高中物理實驗教學的創新與實踐探索

摘 要：隨著教育改革持續推進，高中物理實驗教學作為培育學生科學素養及實踐能力的關鍵環節，其重要性愈發顯著。實驗教學不僅有助于學生掌握和理解物理理論知識，還能有效激發學生的探究興趣與創新意識，鍛煉學生的實踐操作能力和問題解決能力。基于此，文章旨在探索高中物理實驗教學的創新與實踐，強調其在培育學生科學素養及實踐能力中的重要性。通過優化傳統實驗、借助科技教具、開展小組競賽、融合生活實例、引入虛擬實驗及搭建課外平臺等方法，提升了實驗教學的趣味性和有效性。研究發現，這些創新舉措激發了學生興趣，深化了物理知識理解，助力了創新思維發展。由此可知，高中物理實驗教學的革新對學生科學素養的提升具有重要意義。

關鍵詞：高中物理；實驗教學；創新；實踐

在當今科技迅猛進步的背景下，高中物理實驗教學正面臨前所未有的契機與考驗。一方面，新技術的層出不窮為實驗教學開辟了新路徑，諸如數字化實驗設備、虛擬實驗平臺等，這些新技術的融入極大地拓展了實驗教學的形式與內容。另一方面，社會對具備創新能力人才的需求不斷攀升，要求物理實驗教學在傳授基礎知識的同時，更要著重培育學生的創新思維與實踐技能。因此，如何充分運用新技術手段，革新實驗教學模式，成為高中物理教育亟需攻克的難題。通過整合現代信息技術，營造開放、互動、高效的實驗教學氛圍，不僅能提升實驗教學的趣味性與有效性，還能點燃學生的探索熱情，培養他們的科學探索精神和團隊合作能力，為培育適應未來社會的高素質人才奠定堅實基礎。

一、高中物理實驗教學難點

（一）實驗教學重視程度較低

在當前高中教學體系中，物理實驗教學往往遭遇邊緣化處境。隨著升學壓力不斷加劇，學校管理層在課程配置上更傾向于將更多時長用于理論知識教學，認為實驗教學耗時且成效不顯，難以短期內提升學生成績。這凸顯了功利化教育理念的泛濫，過分關注高考分數所涵蓋的知識點，忽視了實驗對學生物理素養的深遠培育[1]。從長遠視角看，實驗教學不僅助力學生準確把握物理規律，更是培育其觀察、探究、創新能力的重要平臺。忽視實驗教學，將使學生在面對復雜現實問題時，難以靈活運用物理知識進行分析解決，因他們缺乏實驗中的實踐體驗與思維鍛煉，難以構建起全面、系統的物理認知框架，與新時代對創新人才的需求日益脫節。

（二）教師主導學生被動參與

傳統高中物理實驗課堂，常呈現教師全面掌控之態。教師在實驗前細致規劃每一步驟，實驗過程中嚴格控制操作流程，學生僅需依樣畫葫蘆執行。此模式源于對實驗安全、精確的過度顧慮，卻嚴重抑制了學生自主性。在當今倡導學生主體性的教育理念下，學生被動參與使實驗課流于形式。學生無法根據自身知識疑問、好奇心自主設計實驗、探究變量，其內在學習動力未得激發，難以全身心投入實驗探究。長此以往，學生逐漸失去獨立思考能力，習慣于依賴教師指引，不利于培養批判性思維與勇于探索的科學精神，難以適應未來學術或工程實踐中需自主探索、解決難題之情境，難以成為具備創新開拓能力的高素質人才[2]。

