核心素養導向下高中物理數字化實驗的實踐研究

《普通高中物理課程標準》（2017年版2020年修訂）強調了物理教學與信息技術的融合。實驗教學作為物理教學的一部分，數字化實驗教學活動的開展，能在深度學習的基礎上，培養學生的物理觀念、科學思維、科學探究和科學態度與責任，推動其核心素養的發展。因此，在核心素養導向下，教師要積極組織學生開展高中物理的數字化實驗教學，主動分析數字化實驗教學過程，在反思中提出改進措施，最大限度地發揮數字化實驗教學的價值，為學生核心素養的可持續提升奠定基礎。

一、核心素養導向下高中物理數字化實驗教學的現狀

數字化實驗是以真實實驗為基礎，通過數字化技術的應用代替常規化的實驗方式，并在實驗數據采集后對虛擬數據進行分析、處理。數字化實驗的實施能更加清晰、明確地展示實驗現象，是揭示實驗規律的一種手段。

在高中物理教學中，數字化實驗是借助數字化技術引領學生開展實驗探究的方式。它能促進教師教學模式和學生學習方式的改變，克服常規化實驗教學的局限性，實現課程的有效變革。同時，數字化實驗的開展還能幫助學生更加清晰、深刻地理解物理概念原理，使之在精準數據和直觀圖像的輔助下降低學習困難性，是物理學科核心素養發展的重要舉措。

（一）教學模式有待創新

數字化實驗教學的開展能增加學生的學習體驗，讓學生更好地理解掌握所學內容。但當前高中物理數字化實驗教學活動的開展存在著教學模式固化的現象，致使教學活動的開展更加注重學生對知識的學習，忽視了學生的自主探究，導致學生對物理知識的學習停留在淺層。再加上這種固化模式的應用限制了學生思維能力的發展，不利于其獨立解決問題能力的形成，阻礙了學生物理學科的可持續發展。

（二）個體差異有待關注

學生之間理解能力、分析能力等的不同，都會讓他們對物理知識的學習呈現出差異化的特點，這意味著教學活動的開展需要關注學生的個體差異，讓教學活動面向全體學生。但在當前高中物理數字化實驗教學中，學生的個體差異并未得到關注，教師通常會采用“一視同仁式”的教學原則進行知識的講解和探究，并未考慮到學生之間的差異，導致部分基礎薄弱的學生跟不上教師的教學進度，而基礎較好的學生則認為教學內容過于簡單，無法滿足其學習需求，影響了高中物理數字化實驗教學的效果。

（三）課堂教學互動不足

課堂中的良性互動能在吸引學生注意力的基礎上，讓學生保持思維活躍的狀態。但當前高中物理數字化實驗教學活動開展中的互動效果并不理想。一方面，教師仍占據課堂的主體地位，學生對知識的學習依舊處于被動的狀態，無法與教師、與知識進行深入互動，導致課堂的學習氛圍沉悶，學生的學習興趣低下。另一方面，學生之間的互動相對較少，他們更傾向于獨自完成實驗任務，并未過多與同伴進行合作和交流，導致其在數字化實驗中的思維較為單一，無法在互相探討中學習和借鑒最終影響整體的教學效果。

（四）實驗指導有待加強

數字化實驗教學的開展是讓學生理解、掌握所學內容。但由于學生的實踐經驗較少，需要經過教師的指導，才能順利完成實踐探究。而當前高中物理數字化實驗教學中，教師通常會向學生演示數字化實驗的內容，學生僅需按部就班進行實驗，這一過程缺少對學生的有效指導，且學生只是機械地模仿操作，無法真正理解實驗的原理和目的。此外，教師在指導過程中更傾向于驗證實驗結果的正確性，忽視學生在實驗過程中的思考和探究，導致學生的知識掌握和能力提升效果較弱，無法達到良性的教育效果。

（五）教學內容有待拓展

當前高中物理數字化實驗教學活動的開展通常以教材為主，學生學習的知識只來自教材，但當離開教材后，面對實際問題的解決，他們往往會感到手足無措，這是由于學生對于知識的認知面較窄，面對復雜多變的物理問題，他們難以運用所學知識進行靈活應對。同樣這也反映出高中物理教學內容有待拓展的問題，學生的物理視野和學習深度受到了局限，無法真正將所學知識應用于實際問題解決中，不利于其物理學科的可持續發展。

二、核心素養導向下高中物理數字化實驗教學實踐

（一）設定 明確教學方向

數字化實驗教學活動的實施需要明確其教學目標，立足于此設計教學環節，才能從整體上把控整個教學活動，保證課堂的教學效果。對此，在核心素養的導向下，教師要精心制定教學目標，明確整體的教學方向，從學生的角度入手預設教學活動，為教學活動的開展做好準備[1]。

