利用高考物理實驗題培養學生的科學素養

摘 要：以2023年重慶高考物理試卷中的實驗題目為研究對象，深入分析學生在解題過程中核心素養的表現。研究指出，學生在解答高考物理實驗題時，普遍遵循讀取題目、信息獲取、應用所獲信息及已有知識來解決問題的步驟。分析結果表明，高考物理實驗題對中學生的科學探究核心素養提出了明確要求。學生的答題表現反映了其已具備的綜合素質和物理學科素養。研究對高中物理教學具有指導意義，有助于優化教學策略。

關鍵詞：高考物理實驗題；高中物理教學；核心素養；學生能力評估

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）9-0053-4

１ 引 言

在物理學領域，核心素養跨越了從概念理解到實際行動、從推理到問題解決的全過程，以及從認知到情感負擔的多個層次。為了準確評估這些素質，需采取恰當的方法，這就使其成為教育研究的重要議題。物理課程標準和教學與評價方案均強調了物理學科專業核心能力發展的重要性，旨在提升學生的基本物理專業能力和學習技能，以滿足《普通高中物理課程標準（２０１７年版２０２０年修訂）》的要求。通過對自然科學領域的“概念理解”“科研意識”“實踐能力”“科研方法與責任”等核心素質的深入研究［１］，本文旨在準確分析學生發展狀況，從而有效指導學生學習，使其不僅能掌握知識，還能積極實踐所學內容。物理課程標準在“學業水平考試與命題建議”中提到，高等院校招生錄取的學業水平等級性考試內容應涵蓋高中課程標準的必修和選擇性必修內容，并體現其綜合性和應用性［２］。為了培養學生的物理學科核心素養（圖１），我們需關注物理學最新進展及其成果的應用。基于此，本文通過對２０２３年重慶高考物理實驗題的分析，探討了中學生在解題過程中對核心素養的展現。側重于深入研究與實際問題相關的課程內容，以增強學生解決實際問題的綜合能力。

２ 物理實驗思維能力的培養與結構界定

物理實踐能力由實驗觀察能力、操作能力和思維能力三個要素構成。其中，實驗思維能力至關重要，它為實驗觀察和操作提供了基礎性的指導功能。物理實驗觀察需要實驗思維的引導，以確保觀察結果的全面性和深度；物理實驗操作，如實驗儀器的選擇與組裝，同樣依賴實驗思維的輔助。在此，從實例入手，通過分析高考對學生實驗思維能力的考查情況和特點，為物理實驗教學中如何有效培養學生的實驗思維能力、鞏固實驗能力基礎提供有效案例支持，充分發揮高考在“引導教學”和“以考促學”方面的作用。

隨著“創新”概念的普及，傳統的實驗模式已不再適應現代社會的發展需求。因此，我們應高度重視并加強學生創新能力的培養，使他們更好地理解和掌握“萬眾創新”的理念，以便更好地服務于經濟社會發展。具體在教學中，教師可采用多樣化的教學手段，例如，將物理實驗與思維導圖相結合，通過設計性思考的實驗［３］，有效培養學生的創新精神和發散思維。這種方法打破了傳統教學模式，有助于我們更高效地完成教學任務。高中物理教師，尤其是剛步入教學課堂的教師，應加強對設計性實驗和思維導圖的運用，不斷探索并完善它們的功能，以便更有效地指導學生制訂和執行實驗方案。基于此類教學前提，孕育教學機遇，從而顯著提升物理課堂教學的質量。

３ 研究對象的選取——高考物理實驗試題

２０２３年重慶高考物理試卷中的實驗題包含一道運動學實驗和一道電學實驗。高中物理實驗題通常涉及力學、磁學、電學等領域，解決這些問題時，學生需要將實驗數據轉化為圖表，通過分析圖像（如斜率、截距等）來求得題目中未直接給出的物理量。例如，在解決運動學問題時，關鍵在于深入理解一系列概念和規律。對于電學實驗，其核心在于掌握電路的基本原理和運作規律。對于力學實驗，其主要焦點在于動力學相關公式的應用和理解。接下來，對２０２３年重慶高考物理部分的運動學實驗題進行詳細分析。

