依托物理實驗促進高中學生科學探究能力發展的策略

摘 要：文章以物理實驗為抓手，針對高中生科學探究能力發展的策略展開探究，在充分把握物理實驗與科學探究能力內在邏輯的基礎上，提出了利用物理實驗培養學生科學探究能力的策略，旨在為高中物理教師提供一定的參考.

關鍵詞：物理實驗；高中；科學探究能力

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2025）03-0096-03

收稿日期：2024-10-25

作者簡介：胡開發，本科，一級教師，從事高中物理教學研究.[FQ）]

物理作為自然科學的基礎學科，其獨特的實驗性質為學生提供了直觀感知科學原理、鍛煉科學探究能力的絕佳平臺.然而，當前高中物理教學中，實驗環節往往流于形式，未能充分激發學生的探究興趣與潛能.只有探索有效的物理實驗教學方法，才能彌補物理實驗教學中存在的弊端，進而發展學生的科學探究能力.這也是教育改革中亟待解決的問題.

1 物理實驗與科學探究能力的內在邏輯

物理實驗與科學探究能力相互依存、互為促進，共同構成了科學教育中不可或缺的一環.科學探究能力是指個體在科學領域中發現問題、設計實驗、收集與分析數據、得出結論并進行有效交流的能力集合，是科學素養的核心組成部分.物理實驗，則是科學探究過程的實踐載體，是理論與實踐相結合的橋梁，為學生提供了驗證理論、探索未知的直接途徑^[1].首先，物理實驗是科學探究的起點.通過觀察物理現象，學生會產生疑問，進而形成探究的初步動機，這是科學探究的第一步.其次，物理實驗為科學假設的提出與驗證提供了平臺.科學探究的精髓在于假設—檢驗循環，學生在實驗中嘗試不同的假設，設計實驗來驗證這些假設，這一過程不僅考驗了他們的邏輯思維能力，也鍛煉了實驗設計與操作技能.最后，物理實驗是科學數據收集與分析的直接來源.在實驗中，學生需要使用各種儀器設備收集精確數據，運用數學工具進行處理與分析.

2 依托物理實驗促進高中生科學探究能力發展的策略2.1 設計引導性實驗，激發探索欲望

在科學探索的初始階段，激發學生的內在探索欲望是首要任務.這不僅能夠喚醒他們對未知世界的好奇心，還能為后續深入學習和主動探究奠定動力基礎.因此，教師要在正式實驗開始前設計引導性實驗，使抽象的理論知識變得具體可感，直觀、生動地向學生展示物理現象，引發學生的思考與興趣^[2].教師在此過程中的角色尤為關鍵，他們不僅是知識的傳遞者，更是引導學生發現問題、提出問題的引路人.

以魯教版高中物理必修第二冊第1章《功和機械能》為例，教師可以設計演示“斜面小車實驗”，直觀展示不同傾角斜面物體下滑的加速度變化，以此作為引導性實驗的開端.在演示過程中，教師需要層層引導，比如利用“如果改變斜面的傾斜角度，小車下滑的速度會怎樣變化？為什么會有這樣的變化？”此類問題，喚醒學生的思考力，促使他們開始嘗試用所學的物理原理去解釋觀察到的現象.接下來，為了進一步激發學生的探索欲望，教師可以利用“發散求異”鼓勵學生思考更多變體實驗的可能性.如利用“如果我們給小車增加阻力，比如使用不同材質的表面作為斜面，這將如何影響實驗結果？”等開放性問題，引導學生跳出常規、勇于質疑，不斷深化探索欲望.

2.2 聯結生活實際，增強學習意義

設計引導性實驗是為了在實踐層面激發學生的探究欲望；而將物理實驗與日常生活實際緊密相連，是通過架起理論知識與現實世界的橋梁，從理論層面進一步激發學生的科學探究欲望.物理學科知識與日常生活密切相關.當學生看到物理知識能夠解決實際生活問題的這種實用性時，其學習動機和探究興趣會顯著增強，進而更加主動地探索科學的奧秘.因此，教師要注重物理知識和生活的聯結.

