核心素養視角下高中物理實驗教學策略

摘 要：在高中物理教學中，實驗教學是不可或缺的一部分，它不僅有助于學生深入理解物理概念和原理，更能有效培養學生的核心素養。本文從高中物理核心素養的概述出發，分析了實驗教學在促進學生思維發展、鍛煉動手能力以及提升核心素養方面的重要性，旨在通過優化實驗準備、強化實驗操作、創新實驗設計及深化實驗反思，全面提升學生的物理學習效率和科學素養。

關鍵詞：高中物理；核心素養；實驗教學；策略分析

隨著教育改革的深入，培養學生的核心素養已成為基礎教育的重要目標。高中物理作為自然科學的基礎學科，其教學不僅要傳授知識，更要注重培養學生的科學思維、探究能力和創新精神。實驗教學作為物理教學的重要組成部分，通過直觀的觀察、操作和分析，能夠使學生在實踐中深化理論知識，培養問題解決能力，形成科學的世界觀和方法論。因此，如何在核心素養視角下優化高中物理實驗教學，成為當前物理教育改革的重要課題。

一、高中物理核心素養概述

高中物理核心素養是指學生在學習物理過程中逐步形成的關鍵能力和必備品格，它包括但不限于物理觀念的形成、科學思維的培養、科學探究能力的提升以及科學態度與責任感的樹立。物理觀念是指學生對物理現象、規律及其應用的基本認識；科學思維則涉及邏輯推理、批判性思考、創新思維等多方面能力；科學探究能力強調觀察、實驗、數據分析等科學研究方法的應用；而科學態度與責任則體現在對科學的尊重、對知識的渴望以及對社會責任的擔當上，這些核心素養的培育，不僅有助于學生更好地理解物理世界，更為其未來的學習、工作乃至整個人生奠定堅實的基礎[1]。

二、高中物理加強實驗教學的重要性分析

（一）促進學生思維發展

高中物理實驗教學在促進學生思維發展方面具有重要意義，實驗教學通過直觀的實驗現象和動手操作，能夠激發學生的好奇心和探索欲，促使學生主動思考、積極探究。在實驗過程中，學生需要理解實驗目的、掌握實驗原理、設計實驗步驟，并預測實驗結果，這一系列活動都要求學生進行高水平的思維活動。首先，實驗教學能夠培養學生的邏輯思維能力，通過實驗步驟的推理和實驗結果的歸納，學生學會如何運用邏輯思維去分析問題、解決問題；其次，實驗教學還能激發學生的批判性思維，鼓勵學生對實驗現象和結果進行質疑，從不同角度審視問題，這種批判性思維的培養對于學生形成獨立思考能力和創新精神至關重要；最后，實驗教學還有助于培養學生的創新思維，通過自主設計實驗方案、探索未知領域，學生能夠學會如何運用所學知識去創造新知識，這種創新思維是21世紀人才所必備的核心素養之一。

（二）鍛煉學生動手能力

高中物理實驗教學在鍛煉學生動手能力方面發揮著不可替代的作用，實驗教學強調“做中學”，讓學生在實踐中學習，在學習中實踐，通過親自動手操作實驗儀器，學生能夠學會如何正確使用工具、如何控制實驗條件、如何準確記錄數據等基本技能。這些技能的掌握不僅有助于學生更好地理解物理知識，還能為他們未來的科研、工作乃至日常生活打下堅實的基礎。在實驗操作過程中，學生需要精細地調整實驗參數，耐心地觀察實驗現象，準確地記錄實驗數據，這些過程都能有效鍛煉學生的動手能力和精細操作能力。

（三）提升學生核心素養

高中物理實驗教學在提升學生核心素養方面發揮著至關重要的作用，核心素養是指學生在學習過程中逐步形成的關鍵能力和必備品格，是學生終身發展和社會參與的基礎，實驗教學作為物理教學的重要組成部分，通過觀察、操作和分析，使學生在實踐中深化理論知識的理解，培養解決問題的能力，形成科學的世界觀和方法論。在實驗教學中，學生不僅能夠學習到物理知識，還能學會如何像科學家一樣思考，如何提出問題、設計實驗、收集證據、分析數據并得出結論。這一過程不僅培養了學生的科學探究能力，還讓他們學會了如何面對失敗、如何從錯誤中學習，從而培養了堅韌不拔的科學精神和實事求是的科學態度。

三、核心素養視角下高中物理實驗教學策略

（一）重視實驗準備，夯實理論基礎

在核心素養視角下，高中物理實驗教學應高度重視實驗準備階段，以此夯實學生的理論基礎，實驗準備不僅是實驗教學的前奏，更是學生深入理解實驗內容、明確實驗目的、掌握實驗原理的關鍵環節。通過充分的實驗準備，學生能夠預見到實驗過程中可能遇到的問題，從而激發其探究欲望和解決問題的興趣[2]。實驗準備階段要求學生自主預習實驗教材，理解實驗背景、目的和原理，并嘗試構建實驗設計的初步框架，這一過程能夠鍛煉學生的自主學習能力，促使其主動查閱相關資料，加深對物理概念的理解。學生還需要預測實驗結果，這要求他們運用已有的理論知識對實驗進行初步分析，從而培養其邏輯思維和批判性思維能力。教師在實驗準備階段應發揮引導作用，為學生提供必要的預習材料和指導，幫助他們建立正確的實驗觀念，理解實驗的科學價值。通過預習報告、小組討論等形式，教師可以及時了解學生的預習情況，為后續實驗教學提供有針對性的指導。