（三）理論講解代替實驗操作

高中物理教學中，以理論講授取代實驗操作的現象屢見不鮮。一方面，部分教師因實驗器材匱乏、實驗室空間有限等硬件制約，只得局限于紙上談兵；另一方面，傳統教學過于偏重理論灌輸的慣性亦難辭其咎。然而，物理學科的本質乃是一門實證科學，諸多物理規律皆源自大量實驗觀測、數據總結。僅憑理論講授，學生所獲知識如同無根之木，缺乏感性認知的支撐。他們難以深切理解物理概念的實質、物理定律的適用條件，解題時只能盲目套用公式，無法洞悉題目隱含的物理過程。脫離實踐的教學模式，與現代教育倡導的知識生成性、體驗性相悖而行，阻礙學生對物理知識的深度融合，致使其在后續高級物理學習或跨學科應用中面臨困境，難以將物理知識與實際情境有效結合。

（四）各類信息技術應用不足

在信息時代迅猛發展的今天，高中物理實驗教學在信息技術融合上卻顯著滯后。一方面，虛擬仿真實驗技術業已成熟，卻在高中課堂中鮮有應用。此技術能跨越時間、空間及器材成本的界限，使學生能隨時反復操作高難度、高耗費的實驗，拓寬實驗范疇[3]。然而，因教師信息技術培訓不足、學校資金偏向投入傳統教學資源等因素，致使該技術難以推廣。另一方面，在數據收集與分析方面，信息技術同樣缺失。現代傳感器技術能高效、精確地采集實驗數據，結合專業軟件進行直觀分析，幫助學生更準確地理解物理量間的關聯。但在實際教學中，多數仍采用人工讀取、手動計算的方式，效率低下且易出誤差。信息技術應用不充分，使物理實驗教學受限于傳統模式，無法利用數字化優勢激發學生的學習興趣、提高教學質量，難以順應新時代教育信息化的發展趨勢，限制了學生接觸前沿科技輔助學習的途徑，不利于培養其適應未來數字化社會所需的能力。

二、高中物理實驗教學的創新意義

（一）持續激發學習興趣

在物理學習進程中，興趣是驅使學生積極探索、深入鉆研的強大驅動力。高中物理實驗教學的革新，對于持久激發學生學習興趣具有不可估量的意義。傳統物理實驗教學多傾向于驗證實驗，學生遵循預定步驟操作，觀測預期現象，此模式雖能強化理論知識，但久而久之，易使學生產生厭倦感，削減對物理學的熱忱。相比之下，創新式實驗教學注重探究性、開放性和情境融合，激勵學生提出問題、策劃實驗方案、自主探尋未知。此教學法能突破常規，使學生在充滿好奇與挑戰的情境中學習，不斷點燃其求知欲與探索心。通過實驗教學創新，學生由被動的知識接收者轉變為主動的知識探索者與創造者，此角色轉換使學習變得更具趣味性和價值，有力推動了學生物理學習興趣的持續提升。

（二）深化物理知識理解

物理學科理論與實踐緊密相融，實驗教學是深化物理認知的關鍵路徑。創新的物理實驗教學不單重視實驗技能的培育，更側重于傳授實驗背后的物理原理及思維方法。通過設計兼具層次與拓展性的實驗任務，引領學生逐步深挖物理現象的本質與法則，使他們在實踐操作中親身歷經物理知識的構建與發展歷程。此教學模式有助于打破學生對物理知識的局限認知，幫助其構建更全面、系統的知識體系[4]。同時，創新實驗教學強調跨學科整合，將物理與數學、化學、生物等學科相融合，借助綜合性實驗項目，促進學生對物理知識的深刻理解與廣泛運用。此次跨學科實驗教學不僅拓寬學生知識視野，還提升其綜合素養與創新能力，為深化物理認知提供堅實支撐。

（三）助力創新思維發展

創新思維是科學進步與社會發展的強大驅動力，物理實驗教學則是培育學生創新思維的關鍵途徑。創新的物理實驗教學著重于塑造學生的問題意識及批判思維，激勵他們在實驗進程中勇于質疑、敢于探尋。通過設定開放性的實驗課題，指引學生自主發掘問題、設立假設、規劃實驗方案、搜集數據、解析結果，這一系列流程不僅錘煉了學生的實驗技巧，更關鍵的是培育了他們的創新思維及問題解決能力。在創新性的實驗教學模式下，學生不再拘泥于既定的實驗步驟和預期成果，而是被鼓勵嘗試多樣方法、開拓新領域，這種自由探索的環境有助于激發學生的創造力與想象力。同時，通過團隊協作與討論交流，學生學會了傾聽他人見解、尊重不同觀點，在思維的碰撞中迸發出更多創新火花，為他們的創新思維拓展提供了寬廣的舞臺和契機。

