利用微實驗設計，提升物理課堂探究效率

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》對物理學科核心素養進行了凝練，要求依托觀察與實驗，引導學生提出物理領域的相關問題，進而構建猜想和假設.接著進行設計實驗、規劃研究方案的工作，從而強化學生的“科學探究”能力[1.其中，實驗是培養學生科學探究能力的重要途徑之一，但受限于課堂教學時長，教學中難以完成復雜的實驗過程.因此，利用規模較小、操作難度相對較低的微實驗，可以快速激發學生積極性，進而提升物理課堂探究效率.基于此，如何設計、利用微實驗，成為物理課堂教學研究的新方向，

1物理微實驗的設計原則

傳統高中物理實驗多需要專業設備，并且操作步驟煩瑣、易出錯、耗時久，學生難以深入思考.且教學針對性欠佳，與課程重難點聯系不緊密.在利用微實驗提升高中物理課堂探究效率過程中，教師應遵循以下原則設計微實驗：

其一，應遵循簡單性原則.器材選取要常見、易獲取，減少復雜裝置.實驗步驟應簡潔明了，避免煩瑣操作.實驗原理宜基礎、易懂，讓學生能輕松理解.如此，學生可快速上手，專注實驗本質，不被復雜準備和操作干擾，高效達成實驗目標.

其二，應遵循科學性原則.微實驗設計應基于科學理論，確保原理正確無誤.實驗方法應嚴謹規范，符合科學研究流程.微實驗設計應經反復驗證，可重復性強，向學生準確傳遞科學知識，培養其科學思維.

其三，應遵循針對性原則.微實驗內容不僅應緊扣教學內容，圍繞特定知識點設計，助力學生理解重點、突破難點，更應契合學生的認知水平，難度適中，既具挑戰性又能讓學生通過努力完成實驗探究.

其四，應遵循趣味性原則.實驗現象應新奇、有趣，能快速吸引學生注意力，并融入生活元素，讓學生感受物理與生活緊密相連.微實驗設計應富有創意，使學生對物理實驗充滿期待，主動參與探究，提升學習積極性[2].

2利用微實驗設計提升物理課堂探究效率的教學實踐

2.1 問題提出，猜想假設：生活情境驅動

科學探究核心素養強調基于真實情境的問題發現能力，而以生活現象為切入點可有效激活學生的問題發現、假設建構能力.微實驗設計需遵循\"簡單性、針對性”原則，將抽象物理概念轉化為可觀察的生活化實驗場景[3].因此，教師在設計微實驗時，可從生活現象出發，創設情境，激活學生思維，使學生對實驗產生興趣

例如以必修一中“時間位移”為例，教師可以利用多媒體軟件，為學生播放 800m 賽跑的比賽視頻.視頻中，運動員們在跑道上奔跑，起點不同，終點一致，路線各異.在學生觀看后，教師可以進行引導：“怎樣精準表述運動員從起點到終點的位置變化？是依據跑過的彎曲跑道長度，還是有別的方法？比賽計時從發令槍響那一刻開始，流逝的時間與運動員位置的改變有何聯系？”基于日常認知，學生大膽猜想假設.部分學生認為，用運動員跑過的總路程能表示位置變化，路程長的位置改變就大.有學生卻提出，應關注起點到終點的直線距離，因其更能凸顯位置改變的實質.還有學生思索：時間與運動員速度相關，速度影響位置變化，那時間和位置變化之間是否存在特定數學關系？在該微實驗設計里，教師借助 800m 賽跑視頻，使時間與位移的抽象知識具象化.學生置身于熟悉的生活情境中，主動思考問題、大膽假設.此過程契合科學探究核心素養對學生敏銳發現問題、大膽假設能力的培養需求.學生不再被動接受知識，而是主動探索物理知識，極大提升了物理課堂探究效率.

