高中物理實驗教學策略與有效性研究

摘 要：高中物理實驗教學對學生理解物理概念、發展科學思維和提升探究能力具有關鍵性作用.合理運用多樣化的實驗教學策略，不僅能顯著提高學生的學習效果，還能有效促進學生創新意識培養、自主探究能力和知識應用能力的提升.

關鍵詞：高中物理；實驗教學策略；有效性

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）33-0071-03

收稿日期：2024-08-25

作者簡介：宋宗斌（1990.11—），男，甘肅省靖遠人，碩士研究生，從事高中物理教學研究.

傳統物理實驗多以驗證性實驗為主，雖然能夠幫助學生鞏固基本概念，但往往忽視了學生創新思維與探究能力的培養.隨著教育改革的深入，如何設計和實施更具有效性和創新性的實驗教學方案，已經成為物理教學研究的焦點之一.文章將系統分析現有的實驗教學策略，并探討其在高中物理實驗教學中的應用及有效性，以期為一線教育工作者提供參考.

1 高中物理課堂教學中提升實驗教學有效性的意義

1.1 增強物理知識的理解與記憶

實驗教學通過將抽象的物理概念形象化，使學生能夠更直觀地理解物理現象.例如，在學習力學時，學生會發現力的概念很抽象、很難理解，但通過實驗，如用彈簧測力計測量力的大小和方向，學生能夠直觀地看到力是如何作用的，以及力與物體運動之間的關系^[1].學生不再依賴書本上的文字或教師的講解，而是通過親自操作和觀察，直接接觸和感知物理現象，這樣的過程有助于學生將理論知識與實際現象聯系起來，加深對知識的理解.此外，與被動接受信息相比，主動參與實驗操作的學生更容易產生對知識的理解.這是由于學生對實驗過程中出現的錯誤進行了反思，而反思為學生提供了寶貴的學習機會，使其能夠更深刻地理解并糾正自己的認識誤區，從而更牢固地掌握物理知識.

1.2 培養學生的科學探究能力

實驗教學是培養學生科學探究能力的關鍵途徑.在物理實驗中，學生通過觀察物理現象、提出問題、做出假設、設計實驗、收集數據、分析結果等一系列探究活動，逐步掌握科學探究的基本方法和步驟.通過這些活動，學生不僅能夠學習如何進行科學研究，還在這個過程中發展了科學思維能力.例如，在電學實驗中，學生會發現某一現象與預期不符，這時需要重新思考實驗設計，調整實驗參數或條件，并重新進行實驗，進而培養自身的批判性思維和邏輯推理能力.通過不斷地實驗驗證和調整，學生學會了如何通過實驗證據支持或否定自己的假設，逐步形成嚴謹的科學思維方式.

1.3 提升問題解決能力

實驗教學中的問題解決能力體現在多個方面.首先，學生在實驗中會遇到各種實際操作問題，如器材的使用方法、實驗誤差的控制、數據的處理等.面對這些問題，學生需要自主思考并找到解決方案，這培養了其獨立思考能力和動手能力.此外，實驗教學還通過問題解決過程，增強了學生在面對挑戰時的自信心和耐心.學生在實驗中經歷失敗和成功的循環，學會如何從失敗中吸取教訓，并通過不斷嘗試最終解決問題.這種經歷不僅提升了學生的心理韌性和抗挫折能力，也為學生在未來面對更復雜的問題奠定了基礎.

1.4 促進學生之間的合作與交流

物理實驗教學往往以小組合作的形式進行，這為學生提供了相互合作與交流的機會.在小組實驗中，學生需要分工合作，明確各自的任務，如操作實驗儀器、記錄數據、分析結果等，分工協作的過程不僅提高了實驗效率，也培養了學生的團隊合作能力^[2].通過合作，學生能夠相互學習、相互幫助，例如，在實驗過程中，當某個學生遇到困難時，其他組員可以提供幫助和建議，從而促進知識的共享和共同進步.通過合作討論和交流，學生還可以更好地理解實驗內容，互相啟發，提出更有創意的解決方案.

