以“實驗：驗證機械能守恒定律”為例[J].物理教師，2023，44（9）：51-54，58.

[2]李春勝，鐘志鵬.高中物理實驗可視化：價值、路徑與實踐：以“帶電粒子在電場中的運動”為例[J].物理教師，2023，44（5）：54-57.

[3]褚軍，孟彥.創新實驗設計落實核心素養：以高中物理必修第1冊“摩擦力”教學為例[J].物理教師，2023，44（3）：6-9，14.

[4]孫怡晨，張彥波，萬子倫，等.STEM教育理念與高中物理實驗的融合探析：以測量重力加速度為例[J].中國現代教育裝備，2022（8）：46-50.

[5]邵鋼.聚焦深度學習，構建高中物理思維型課堂[J].教學管理與教育研究，2023，8（18）：106-108.