原題轉述 某實驗小組使用單擺測量重力加速度。實驗器材如圖２所示。題目要求如下：

（１）略

（２）使用擺線和擺球組成單擺，如圖２乙所示。當擺線長度為L＝９９０．１ ｍｍ時，記錄并分析單擺的振動視頻，得到振動周期Ｔ＝２．００ ｓ，求重力加速度ｇ（保留３位有效數字）。

此題考查了學生對游標卡尺和單擺知識點的掌握。第一問是基礎題，學生只要掌握游標卡尺的讀法即可得分。第二問需要學生從給定的振動周期和擺線長度計算重力加速度。首先，計算單擺的擺長Ｌ＝９９０．１ ｍｍ＋１×１９．２０/２ ｍｍ＝９９９．７ ｍｍ。然后，利用公式Ｔ＝２π，得到ｇ＝，代入Ｔ＝２ ｓ和Ｌ＝０．９９９ ７ ｍ，計算得到ｇ＝９．８６ ｍ/ｓ２。分析表明，只要學生分析問題的能力過關，就能解決這類基礎題目。由此可以看出，高考物理主要還是考查學生對基礎知識的分析運用能力。

為了深入了解學生解決實驗題時的思維過程，并指導未來高考學生的學習，為學生的物理思維能力提升奠定基礎，基于能力導向，我們采用問卷調查和演繹推理的方法對已參加高考的學生進行了分析。以下為研究方法及問卷結果展示分析。

４ 研究方法

演繹推理法是一種先進的推理技術（圖3），通過應用這一技術，我們能夠深入探索和分析觀察到的現象及其外部環境的變化，并利用這些信息建構有效的實驗來檢驗和驗證已有結果。例如，愛因斯坦就是利用兩條基本假說推斷出質量與速度之間的聯系。

研究采用網絡問卷的方式，調查參加過高考的學生在物理試卷實驗題上的得分、難度感知和解題思路，以指導未來高考學生的學習。通過對問卷數據的收集與分析，得到了表１所示的結果。

問卷調查結果顯示，大多數參加過高考的學生認為，物理題尤其是實驗題，具有一定難度。實驗題要求學生具備豐富的知識儲備，能熟練運用物理知識，并在面對大量信息時具備篩選有用信息的能力。實驗題的得分與試題難度、學生的知識儲備以及題目信息的有效性密切相關。因此，教師在日常教學中應從這幾個方面訓練學生的信息提取、運用能力以及解題能力。

５ 教學啟示

通過實際操作，學生可以更深入地理解物理學的真正含義。僅僅依靠課堂講解難以使學生真正領悟物理學的價值，因此，我們應努力增進對物理學的理解，并將其作為未來探索的基礎。所有事物都應仔細探究，培養學生的科研探索能力。2023年的高考物理試卷不僅延續了傳統的實驗類型，還將大部分實驗知識融入其中，使其更具挑戰性。因此，我們應更多地關注和深入研究物理實驗，師生共同將更多精力投入到更有趣、更有意義的課堂活動中，而不僅限于教科書上的分組實驗。

科學思維是指依托于確鑿的事實證據和嚴謹的科學推理，對不同的學術觀點和研究結論持懷疑和批判的態度，通過實證檢驗和進行邏輯修正，最終能夠形成創新性和前瞻性見解的一種思維能力和學術品格。教師應充分利用教學實驗室條件和可用物品進行實驗活動，讓學生親自操作實驗，體驗完整的實驗探究過程。同時，要求學生將理論與實驗相結合，以期培養他們的證據意識。