2.2 實驗設計，方案制定：設計分層實驗

“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行.”對于學生而言，在自己動手實驗的過程中，才能夠更為深刻地理解相應物理知識.同時，科學探究的過程也是不斷實驗的過程.基于此，教師在利用微實驗設計提高探究效率時，可將微實驗拆解成多個步驟，讓學生親自動手實驗，以此引導學生思路，提高探索效率.

例如以必修一中“力的合成”為例，首先以A4紙為背景，用一個彈簧拉力器吊起木塊，在A4紙上標記木塊位置.接著，讓學生逐次增加彈簧拉力器，同時保證木塊相對A4紙位置不變.學生在操作中，直觀感受多個彈簧拉力器的力共同作用效果等同于一個彈簧拉力器的力，從而理解“合力與分力”概念，初步建立關于力的合成的認知.其次，進一步拓展.教師提問：“在同一平面，力可分解至 x 軸和 軸，那三維空間中的力如何分解？”學生圍繞此問題，動手實驗驗證.通過嘗試改變彈簧拉力器的方向，在三維空間構建不同方向的力，觀察木塊位置變化，思考如何將力合理分解.在實驗過程中，學生學會控制變量，思考力的方向與大小變化對合成效果的影響.最后，教師引導學生深入探究力的合成規律.要求學生自主設計實驗，精確驗證力的合成的平行四邊形定則.學生自主選擇實驗器材，如使用高精度力傳感器替代彈簧拉力器，更精準測量力的大小、方向.通過多次改變力的角度、大小，運用數學方法繪制平行四邊形，對比合力理論值與實驗測量值，深入剖析力的合成本質.

2.3信息獲取，數據處理：協作處理數據

從物理學角度來看，科學探究的過程需要對大量數據進行處理，從而驗證實驗結果的準確性.以往科學家們大多通過紙筆的原始方式處理數據，效率低下，還容易出現失誤4.而信息時代背景下，教師可組織學生合理運用信息技術，收集、處理實驗數據，提高探究效率.

例如以必修二中機械能守恒實驗探究為例，設計微實驗.準備可調節高度的斜面，斜面高度能按需調整.準備質量已知的小球，質量數值明確.再準備光電門傳感器與數據采集器.實驗時，將小球從不同的斜面高度釋放.小球經過光電門時，傳感器迅速記錄時間數據，數據采集器自動收集這些數據.教師組織學生分組協作：一組學生專注設置斜面高度，每次都保證實驗條件一致.一組學生專門負責小球釋放，釋放動作力求規范；一組學生緊盯數據采集器，準確記錄數據.數據收集結束后，進人數據處理階段.學生運用Excel軟件，將收集到的時間、高度等數據輸入軟件，借助軟件自帶的函數功能，快速算出小球在不同位置的速度，并依據速度算出動能與勢能.之后，利用軟件圖表功能，把數據繪制成動能一勢能變化曲線.從圖表中，學生能直觀看到，在誤差允許范圍內，動能與勢能之和基本保持不變，由此驗證機械能守恒定律.此過程借助信息技術，實現協作處理數據，既提高了數據處理效率，又讓學生學會團隊合作，還能清晰觀察物理量關系，提升了物理課堂探究效率，培養了學生科學探究的核心素養.

2.4得出結論，闡釋原理：強化批判性思維

微實驗過程中，學生難免遇到實驗現象與預期不符的情況.

例如在\"滑動變阻器的使用”微實驗中，滑動變阻器的滑片移動時，電路中的電流和電壓與理論值存在差距.此時，學生需要批判性思考實驗步驟是否嚴謹、測量工具是否精準、有無外界因素干擾.通過對所發現的問題進行深入分析，學生學會質疑、反思，逐步構建批判性思維體系，不再盲目接受既有結論，而是以科學嚴謹的態度審視物理知識，實現從知識接收者到知識探索者的轉變，進而提升物理課堂探究效率.