以魯教版高中物理必修第二冊第1章《功和機械能》為例，教師可以巧妙地將“勢能與動能轉換”的概念與學生熟悉的場景相結合.例如，在講解“彈性勢能”時，教師可以引導學生思考生活中蹦床游戲的物理原理，利用“當你在蹦床上跳躍時，你的身體動能是如何變化的？”這樣的問題直接關聯學生的日常生活體驗，促使學生在腦海中構建物理模型，理解在每次彈跳時人體的重力勢能與動能的轉換關系.進一步地，教師可以組織學生發散思維，自主思考和自由落體定律相關的生活現象，如生活中的雨滴下落、水果成熟后的自然掉落等.通過思考和分析，學生能夠深切感受到物理規律在現實生活中的普遍適用性，加深對“功和機械能”概念的理解.

2.3 實施探究式學習，培養問題解決能力

探究式學習的核心在于，引導學生主動參與問題發現、假設提出與驗證的過程，能夠使學生學會思考.這種學習方式超越了傳統灌輸式的教學模式，驅動學生從現象出發，經過邏輯推理、實驗驗證，最終得出結論^[3].這一過程不僅能夠加深學生對科學原理的理解，還能有效培養他們的批判性思維、問題解決能力和創新意識，為學生發展科學探究能力筑牢基礎.因此，教師在經過理論和實踐的雙重引導后，應該實施探究式學習，讓學生快速進入到科學探究中.

以魯教版高中物理必修第二冊第1章《功和機械能》為例，在學生提出對引導性實驗的疑問后，教師應該鼓勵學生提出初步假設，比如：“當滑塊在粗糙水平面上減速至停止時，其動能的減少量等于因摩擦產生的熱能增加量”為后續的實驗設計提供明確的目標.接下來的關鍵步驟是指導學生設計實驗方案來驗證這一假設，還要引導學生思考實驗設計的細節，比如使用光電門和計時器來測量滑塊的速度，量化動能變化，并確保每次實驗滑塊的質量不變，水平面的粗糙程度相同，釋放滑塊的位置固定，以減少無關變量的干擾.還要利用熱量計（如銅質圓筒與溫度傳感器組合）來量化因摩擦產生的熱能.實驗中，可以在滑塊下放置一片薄金屬片，金屬片與滑塊接觸面涂有導熱良好的材料，確保摩擦產生的熱量有效傳遞到金屬片上.通過監測金屬片溫度上升情況，結合金屬片的比熱容和質量，計算熱能的增加量，并確保金屬片的尺寸足夠大以吸收足夠多的熱量，但又不能太大以至于影響滑塊的正常運動.

2.4 融合信息技術，拓展實驗邊界

在信息時代背景下，融合信息技術于物理實驗教學中，是拓寬科學探究視野、提升高中生探究能力的必然趨勢.通過虛擬實驗室和仿真軟件等現代技術手段，學生得以在安全、可控的虛擬環境中模擬真實實驗，這不僅彌補了傳統實驗條件的局限，還為學生探索那些現實中難以實現或風險較高的實驗提供了可能.更重要的是，這一過程能夠鍛煉學生的信息技術應用能力，使他們能夠在更廣闊的科學領域中自由馳騁，深化對物理原理的理解與應用^[4].因此，教師在實驗教學中，應該充分利用信息技術開展教學.

以魯教版高中物理必修第二冊第1章《功和機械能》為例，教師可以巧妙地利用物理仿真軟件，如PhET Interactive Simulations中的“The Ramp and Friction”模擬實驗，讓學生在模擬環境中調整斜面的傾斜角度、物體質量及表面粗糙程度，觀察并記錄不同條件下物體滑動的距離與速度變化，以及能量的轉化情況.學生利用虛擬實驗可以反復操作，不受物理材料和安全限制，深入探究不同參數如何影響能量守恒，這不僅增強了他們對物理現象的直覺理解，還促進了對復雜概念的深入思考.此外，教師可以進一步引導學生利用電子表格（如Excel）對收集的數據進行整理和分析，通過圖表直觀展現能量轉化的規律，培養學生數據處理和分析技能，進一步加強信息技術與物理實驗的深度融合.

