物理實驗教學：問題驅動，提升學生探究能力

隨著《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》的頒布，“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任”四大核心素養成為高中物理教學的核心目標。其中，“科學探究”作為重要的實踐能力維度，要求學生具備“發現問題—設計方案—獲取證據—解釋結論”的完整探究能力。實驗教學作為物理學科的重要實踐形式，是培養學生科學探究能力的關鍵載體。然而，傳統的高中物理實驗教學往往采用“教師演示為主、學生操作為輔”的教學模式，導致學生缺乏對實驗原理的深度理解與探究思維的主動建構。如何通過教學策略創新，將實驗教學從“知識驗證場”轉變為“素養培育場”，提升學生的探究能力，成為當前物理教育改革的重要命題。而問題驅動，是破題的有效方式。

問題驅動對提升學生探究能力的價值

激活探究意識：從“被動操作”到“主動質疑”的思維轉變。在傳統實驗教學中，學生常按教材步驟機械操作，缺乏對實驗本質的思考。為改變這一現象，教師可以通過設置“矛盾型”的問題，引導學生思考理論與實踐的差異。例如，在開展“探究加速度與力、質量的關系”實驗時，教師可以提問：“當鉤碼質量遠大于小車質量時，為何教材近似認為拉力等于鉤碼重力？”這種認知沖突能打破學生的思維慣性，使其主動質疑實驗原理的合理性，進而產生“如何改進實驗方案使結論更精確”的探究欲望，初步構建起探究意識。

構建探究路徑：從“碎片化操作”到“系統化設計”的能力進階。實驗探究能力的核心在于對實驗流程的系統規劃。教師可以通過設計“階梯式問題鏈”引導學生逐步明確實驗目標、設計實驗方案、優化實驗步驟。以“驗證機械能守恒定律”實驗為例，教師可設計以下問題鏈：基礎問題——“若要測量重錘下落的高度和速度，需要哪些實驗器材？”；進階問題——“紙帶起點為何要選擇初速度為零的點？若起點選擇不當對實驗結果有何影響？”；拓展問題——“實驗中存在哪些誤差來源？如何通過改進操作或數據處理方法減小誤差？”。學生在逐層解決問題的過程中，需綜合考慮實驗原理、器材選擇、數據采集和誤差分析等環節，將碎片化的操作步驟整合為邏輯嚴密的探究路徑，從而有效提升對實驗的整體規劃能力和系統思維水平。

深化探究深度：從“現象觀察”到“本質分析”的思維躍遷。物理實驗不僅是展示物理現象的方式，而且是揭示物理規律的重要手段。教師可以通過設計“本質性問題”，引導學生透過現象探究本質。例如，在開展“測量電源的電動勢和內阻”實驗時，教師可以提問“為何伏安法測內阻時電流表外接和內接會產生系統誤差？誤差來源于哪些物理量的測量？”，以此引導學生從電路原理出發，分析電表內阻對測量結果的影響，實現從“定性觀察”到“定量分析”的思維躍遷，深化學生對實驗本質的理解。

強化探究協作：從“個體操作”到“團隊共創”的模式升級。實驗探究往往需要多人協作完成，教師可以通過設計“開放性問題”促進學生分工與合作。例如，在“設計多用電表”的綜合實驗中，教師可以提問：“如何設計一個既能測量電壓、電流，又能測量電阻的電表？”解答過程中，學生需分組討論，分別承擔電路設計、器材選型、實驗調試等任務。這種基于問題的協作模式，不僅能發揮學生的個體優勢，還能培養其傾聽、質疑、整合不同觀點和解決復雜問題的能力。

以問題驅動提升學生探究能力的實施策略

基于實驗目標的“問題錨定”策略：明確探究方向。問題設計須緊扣課程標準要求，將實驗目標與物理學科核心素養結合起來。例如，“探究平拋運動的規律”實驗的核心目標是“通過實驗探究曲線運動的分解方法”，基于此，教師可錨定以下問題：“如何通過實驗證明平拋運動可分解為水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動？”“若改變拋出點的高度或初速度，運動軌跡的變化規律如何驗證？”此類問題既指向具體的實驗操作，又隱含“運動合成與分解”的科學思維方法，可以引導學生在探究中構建物理模型。在具體實踐中，教師要結合學生的認知水平分層設問，可設計“基礎問題—進階問題—挑戰問題”三級問題鏈。

貫穿實驗流程的“問題遞進”策略：優化探究路徑。實驗前：情境導入與問題激活。教師可通過生活現象或科學史創設問題情境，激發學生的探究興趣。例如，在“探究電磁感應現象”實驗前，教師可展示“法拉第發現電磁感應的實驗裝置圖”，并提問：“法拉第為何用了十年時間才發現電磁感應現象？閉合電路中產生感應電流的條件可能與哪些因素有關？”以此引導學生從科學史中汲取探究經驗，主動猜想實驗變量，為實驗設計奠定思維基礎。實驗中：操作指導與問題調控。在學生動手操作過程中，教師需實時觀察并拋出“過程性問題”引導探究更深入。例如，在“測量玻璃的折射率”實驗中，當學生發現“計算出的折射率小于1”時，教師可以追問“折射率小于1意味著什么？可能是哪些操作環節出現了誤差？”，以此引導學生重新檢查實驗步驟，通過分析誤差來源修正實驗操作。實驗后：數據處理與問題拓展。實驗結束后，教師可通過“數據解讀類問題”和“遷移應用類問題”深化學生探究成果。以“研究勻變速直線運動”實驗為例，教師可以通過提問“如何根據紙帶數據計算加速度？若紙帶某段時間內的位移差不嚴格相等，能否認為物體做勻變速運動？”，引導學生運用“逐差法”處理數據，并理解“偶然誤差與系統誤差”的區別。隨后，進一步提問“能否將該實驗方法遷移到‘研究小車在斜面上的運動’中？”，促進學生將實驗技能遷移到新情境中，拓展探究能力的應用范圍。

依托多元評價的“問題反哺”策略：鞏固探究成果。一是建立“過程性評價+結果性評價”體系，設計“實驗探究能力評價表”，從“問題提出的合理性”“實驗設計的創新性”等維度對學生的探究過程進行量化評價。例如，在“探究向心力與角速度的關系”實驗中，若學生提出“使用光電門傳感器替代秒表測量角速度”的創新方案，教師可在“實驗設計創新性”維度給予學生高分。二是開展“問題反思—方案改進”循環活動。實驗結束后，教師可組織學生開展“問題反思會”，圍繞“如果重新設計實驗，你會做出哪些改進？”等問題展開討論。例如，在“驗證動量守恒定律”實驗后，學生可能提出“使用高速攝像機記錄碰撞過程”以提高數據精度，教師可引導學生對比不同方案的優缺點，通過評價反饋進一步提升學生的探究能力。

（作者單位：福建省永春第一中學）