（四）提升實踐操作能力

實踐操作能力是學生綜合素養的關鍵構成，亦是物理實驗教學的核心目標之一。創新的物理實驗教學借助優化實驗項目、改良實驗手段、升級實驗設備等多元途徑，切實增強了學生的實踐操作能力。傳統實驗教學中，學生常依循教材步驟進行機械操作，缺乏主動性與創新性，而創新式實驗教學則凸顯學生主體地位，激勵他們積極參與實驗規劃、自主遴選實驗器具、獨立執行實驗操作，此教學模式有助于培育學生的動手實踐與技能掌握能力。同時，創新實驗教學還重視實驗過程的規范性與安全性教導，引導學生形成良好的實驗習慣與安全觀念，為其實踐操作提供堅實保障。經由持續的實踐歷練，學生不僅能熟練掌握物理實驗的基本技巧與方法，還能學會運用所學知識解決實際難題，從而為其未來學業與職業生涯奠定堅實基礎。

三、高中物理實驗教學的創新實踐路徑

（一）優化傳統實驗，提升操作精度

《普通高中物理課程標準（2017年版2020 年修訂）》中強調 “重視實驗探究，突出物理學科特點”，這要求教師在傳統實驗基礎上，深入挖掘其創新優化空間。作為物理教學的基石，傳統實驗承載著學科認知的價值，但部分實驗因受設備、操作步驟等客觀條件制約，存在精確度不夠的問題。在教學實踐中，操作精度不高會導致學生對物理規律的理解產生偏差，影響知識體系的科學構建。教師應通過精細化改良，使傳統實驗煥發新生，為學生提供更科學、嚴謹的實驗體驗，助力學生深度掌握物理知識核心要點[5]。

以“探究小車速度隨時間變化的規律” 實驗為例，傳統方法中通常采用打點計時器與紙帶組合來記錄小車運動數據。但紙帶與打點計時器之間的摩擦、人工拉動小車的不穩定性等因素，導致收集的數據精確度受限。教師可采取以下優化措施：首先，在器材挑選上更為精細，選用質地更光滑的紙帶，并檢查打點計時器的針頭，保證每次打點都清晰且力度一致，減小因打點模糊引起的數據偏差。在實驗裝置組裝時，將軌道調整至完全水平，借助水準儀進行精確校準，防止小車因重力分量而產生額外加速度，進而影響速度測量的準確性。在操作過程中，教師可利用電子節奏器來控制拉動小車的頻率，保持勻速拉動，使小車運動更接近勻變速直線運動的理想狀態。這樣，學生采集的數據點分布將更為有序，通過后續的數據分析，能更精確地描繪出小車速度隨時間的變化趨勢，深刻理解勻變速直線運動的本質特性，為后續學習牛頓運動定律奠定堅實基礎。

（二）借助科技教具，助力實驗創新

在物理實驗教學領域，創新是提升教學質量的關鍵驅動力。隨著科技的持續進步，眾多高科技教學工具如雨后春筍般出現，為實驗創新開辟了無限空間。利用這些先進工具，教師能夠設計出更具創意和實用價值的實驗，有效激發學生的學習熱情，培育他們的創新思維及實踐能力。