2 高中物理實驗教學策略

2.1 設計實驗專題，培養學生探究能力

傳統的實驗教學通常是零散的、獨立的，學生在課堂上做的實驗往往只局限于驗證某個單一的物理規律，缺乏連貫性和系統性，探究能力得不到有效培養.新課改倡導的核心素養要求教師不僅要傳授知識，更要培養學生的探究能力、創新精神和科學思維.因此，設計以實驗專題為核心的教學策略，將相關的物理概念、規律、器材、操作方法等整合起來，能夠更好地滿足這一需求^[2].

講解加速度時，教師提前準備一些基礎器材，如直尺、厚書本、紙板、硬幣、打點計時器、紙帶等，并鼓勵學生根據自身的理解，設計不同的實驗方案測量硬幣在斜面下滑過程中的加速度.學生分成若干小組，每個小組在討論后設計自己的實驗方案，一些小組可能會選擇用直尺和厚書本搭建一個斜面，并粘貼紙板作為滑道，以保證硬幣的運動軌跡穩定.另一些小組則可能選擇使用打點計時器，通過分析紙帶上的點距來計算加速度.教師在此過程中巡回指導，提醒學生注意實驗中的變量控制，如保持斜面的傾斜角度不變，確保硬幣的初速度等.最后，學生將收集到的數據進行整理，如整理硬幣下滑過程中不同時間段的位移數據，或測量紙帶上相鄰點之間的距離.通過設計并實施實驗，學生不再僅僅停留在公式的記憶層面，而是通過實驗操作，實際感受到加速度的存在.這種感性認識與理性思考相結合，能夠幫助學生更好地理解物理概念.

2.2 重組教材實驗內容，完善學生知識體系

重組教材實驗內容，將零散的實驗整合為系統化的實驗，能夠幫助學生在學習過程中形成連貫的知識體系.這種系統性的學習方式，不僅有助于學生將不同章節的知識點聯系起來，還能幫助學生從整體上把握物理學科的核心概念和基本規律.

講解“力學”知識時，教師可以將所有實驗進行重組，讓學生鞏固并加深記憶.學生可以建構思維導圖，如中心詞是力學試驗，分支則有彈力、摩擦力、力的合成與分解、牛頓定律應用、超重與失重.每一個分支中繼續完善實驗內容，如彈力專題實驗中補充“利用激光筆顯示微小形變的效果，通過觀察光點的偏移，理解彈力與形變的關系；通過放大思想方法（如使用放大鏡或顯微鏡）顯示硬質玻璃瓶在施加外力后的微小形變，認識到即使是看似‘不可變形’的物體在施加力時也會產生形變”.再如“摩擦力專題實驗”中，補充“利用筷子提起裝滿米的瓶子，演示靜摩擦力的作用；自制傳送帶模型，通過測量滑動摩擦力大小，理解摩擦力的產生及其影響因素；使用氣墊導軌減少摩擦力，分析摩擦力對物體運動的影響”等.每個實驗專題都是對力學中一個重要概念的深入探討和實踐.通過系統的實驗學習，學生能夠更好地理解和掌握力學的核心知識，并在探究過程中逐步培養起科學思維和探究能力.

2.3 借助信息技術構建實驗情境，降低學習難度

高中物理課程中，一些實驗涉及復雜的器材、精確的數據測量和抽象的物理概念，學生在理解和操作時可能遇到困難.而信息技術的引入，如虛擬實驗、模擬軟件、數字化傳感器等，為物理實驗教學提供了新的途徑，可以有效降低學生的學習難度，提高實驗的效率和效果.

“磁場對通電導線的作用力”是高中物理的重要內容，教學重點在于理解安培力與左手定則.教師可以利用虛擬實驗軟件，在屏幕上展示通電導線在磁場中的受力情況，軟件可以動態展示電流方向、磁場方向和安培力的方向，幫助學生直觀理解三者之間的關系.通過調整磁場方向和電流方向，學生可以觀察安培力方向的變化，直觀地感受到“左手定則”的應用.接著，教師繼續使用物理模擬軟件，如“PhET”模擬實驗，構建不同的實驗情境，如改變電流的強度、磁場的大小和方向等，引導學生觀察這些因素如何影響通電導線的受力情況.學生可以通過軟件模擬實驗，嘗試不同的組合，探究磁場、導線電流和作用力之間的關系，這種交互式學習方式可以增強學生的參與感和探索欲望.可見，虛擬實驗和模擬軟件的互動性使得學生能夠在實踐中不斷探索和驗證自己的理解，提高了對這一定律的掌握度.