基于此，教師在微實驗設計中，應注重引導學生對實驗所得結論進行批判性思考.在“滑動變阻器的使用”微實驗中，教師可提出問題：“當滑動變阻器接入電路的方式改變時，電流和電壓的變化規律是否依然符合之前的結論？”該問題促使學生重新審視實驗過程.學生開始嘗試將滑動變阻器由串聯改為并聯接入電路，并觀察到電流和電壓的變化情況與串聯時截然不同.此時，學生需要思考為何會出現差異.接著，教師引導學生檢查實驗器材，對比不同品牌滑動變阻器的參數.學生發現，不同滑動變阻器的電阻絲材質、長度和橫截面積有所不同，可能影響其電阻特性，進而影響電路中的電流和電壓.學生進一步思考，在實際應用中，是否需要根據不同需求選擇合適的滑動變阻器.

在實驗數據處理階段，教師要求學生分析數據的離散程度.學生發現，多次測量的數據存在一定波動，并非完全一致.這促使學生思考測量誤差產生的原因是讀數時的人為誤差，還是實驗環境中的溫度、濕度等因素.教師還可引入拓展問題：“在復雜電路中，滑動變阻器與多個電阻同時存在時，如何準確分析其對電路的影響？”學生嘗試構建不同的復雜電路模型，在不斷嘗試和分析中，對滑動變阻器的理解更加深入，批判性思維也得到進一步發展.

2.5評估反饋，反思提升：多元實驗評價

評價反思是微實驗教學中的最后一環，同時也是后續微實驗設計的起始環節.為進一步提升微實驗設計的有效性，提升物理課堂探究效率，教師應采用多元實驗評價方式，全面、客觀地評價學生表現.

其一，關注學生對實驗知識的理解運用.在微實驗結束后，設置相關的理論小測驗，考查學生對實驗原理、公式推導等基礎知識的掌握程度.

例如在探究\"滑動摩擦力”的微實驗后，測驗題目可包括滑動摩擦力公式的應用場景、影響滑動摩擦力大小因素的分析等.依據測驗成績，教師清晰了解學生知識層面的薄弱點，為后續針對性教學提供依據[5].

其二，重視學生的實驗操作過程.觀察學生在微實驗中的操作步驟是否規范，儀器使用是否正確.

其三，考量學生在小組合作中的表現.在微實驗多以小組形式開展的情況下，教師需要觀察學生間的分工協作情況.如是否有學生積極承擔任務，推動實驗進程；是否存在因溝通不暢導致實驗受阻的情況.小組互評與教師評價相結合，促使學生提升團隊協作能力.例如，小組內成員相互評價在實驗討論中貢獻觀點的多少、對他人意見的接納程度等.

其四，還可引導學生進行自我評價.讓學生回顧自己在微實驗中的表現，思考自身的優點與不足之處.

3結語

綜上所述，有效利用微實驗設計開展高中物理課堂探究活動，能有效激發學生的學習興趣、探究欲望，提升課堂探究效率，促進學生物理學科核心素養的發展.然而，微實驗教學仍應不斷探索完善.教師應持續創新微實驗設計，緊密結合教學內容和學生實際，優化教學實踐環節，充分發揮微實驗在物理教學中的優勢，助力學生更好地掌握物理知識，培養其科學思維和實踐能力，為學生的未來發展奠定堅實基礎.

參考文獻：

[1」白武.基于核心素養的高中物理實驗教學的創新與實踐研究[J].甘肅教育研究，2025（1）：75-78.

[2」趙瀟恬，劉振北，陳夢丁.高中物理課堂教學創新實驗的運用與改進[J].物理教學，2024，46（12）：34-37.

[3]吝曉茹.基于標準化的高中物理實驗教學流程優化研究[J].中國品牌與防偽，2024（11）：167—168.

[4]金航濤.核心素養導向的高中物理演示實驗教學策略—以“靜摩擦力”教學為例[J].物理教學 ，2024，46（9）：20-23

[5」潘海龍，劉瓊.“互聯網 +^，， 背景下物理微實驗應用研究—基于一節物理實驗課的效能分析[J].甘肅教育研究，2023（3）：127—129.