比如，在“探究加速度與力、質量的關系”實驗里，傳統實驗中常通過重物牽引小車，通過增減重物來調整拉力，操作復雜且外力控制不夠精確。此時，教師可引入力傳感器和無線數據采集系統等高科技工具。實驗準備階段，將力傳感器安裝于牽引繩與小車的連接部位，它能實時準確測量拉力大小，并通過無線方式將數據傳送至電腦軟件。在組裝器材時，確保小車運動軌道潤滑充分，以減少摩擦帶來的干擾。實驗進行中，教師可在電腦上實時監控拉力數值，只需輕點鼠標即可微調牽引裝置，精確調控小車所受拉力。對于質量的改變，使用電子天平快速測量不同規格的配重塊，確保質量數據準確無誤。學生通過電腦屏幕直觀觀察到拉力變化瞬間對應的小車加速度數值變動，利用軟件內置的數據分析功能，迅速繪制出加速度與力、質量的關系圖。這種創新方法摒棄了傳統實驗的粗放操作模式，使學生專注于核心物理量關系的探究，深刻理解牛頓第二定律的實質，培養運用現代科技手段解決物理問題的能力，為未來應對復雜的科學研究情境積累素養。

（三）開展小組競賽，激發探索熱情

《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》中明確指出“創新教學組織管理，有序推進選課走班，滿足學生不同發展需要”，這強調了教學模式創新的重要性。高中物理實驗教學不應拘泥于傳統的教師示范、學生效仿模式，而應通過小組競賽的方式，打破課堂的沉悶氛圍。利用分組競技，激發學生的競爭意識和探索興趣，促使他們主動思考、積極合作。在課堂上，教師科學設計競賽任務，讓學生在限定時間內圍繞實驗目標進行方案設計、實踐操作和結果分析，這既響應了政策對教學模式多樣化的號召，又能在競爭中鍛煉學生的物理思維和實踐能力，為其長遠發展奠定基礎。

以“探究平拋運動的特點” 實驗為例，教師可將班級分為若干小組，每組4至5人。實驗伊始，教師提出競賽任務：哪一組能最準確、最迅速地描繪出平拋物體的運動路徑，并歸納其水平和豎直方向的運動特征。各組接到任務后，迅速投入行動。成員們圍坐討論，有的根據所學知識，提議使用平拋儀配合頻閃攝影法記錄軌跡，通過多次實驗取均值來降低誤差；有的則負責調整設備，確保每次小球平拋的初始條件一致。實驗過程中，小組內部分工明確，有的同學負責釋放小球，確保初速度水平且每次釋放高度相同，有的同學則細心在背景板上標記小球的位置。在緊張的競賽氣氛中，每位學生都全神貫注，思維活躍。實驗結束后，各組競相展示成果，通過對比，不僅完成了平拋運動特性的探究，學生對實驗細節、誤差分析等也有了更深入的理解，真正在競賽中激發了探索熱情，深化了知識掌握。

（四）融合生活實例，增強知識關聯

高中物理知識抽象晦澀，學生往往覺得乏味。教師應巧妙融入生活實例進行教學，使物理知識具體化。從日常生活中挖掘素材，讓學生認識到物理并非高不可攀，而是與日常生活緊密相連。以生活實例為突破口講解物理實驗，能助學生迅速建立知識聯系，減輕理解負擔。通過熟悉情境引入實驗，引導學生用物理原理分析生活現象，既符合認知規律，又能讓學生深刻感受到物理學科的實用性，從而激發學習動力，提高課堂效果。

基于此，在“驗證機械能守恒定律” 實驗教學時，教師引入了過山車的生活實例。課程開始，播放一段驚險的過山車視頻，激發學生興趣后提出問題：過山車在高速下沖、爬坡的過程中，能量是如何轉換的？是否遵循機械能守恒定律？由此引出實驗主題。教師展示實驗裝置，介紹如何利用重物下落模擬過山車的高度變化，用打點計時器記錄運動軌跡。講解時，不斷與生活實例相聯系，如提及生活中電梯的上下運動、秋千的來回擺動等類似的能量轉換情境。實驗操作時，教師指導學生安裝打點計時器、固定重物，并引導學生思考實際操作中可能遇到的阻力因素，與生活中物體運動受阻的情況相類比，如空氣阻力對風箏飛行的影響、摩擦力對滑動小車的作用。學生分組進行實驗，通過分析紙帶數據來驗證機械能守恒定律。整個教學過程中，學生沉浸在生活與物理知識的融合中，深刻理解了從生活現象到物理原理，再到實驗驗證的邏輯鏈條，增強了知識聯系，提高了知識運用能力。

