基于科學(xué)思維培養(yǎng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)路徑研究

【摘要】時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步推動(dòng)我國(guó)教育事業(yè)不斷革新，新一輪課程改革之后，教育的開展更為關(guān)注學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng).科學(xué)思維作為高中物理核心素養(yǎng)的關(guān)鍵元素之一，是落實(shí)高中物理學(xué)科教學(xué)開展的重要根本，對(duì)于學(xué)生的物理學(xué)習(xí)之路產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要驅(qū)動(dòng)力.本文從高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)入手，通過(guò)演示性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)等實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展，探索高中學(xué)生物理科學(xué)思維培養(yǎng)路徑，希望可以為高中物理教學(xué)質(zhì)量的提升、學(xué)生核心素養(yǎng)的更好養(yǎng)成提供借鑒.

【關(guān)鍵詞】思維培養(yǎng)；高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要組成部分，尤其在核心素養(yǎng)理念提出之后，物理教學(xué)開展更為傾向通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式引導(dǎo)學(xué)生形成模型思想，鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑創(chuàng)新，讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)推理、科學(xué)論證的方式學(xué)習(xí)物理知識(shí).立足于科學(xué)思維培養(yǎng)進(jìn)行高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，幫助學(xué)生從理論與實(shí)踐多視角學(xué)習(xí)物理知識(shí)，才能讓學(xué)生的科學(xué)思維能力逐漸形成量化標(biāo)準(zhǔn)，賦予學(xué)生走進(jìn)物理殿堂的力量[1].

1演示性實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

演示性實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)中較為常用的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通過(guò)演示性實(shí)驗(yàn)方式給予學(xué)生實(shí)驗(yàn)指引，幫助學(xué)生規(guī)范實(shí)驗(yàn)步驟和操作.通過(guò)演示性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，能夠讓學(xué)生直觀觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思考與探索，勾勒物理教學(xué)框架，幫助學(xué)生構(gòu)建體系化物理知識(shí)結(jié)構(gòu)，既讓學(xué)生的探索欲望越來(lái)越濃厚，又讓學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力得以提升，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[2].

例如教師帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)“電磁感應(yīng)及其應(yīng)用”章節(jié)中，為讓學(xué)生對(duì)電磁知識(shí)有深刻理解，幫助學(xué)生奠定法拉第電磁感應(yīng)定律的定量分析基礎(chǔ)，特就該環(huán)節(jié)引入演示性實(shí)驗(yàn)——“探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件”.在進(jìn)行該演示性試驗(yàn)之前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)“電”與“磁”進(jìn)行一定程度的學(xué)習(xí)，但對(duì)于電磁中的電認(rèn)識(shí)還處于模糊狀態(tài)，僅停留于簡(jiǎn)單電磁感應(yīng)現(xiàn)象分析階段.通過(guò)該演示性實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生構(gòu)建能量守恒定律模型；逐漸具備一定物理知識(shí)推理能力；引導(dǎo)學(xué)生逐漸形成證據(jù)思維；鼓勵(lì)學(xué)生大膽質(zhì)疑和創(chuàng)新.

具體實(shí)驗(yàn)活動(dòng)如表1所示：

演示性試驗(yàn)大多由教師完成，學(xué)生處于實(shí)驗(yàn)觀察視角.通過(guò)教師的引導(dǎo)、學(xué)生的觀察培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀察能力，滲透所學(xué)物理知識(shí)，鏈接生活常見現(xiàn)象，成為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可或缺的組成部分.教師在設(shè)計(jì)演示性物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要注重扎根教材、立足于學(xué)生學(xué)情，讓學(xué)生在演示性物理實(shí)驗(yàn)中得以養(yǎng)成科學(xué)思維.

2驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)開展主要目的之一在于對(duì)已知結(jié)果的驗(yàn)證，也就是說(shuō)在物理實(shí)驗(yàn)開展之前，學(xué)生已經(jīng)了解實(shí)驗(yàn)原理和結(jié)果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)可行性的分析，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的開展，讓學(xué)生復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果形成過(guò)程.通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，能夠?qū)崿F(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合，能夠讓學(xué)生從問(wèn)題分析入手，尋找解決問(wèn)題路徑，提升學(xué)生的動(dòng)手探索能力，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維能力的形成[3].

例如“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)是高中物理教材中的重要實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)形式幫助學(xué)生強(qiáng)化對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的理解，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，讓學(xué)生結(jié)合生活現(xiàn)象分析能量守恒的實(shí)例.

“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)開展能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，主要包括四個(gè)方面，即幫助學(xué)生形成模型思維；引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)生活實(shí)際問(wèn)題對(duì)象選擇；融入合理物理情境，探索問(wèn)題解決路徑；探尋物理實(shí)驗(yàn)開展方法.

該驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)開展方式主要如下：

第一，創(chuàng)設(shè)情境.教師以自制工具“蹺蹺板”為學(xué)生具象化展現(xiàn)能量守恒.以創(chuàng)設(shè)情境方式引入實(shí)驗(yàn)主題.

在此環(huán)節(jié)教師結(jié)合所創(chuàng)設(shè)情境抽象出質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)動(dòng)量守恒這一物理概念，幫助學(xué)生構(gòu)形成型思維；鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出能量守恒的情況，并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

第二，新課教授，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)素材，包括磨砂紙、光電門、導(dǎo)軌、彈簧、指示燈、小車等.結(jié)合素材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；測(cè)量物理量，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)動(dòng)量守恒定律分析測(cè)量物理量關(guān)鍵為質(zhì)量和速度，選擇最佳實(shí)驗(yàn)方案；利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)Tracker軟件進(jìn)行速度、質(zhì)量數(shù)據(jù)追蹤.