2.5 強化團隊合作，促進交流共享

在實驗教學過程中，團隊合作不僅是知識交流的平臺，更是激發創新思維的催化劑.強化團隊合作，能夠促使學生在多元視角中整合資源、解決問題.通過小組協作完成實驗項目，學生能在互助中深化對科學原理的理解，形成科學思維.以魯教版高中物理選擇性必修第一冊第2章《機械振動》為例，教師可以設計一項關于“共振現象”的團隊探究實驗，將學生分成若干小組，每個小組負責探究不同類型的共振現象，如擺鐘的共振、弦樂器的共鳴等.在開展實驗前，教師應引導學生了解共振的基本概念和條件，然后布置任務，要求各小組設計實驗方案，包括實驗目的、所需材料、實驗步驟及預期結果.在小組合作過程中，教師應鼓勵學生充分發揮各自的長處，比如擅長理論分析的學生可以負責理論推導，動手能力強的同學則可以主導實驗操作.小組成員間在遇到困難時，通過集思廣益共同尋找解決方案.為了確保團隊合作的高效，教師可以設置中間匯報環節，要求各小組展示階段性成果，其他小組則作為聽眾提問或提出建議，形成一種積極互動的學術氛圍.通過這樣的交流，學生能夠在思想的交鋒中獲得靈感，糾偏改錯，逐漸形成科學探究能力.

2.6 反思總結實踐，深化理解應用

科學探究的過程不應止步于實驗操作本身，而應延伸至對實驗全過程的深刻反思與總結，這是形成完整學習閉環、深化理解并提升應用能力的關鍵^[5].因此，在每項物理實驗結束后，教師應組織學生進行系統的反思總結，梳理實驗過程中的觀察、思考與發現，從而將實驗經驗轉化為持久的知識結構，不斷提升科學探究能力.教師可以以小組的形式組織反思會議，即每個小組輪流介紹其實驗設計的初衷、過程中的亮點與不足，討論實驗設計是否有效達到預期目標，哪些操作可以優化以提高精度或效率；討論數據背后反映出的物理原理，對比預測結果與實際結果的差異，探討可能的原因，如誤差來源、實驗條件控制不當等.隨后，要求學生撰寫詳細的實驗報告，報告應涵蓋實驗目的、原理、方法、結果、分析討論及結論等部分，特別強調對實驗中遇到問題的反思和解決策略的總結.在此基礎上，安排班級內部分享會，讓每個小組展示其報告的精華內容，通過同伴間的相互評價和討論，進一步豐富彼此的視角，深化對實驗內容的整體把握.

3 結束語

物理實驗對培養學生的科學探究能力具有重要價值.文章提出設計引導性實驗、實施探究式學習、融合信息技術、強化團隊合作、反思總結實踐及聯結生活實際等策略，不僅能夠激發學生的好奇心與求知欲，還能幫助學生在實踐中不斷提升科學思維、發展科學探究能力.依托物理實驗促進高中生科學探究能力的發展是一項系統工程，教師在教學實踐中，應持續探索和實踐，不斷完善實驗教學設計和實施方法.只有這樣，才能不斷完善實驗教學，進而為學生提升科學探究能力提供穩定的平臺.

參考文獻：

[1] 董超，孫輝.基于科學探究的高中物理實驗教學設計：以“單擺”為例[J].中學物理，2023，41（19）：37-40.

［2］ 時子豪，張石友.基于提升科學探究能力的高中物理實驗教學：以“觀察電容器的充放電現象”實驗教學為例[J].實驗教學與儀器，2023，40（09）：5-7.

［3］ 趙靜.綜合性物理實驗對學生科學探究能力的作用研究[J].廣西物理，2022，43（04）：94-97.

［4］ 祖曉彤，張勇.基于學生科學探究能力培養的高中物理實驗設計：以“測量玻璃磚的折射率”實驗為例[J].新課程研究，2022（14）：117-119.

［5］ 張曄.物理教學中學生科學探究能力培養策略分析[J].廣西物理，2022，43（04）：126-128.

［責任編輯：李 璟］