例如：在魯科版高中必修一第三章第3節《摩擦力》的實驗教學準備中，教師需精心設計實驗準備流程，以幫助學生夯實理論基礎并激發其探究興趣。教師可提前發放預習材料，其中包括摩擦力的基本概念、分類（靜摩擦力、滑動摩擦力和滾動摩擦力）、影響因素（正壓力和摩擦系數）等理論知識，預習材料還應包含實驗目的：通過實驗測量不同表面和不同正壓力下的摩擦力，理解摩擦力與正壓力的關系，并探索摩擦力的實際應用。學生根據預習材料，自主預習并理解摩擦力的理論知識，嘗試構建實驗設計的初步框架，比如思考如何改變正壓力、如何測量摩擦力、選擇哪些表面進行實驗等，這一過程促使學生主動查閱相關資料，加深對摩擦力概念的理解，并鍛煉其自主學習能力。在預習過程中，學生需預測實驗結果，比如在不同表面和正壓力下，摩擦力會如何變化，這要求學生運用已有的理論知識對實驗進行初步分析，培養其邏輯思維和批判性思維能力。同時，學生應記錄下預習中遇到的問題和疑惑，“為什么靜摩擦力會大于滑動摩擦力？”“摩擦系數是如何影響摩擦力的？”等。教師通過檢查預習報告和小組討論的反饋，可以及時了解學生的預習情況和對理論知識的掌握程度，為后續實驗教學提供有針對性的指導。在課堂上，教師可以針對學生的問題和疑惑進行解答和討論，進一步鞏固學生的理論基礎，并激發他們在實驗課堂上的求知欲和探索精神。

（二）強化實驗操作，培養實踐能力

在核心素養視角下，高中物理實驗教學應注重強化實驗操作環節，以此培養學生的實踐能力。實驗操作是學生將理論知識轉化為實際技能的關鍵過程，通過親手操作實驗儀器、觀察實驗現象、記錄實驗數據，學生能夠深入理解物理原理，提高動手能力和問題解決能力。在實驗操作過程中，學生需要學會如何正確使用實驗儀器，掌握實驗技巧，這要求他們具備精細的操作能力和敏銳的觀察力。學生還需根據實驗目的和原理，設計實驗步驟，控制實驗條件，以確保實驗結果的準確性，這一過程不僅鍛煉了學生的實踐操作能力，還培養了他們的實驗設計能力和科學探究精神。此外，實驗操作中的數據處理和分析也是培養學生實踐能力的重要環節，學生需要學會如何整理實驗數據，運用數學方法對數據進行處理，從而得出實驗結論，這一過程能夠提高學生的數據分析能力和邏輯思維能力，使他們能夠更加科學地理解和解釋實驗現象。教師在實驗操作環節應發揮指導作用，確保學生安全規范地進行實驗，同時鼓勵學生獨立思考、勇于創新，允許他們在實驗過程中犯錯誤，并從中學習和成長。通過強化實驗操作，學生不僅能夠將理論知識與實踐相結合，還能在實踐中不斷提升自己的核心素養和綜合能力。

例如：在《牛頓第一運動定律》的實驗教學中，教師可以通過一系列精心設計的實驗活動，強化學生的實驗操作，進而培養他們的實踐能力。這一定律，也被稱為慣性定律，闡述了物體在不受外力作用時，將保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。為了讓學生深刻理解這一原理，教師可以安排以下實驗操作：教師可以指導學生進行“斜面小車實驗”。在這個實驗中，學生需要搭建一個斜面，將小車放置在斜面的頂端，然后釋放小車，讓其沿斜面下滑，最終沖上另一段水平面，學生需要觀察并記錄小車在水平面上滑行的距離，同時改變斜面的傾斜角度、小車的質量以及水平面的粗糙程度，以探究這些因素對小車運動狀態的影響。通過親手操作實驗儀器，學生能夠直觀觀察到小車在不同條件下的運動狀態，從而深入理解慣性的概念以及力與運動之間的關系。教師還可以引導學生進行“滑塊與彈簧碰撞實驗”，在這個實驗中，學生需要讓滑塊以一定的速度撞擊彈簧，觀察并記錄滑塊在碰撞前后的運動狀態以及彈簧的形變情況。通過改變滑塊的初速度、質量以及彈簧的勁度系數，學生可以進一步探究碰撞過程中力的相互作用以及能量守恒的原理。在實驗操作過程中，教師應確保學生安全規范地進行實驗，提醒他們注意實驗儀器的使用方法以及實驗環境的整潔。教師應鼓勵學生獨立思考、勇于創新，允許他們在實驗過程中犯錯誤，并引導他們從錯誤中學習，找出問題所在，進行改進。