該環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生形成科學(xué)思維，包括結(jié)合實(shí)驗(yàn)素材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；觀察并能夠分析實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)誤差，找出誤差原因并調(diào)整；系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行改良，減少數(shù)據(jù)誤差.

第三，數(shù)據(jù)應(yīng)用，生活分析.學(xué)生以小組為單位就實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量與處理；天平測(cè)量質(zhì)量、對(duì)質(zhì)點(diǎn)速度進(jìn)行分析歸納，誤差在允許范圍內(nèi)；聯(lián)系生活中的能量守恒現(xiàn)象，結(jié)合生活實(shí)例探索能量守恒定律應(yīng)用.

此環(huán)節(jié)幫助學(xué)生形成科學(xué)思維，包括對(duì)能量守恒定律形成定量認(rèn)識(shí)；深度認(rèn)識(shí)生活中的力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系；融合牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí).

驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的開展讓學(xué)生參與到物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)之中，激發(fā)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)興趣，帶領(lǐng)學(xué)生感受物理世界的神奇與美好.同時(shí)，引入計(jì)算機(jī)應(yīng)用，將模型構(gòu)建理念滲透學(xué)生腦海，既提升學(xué)生的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用能力，又讓學(xué)生科學(xué)思維得以建設(shè)，帶給學(xué)生科學(xué)綜合能力的發(fā)展.

3探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

探究性實(shí)驗(yàn)是高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要組成部分，通過(guò)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開展，探索物理知識(shí)，分析物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，進(jìn)而得出相應(yīng)結(jié)論，形成一系列科學(xué)物理認(rèn)知.探究性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展注重培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神，讓學(xué)生在一步一步地驗(yàn)證中形成科學(xué)認(rèn)知，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力起到有益推動(dòng)作用.

例如“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開展引導(dǎo)學(xué)生深度探索運(yùn)動(dòng)、質(zhì)量與力之間的關(guān)系，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)一步研究運(yùn)動(dòng)與力的相關(guān)知識(shí)，既幫助學(xué)生對(duì)所學(xué)習(xí)知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)鞏固，又幫助學(xué)生奠定牛頓第二定律學(xué)習(xí)根基.該實(shí)驗(yàn)的具體開展方式如下所示：

第一，創(chuàng)設(shè)情境.推車帶滾輪，推車上放置一個(gè)凳子，兩個(gè)滾輪的上方綁兩個(gè)皮帶，起到固定作用.體型較重的學(xué)生坐在椅子上，朝某一個(gè)方向拉車至固定位置釋放推車；再朝同一方向拉至更遠(yuǎn)位置釋放推車.由學(xué)生表達(dá)兩次拉車感受.

該環(huán)節(jié)激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，主要包括了解牛頓第一定律定義；結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析“靜止?fàn)顟B(tài)”與“勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”的決定因素.

第二，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.教師提供實(shí)驗(yàn)素材，如彈簧、力的傳感器、貼片、加速度傳感器等；借助現(xiàn)代化工具進(jìn)行加速度和力的測(cè)量；在測(cè)量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上利用Excel進(jìn)行函數(shù)繪制，形成圖像；找出變量并分析變量的關(guān)系.

此環(huán)節(jié)注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，主要包括尋找實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，提出問(wèn)題解決方案；結(jié)合實(shí)驗(yàn)素材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)中靈活應(yīng)用物理知識(shí)；數(shù)據(jù)測(cè)量分析中形成數(shù)據(jù)意識(shí)，得出正確結(jié)果；繪制函數(shù)圖像，應(yīng)用函數(shù)解析式.

第三，數(shù)據(jù)應(yīng)用，生活分析.尋找生活中傳感器的應(yīng)用方式，探尋諸如煤氣報(bào)警器的原理.

結(jié)合生活場(chǎng)景的鏈接，引導(dǎo)學(xué)生物理知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，深度理解力與運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系；清晰掌握力與運(yùn)動(dòng)之間的定量關(guān)系；融合牛頓第二定律與運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)，推導(dǎo)定量定理.

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展讓學(xué)生逐漸形成善于思考的好習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，構(gòu)建科學(xué)思維體系，并從邏輯角度尋找問(wèn)題的解決方法，既讓學(xué)生的根基知識(shí)得以夯實(shí)，又讓學(xué)生的質(zhì)疑能力、創(chuàng)新能力、模型構(gòu)建能力得以提升，達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的目的[4].

4結(jié)語(yǔ)

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理教學(xué)不可缺少的體系組成，是高中物理教學(xué)的重點(diǎn)，演示性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)、探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅是高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的代表形式，卻遠(yuǎn)未能囊括所有試驗(yàn)教學(xué)模式.教師還需要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，立足于科學(xué)思維培養(yǎng)目標(biāo)，探索高中物理試驗(yàn)開展路徑，既讓課堂教學(xué)變得逸趣橫生，又讓學(xué)生參與到物理實(shí)驗(yàn)中來(lái)，感受實(shí)驗(yàn)的快樂(lè)和蘊(yùn)含的豐富知識(shí)[5].相信隨著對(duì)物理科學(xué)思維的深入挖掘，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)路徑的不斷鉆研，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展質(zhì)量也將越來(lái)越高，學(xué)生的物理核心素養(yǎng)也將不斷得以升華.

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