2.4 立足實際生活設計實驗，強化學生知識應用

通過實際生活中的問題，學生可以看到物理知識在生活中的應用，了解物理不僅是抽象的理論，還是解決實際問題的工具.學生能夠意識到物理原理與日常生活密切相關，從而增強學習的動機和興趣.而通過實際生活中的實驗，學生可以學會如何將課本中的知識轉化為解決現實問題的工具，這對培養學生的創新意識和實踐能力都具有重要的意義^[3].

教授“超重與失重”一節時，教師通過提問引導學生回憶自己在生活中體驗過的與超重和失重相關的現象.例如，乘坐電梯時，是否感覺到身體的重量在某些時刻變輕或變重？在游樂園乘坐自由落體設施時，身體是否有瞬間的失重感？這些現象為學生提供了對超重與失重概念的初步感性認識.然后，讓學生利用簡單的實驗裝置（如裝有小物體的水瓶），模擬自由落體過程中的失重現象.學生將瓶子從一定高度自由下落，觀察瓶子內小物體的狀態.通過多次實驗，學生可以清楚地觀察到在自由落體過程中，小物體在瓶子內呈現出失重狀態.教師引導學生討論小物體在瓶子內出現的失重現象，分析原因，并將其與現實中的跳傘、宇航員失重等現象進行類比.最后，教師引導學生結合牛頓第二定律和重力加速度的相關知識，分析體重變化的原因，解釋在加速運動和自由落體過程中為何會出現超重與失重的現象.這樣一來，學生能夠將超重與失重的知識融入更廣泛的物理學習和生活實踐中，真正實現了“學以致用”的教學目標.

2.5 發揮問題驅動優勢，發散學生學習思維

通過提出具有挑戰性的問題，教師可以引導學生自主思考和設計實驗方案.這種自主探究的過程不僅能提高學生的動手能力，還能培養學生解決復雜問題的能力，使其在實驗中成為主動的探究者，而不是被動的執行者.學生在解決開放性問題的過程中，會嘗試不同的實驗策略，從而培養其創新意識，提高解決實際問題的能力.

滑動摩擦力是高中物理教學中的重要概念，教師可以提出問題：滑動摩擦力的大小受哪些因素影響？我們如何通過實驗來驗證這些影響因素？特別是接觸面粗糙程度和接觸面之間的壓力大小，分別如何影響滑動摩擦力？引導學生自主設計實驗并進行探究.在課堂上提供基本的實驗材料和工具，如不同材質的板塊（如木板、塑料板、砂紙等）、砝碼、彈簧測力計等.學生使用不同材質的板塊，保持壓力不變，探究接觸面粗糙程度對滑動摩擦力的影響.然后使用同一種材質的板塊，通過增加砝碼的重量，改變接觸面的壓力大小，探究壓力大小對滑動摩擦力的影響.在學生實驗過程中，教師要提供必要的指導，確保學生能夠準確測量并記錄數據，還要鼓勵學生在實驗中發現問題并進行調整，如通過重復實驗來驗證結果的可靠性.

3 結束語

綜上所述，高中物理實驗教學的有效性依賴于多樣化的教學策略與創新方法的合理應用.因此，物理教師應根據教學目標與學生實際學情，靈活運用多種實驗教學策略，進一步優化教學設計，以實現物理學生的全面發展.同時，未來的研究中還應進一步探討如何將這些策略與現代教育技術相結合，以持續提升物理實驗教學的質量.

參考文獻：

[1] 李濤.新教育環境下高中物理教學質量提升分析[J].數理天地（高中版），2024（16）：97-99.

[2] 馮旭，李林，馮立峰.基于深度學習的物理實驗創新設計：以“光的干涉”實驗教學設計為例[J].理科考試研究，2024，31（15）：45-48.

[3] 譚曉闖.基于創客教育思想的物理實驗課高階思維培養策略[J].知識文庫，2024，40（14）：119-122.

[責任編輯：李 璟]