（三）優化實驗設計，激發創新思維

實驗設計不僅是實驗教學的核心，也是培養學生創新能力的關鍵環節。通過引導學生參與實驗設計，鼓勵他們提出新的實驗思路和方法，能夠打破傳統實驗的固定模式，激發學生的探索欲望和創新精神。優化實驗設計要求學生具備扎實的理論基礎和敏銳的問題意識，能夠發現實驗中的不足之處，并提出改進方案。這一過程促使學生深入思考實驗原理，探索實驗現象背后的本質規律，從而培養其深度學習和批判性思維能力，學生在設計實驗的過程中，需要運用創造性思維，將所學知識與實驗相結合，形成新的實驗方案，這有助于提升他們的創新能力和解決問題的能力。教師在優化實驗設計時，應鼓勵學生大膽嘗試，給予他們充分的自主權和探索空間，同時提供必要的指導和支持，幫助他們克服實驗設計中的困難，引導他們從多角度、多層次思考問題，使實驗設計成為激發學生創新思維的有效途徑。

例如：在高中必修第二冊《離心現象》的實驗教學中，教師可以引導學生對傳統實驗進行改進。傳統的離心現象實驗往往是通過旋轉一個裝有不同質量小球的裝置，觀察小球在旋轉過程中的運動軌跡，教師可以鼓勵學生思考如何改進實驗裝置，以更直觀地展示離心現象。例如，學生可以設計一個可調節旋轉速度的裝置，通過改變旋轉速度來觀察不同條件下小球的運動狀態，從而更深入地理解離心力的作用。教師還可以借助多媒體技術來優化實驗設計。例如，利用計算機模擬軟件來模擬離心現象的實驗過程，通過調整參數來觀察不同條件下的實驗現象，這種虛擬實驗的方式不僅可以降低實驗成本，還能讓學生更安全地進行實驗探索。同時，教師還可以利用多媒體展示離心現象在現實生活中的應用，如洗衣機脫水、汽車轉彎等，從而讓學生更好地理解離心現象的實際意義。在實驗設計過程中，教師應給予學生充分的自主權和探索空間，鼓勵他們大膽嘗試新的實驗思路和方法。教師還應提供必要的指導和支持，幫助學生克服實驗設計中的困難，引導他們從多角度、多層次思考問題。

（四）深化實驗反思，提升科學素養

實驗反思是實驗教學的重要環節，它要求學生對實驗過程、結果以及實驗中所遇到的問題進行深入思考和分析，從而加深對物理原理的理解，提高科學探究能力[3]。通過實驗反思，學生能夠認識到實驗的局限性和不確定性，學會從多角度審視實驗現象，培養批判性思維和嚴謹的科學態度。實驗反思還能促使學生將實驗經驗與理論知識相結合，形成系統的知識體系，為后續的學習和研究奠定基礎。教師在實驗反思環節應發揮引導作用，鼓勵學生分享實驗心得，討論實驗中的疑惑和發現，通過集體智慧的碰撞，激發學生的思維火花，提升他們的科學素養和創新能力，深化實驗反思，有助于學生形成科學的世界觀和方法論，成為具備科學素養的未來人才。

例如：在《機械能守恒定律》的實驗教學中，教師可以通過深化實驗反思，有效提升學生的科學素養。完成單擺實驗后，教師引導學生對實驗過程和結果進行深入反思，學生需要回顧實驗步驟，分析實驗中可能產生的誤差來源，如空氣阻力、擺線伸長等因素對實驗結果的影響。通過反思，學生認識到實驗的局限性和不確定性，學會從多角度審視實驗現象，培養了批判性思維和嚴謹的科學態度。教師還可以組織學生進行小組討論，分享各自在實驗中的心得和發現。討論中，學生提出疑問，如“為何實驗數據與理論值存在偏差？”“如何減小實驗誤差？”等，通過集體智慧的碰撞，激發了思維火花。教師適時引導，幫助學生理解誤差產生的原因，并探討改進實驗方法，促使學生將實驗經驗與理論知識相結合，形成了系統的知識體系。這種深化實驗反思的教學方式，不僅加深了學生對機械能守恒定律的理解，還提升了他們的科學素養和創新能力，為培養具備科學素養的未來人才奠定了基礎。

結束語

總之，核心素養視角下高中物理實驗教學應注重實驗準備、強化實驗操作、優化實驗設計及深化實驗反思。通過這些策略，教師能夠有效提升學生的實踐能力、創新思維和科學素養，為他們未來的學習、工作乃至整個人生奠定堅實的基礎。實驗教學不僅是傳授知識的手段，更是培養學生核心素養、塑造全面發展人才的重要途徑。

參考文獻

[1]藍賢偉.核心素養視角下高中物理實驗教學優化策略[J].求知導刊，2024（5）：35-37.

[2]衣起煒.核心素養視角下高中物理實驗教學策略研究[J].數理天地（高中版），2023（22）：90-92.

[3]陳霖莘.核心素養背景下高中物理實驗教學現狀調查及策略研究[D].南昌：江西師范大學，2023.