（五）引入虛擬實驗，拓展實踐邊界

《教育信息化2.0行動計劃》中提出“持續推動信息技術與教育深度融合，促進教育信息化從融合應用向創新發展的高階演進”。在高中物理實驗教學中，傳統實驗常受器材、場地、時間等條件制約，部分學生難以充分體驗復雜實驗的操作流程。引入虛擬實驗能有效突破這些限制，利用虛擬仿真技術，營造高度逼真的實驗環境，使學生能隨時隨地展開探索。教師可根據教學安排，靈活穿插虛擬實驗環節，幫助學生提前了解實驗流程、原理，為后續的實際操作奠定堅實基礎，切實拓寬物理實驗教學的實踐范疇。

以“用雙縫干涉測量光的波長” 實驗為例，教師在課前可利用專業的物理虛擬實驗平臺，如“NOBOOK虛擬實驗室”，布置預習作業。學生打開軟件，進入虛擬實驗室，能清晰見到雙縫干涉實驗裝置的各組成部分，如光源、單縫、雙縫、光屏等，并可通過鼠標點擊，自由調整光源波長、雙縫距離、光屏位置等參數。在操作中，軟件實時展示光在光屏上形成的干涉條紋變化，使學生直觀感知不同參數對干涉條紋間距的影響，深入理解光的波動性質。課堂上，教師根據學生虛擬實驗的預習反饋，重點講授實際操作的關鍵步驟、數據測量技巧，如，如何使用測量頭精確測量條紋間距、如何多次測量取平均值以減小誤差等。隨后，學生進行實物實驗操作，由于有了虛擬實驗的預先準備，他們能更快速、準確地完成操作，高效掌握知識的核心要點。

（六）搭建課外平臺，延伸實驗課堂

正如著名教育家蘇霍姆林斯基所言：“教育的真正目的應該是使人不斷地提出問題和思考問題。”構建課外實驗平臺，旨在拓展實驗課堂，點燃學生的探索熱情和創造力。課外平臺為學生提供了豐富的實驗機遇和資源，使他們在實踐中發現問題、尋求解決方案，從而深化對物理知識的領悟。通過課外實驗活動，學生能夠將課堂理論應用于實際情境，增強理論聯系實踐的能力，培育科學探究精神和創新思維。

因此，在教授 “電池電動勢和內阻的測量” 時，教師構建了課外實驗平臺，引導學生動手實踐。起初，教師通過班級群分享科普文章、趣味實驗視頻，展示電池在生活中的廣泛應用及不同電池的性能差異，激發學生的興趣。接著，布置課外實驗任務，讓學生利用家中常備物品，如干電池、電壓表、電流表、可變電阻箱、導線等，自制簡易測量工具。學生分組合作，根據課堂所學原理設計電路，連接實驗器材。在測量中，遇到電流表讀數波動的問題，小組成員通過查閱文獻、線上交流，發現是接觸電阻不穩定造成的，隨即改進了連接方式。教師線上跟蹤指導，及時解答疑問，助力學生順利完成實驗，記錄數據并分析得出電池的電動勢和內阻。課堂上，各小組展示課外實驗成果，交流遇到的問題及解決策略，進一步加深了全班學生對該實驗知識的理解和掌握，實現了課外與課堂的緊密融合。

結束語

綜上所述，對高中物理實驗教學做出創新，就要完善課堂教學中存在的不足之處，探究新的教學模式，激發學生的實驗興趣和主動性，培養學生的實驗思維和科學探究能力。更重要的是教師要以學生為中心，根據學生的實際情況和要求創新教學，提高學生的物理綜合素養，提高整體教學的實效性。

參考文獻

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