此外，利用先進的ＩＴ技術可以更高效地進行物理實驗教學，培養學生利用工具的能力。當前教科書和智能手機Ot2psZNBmJmRHkTyDvrKAg==都可作為有效工具，幫助學生更好地了解和復現有趣的物理實驗。在當前的學習氛圍中，我們應重視使用智能手機作為信息工具，并通過實踐來培養學生的創新精神，避免“機械刷題”。

在課堂上，教師應引導學生進行觀察、思考、計算、處理、推導和討論等活動，幫助學生更好地了解實際情況，并培養他們的科學精神［４］。教師還應鼓勵學生使用多樣化的實驗手段，培養他們的獨立性和創新性。在物理學科的核心素養引領下，教學活動應深刻聚焦于基礎知識的夯實與深化。教師應積極引導學生回溯教材與新課標，確保學生能夠在其中尋找到知識的根基與脈絡。這一過程中，我們不僅要嚴格遵循教育教學的科學規律，更要注重物理知識的自然生成與逐步建構，讓學生真正理解和把握物理學的精髓。

與此同時，激發學生對物理實驗的濃厚興趣也是至關重要的。實驗不僅是物理學的靈魂，更是學生直觀理解物理現象、培養探究能力的有效途徑。因此，在教學過程中，我們應積極創造實驗環境，設計富有挑戰性的實驗項目，讓學生親自參與、親身體驗，從而激發他們的探究欲望，增強實驗探究能力［５］。通過這樣的教學方式，我們期望能夠培養學生的物理思維，提升物理素養，為他們未來的學習和研究奠定堅實的基礎。

由于環境限制，一些物理實驗我們無法親自操作，因此，需要借助科學技術手段來展示此類實驗。教師應根據不同環境設計富有挑戰性的物理科學實驗，激發學生的學習熱情，并幫助他們建構物理模型。在課堂上，我們還應強調科學探究，培養學生的實踐技巧和建構主義思想。利用視頻資料幫助學生形成對事物的直接體會，引導他們利用已掌握的物理知識分析科學實驗問題，激發學生的創新精神，提升自身綜合素養。

為了更好地掌握知識，我們應增加生活化的課外作業，讓學生觀察思考生活中存在的物理現象，以便其更有效地理解和掌握所學內容。從２０２３年重慶高考物理試卷的實驗題考查中可以看出，在物理課堂教學中，教師應著眼于學生的長遠發展，致力于培養和提升學生的問題解決能力和學科素養。除了教授基本的解題技巧和應試策略外，更重要的是，教師需要引導學生深入理解物理學的科學本質，掌握學科的思維方式和研究方法。我們期望學生在學習過程中，能夠培養出發現、探索和創造的能力，使他們在面對全新的物理情境時，能夠靈活運用已掌握的知識，對熟悉的模型進行遷移和創新，從而深入剖析問題的核心。同時，我們也鼓勵學生基于堅實的證據來支持自己的觀點，并運用所學的物理方法和規律來創造性地解決新問題，從而不斷提升他們的物理素養和問題解決能力。

參考文獻：

［１］中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標準（２０１７ 年版２０２０年修訂）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［２］劉玉斌．物理學科核心素養中科學探究如何實現可測可評 —— 以 ２０２２ 年高考理科綜合全國卷的部分物理實驗題為例［Ｊ］．基礎教育課程，２０２２（１５）：５９－６４．

［３］王育群．聚焦高考實驗考查熱點 提升學生物理核心素養［Ｊ］．中學理科園地，２０１９，１５（６）：１８－２０．

［４］葉曉強．高中物理實驗教學中學生核心素養的培養［Ｊ］．西部素質教育，２０２２，８（９）：９１－９３．

［５］周志揚．“深度學習”觀點下的物理情境教育——以“導體的電阻”教學片段為例［Ｊ］．物理教師，２０２０，４１（１０）：１７－20，２４．

（欄目編輯 陳 潔）