例如，在“實驗：驗證機械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節課中，教師要整合這一節物理知識的內容，立足學生核心素養的培養設定教學目標。1.理解并驗證機械能守恒定律，掌握實驗的操作步驟和數據處理方法；2.通過實驗觀察和數據分析，培養學生的科學思維和科學探究能力，提升其核心素養；3.在實驗過程中，引導學生發現問題、解決問題，培養其科學態度與責任感等，明確整體的教學方向。隨后，依托教學目標預設數字化實驗教學的環節，包括實驗前的導入、學生探究興趣的激發、數字化實驗的推進、數字化實驗的反思和改進等，整體把控教學活動，為高質量教學效果的達成提供保障。

（二）選擇 創新教學模式

教學模式是教學活動開展的重要依據。教學模式的創新應用不僅能給學生帶來不同的學習體驗，使之產生對物理知識濃厚的探究興趣，還能增強課堂教學的生動性，有助于教學效果的達成。因此，在核心素養導向下，基于高中物理數字化實驗教學，教師要積極創新數字化實驗的教學模式，讓學生占據課堂的主體地位，引領其親歷數字化實驗的準備、實踐和總結的環節，貫徹落實以生為本的教學理念，充分挖掘學生的潛能，使之沉浸在數字化實驗中掌握物理知識，增強其學習效果[2]。

例如，在“實驗：驗證機械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節課中，教師可以采用翻轉課堂的教學形式實施數字化實驗教學。首先，在課前運用數字化技術。例如，在在線學習平臺，給學生布置相關的預習任務和數字化實驗的相關資料，使之在任務的完成過程中建立對數字化實驗的初步認知。其次，在課堂上組織學生分享自身在預習過程中遇到的困難，以師生、生生的有效互動幫助學生解決預習中的難題。隨后，組織其開展數字化實驗的實踐探究環節，精準記錄、分析實驗數據，驗證機械能守恒定律。同時，教師也要關注學生的實驗進程，必要時給予他們適當的指導，讓數字化實驗得以順利推進。最后，在完成實驗后，組織學生整理實驗數據，撰寫實驗報告，并在在線學習平臺上分享交流自身的實驗成果，深化其對物理知識的理解，保證教學效果。

（三）差異 優化實驗設計

高中生已儲備了一定的物理知識，但他們之間的物理水平參差不齊。想要保證數字化實驗活動的開展效果，讓每位學生都能獲得與自身能力相適應的增長，需要尊重學生的個體差異。因此，在核心素養導向下，教師可以基于數字化實驗教學優化實驗設計，關注學生之間的差異性，以不同的實驗方式探究同一知識，在尊重學生學習主體性的基礎上，保證數字化實驗活動的順利推進，令每位學生都能有所收獲，保證教學效益的同時，達成學生物理水平整體上升的效果[3]。

例如，在“實驗：驗證機械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節課中，教師要先了解學生之間物理水平的差異性，以此為基礎將其分為基礎層、提高層和拓展層。針對基礎層的學生，教師可以參與到他們的數字化實驗探究中，通過引導逐步開展數字化實驗，理解機械能守恒定律的基本概念，掌握實驗的基本操作步驟。針對提高層的學生，可以組織他們運用所學的知識設計實驗方案，并結合實驗方案開展數字化實驗，準確記錄和分析實驗數據，驗證機械能守恒定律。針對拓展層的學生，可以鼓勵其自主設計實驗方案，在實施這一小節實驗內容的基礎上，探究機械能守恒定律在不同條件下的應用情況，并嘗試進行創新性實驗。讓不同層次的學生都能實際參與到數字化實驗探究中，增強他們的學習自信心，保證數字化實驗教學效果的同時，促進學生物理水平的整體提升。

（四）詢問 促進思維發散

學生思維的發散是數字化實驗教學推進的主力。因此，在核心素養導向下，教師不妨以問題的設計與提出點明課堂的教學主題，讓學生產生對物理知識強烈的探究欲望，在以小組合作的形式進行探究，促進其思維的發散，形成數字化實驗的雛形，以便實踐的順利過渡。

例如，在“實驗：驗證機械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節課中，教師可以給學生播放大擺錘的視頻，刺激學生的感官系統，向其提出“在教師播放的這個視頻中，大擺錘受到了哪些力呢？這一過程的機械能是怎樣轉化的？”的問題，促使學生思考，引出整節課的教學主題—一驗證機械能守恒定律。隨后，組織學生以小組合作的形式設計實驗方案，做好實驗前的準備工作。

（五）實踐 實施數字實驗

實踐活動的開展能加深學生對物理知識的理解和認知，鍛煉其綜合性學習能力，對其核心素養的發展具有積極意義。因此，在完成實驗方案設計后，教師要積極組織學生開展數字化實驗探究環節，讓學生親歷整個實驗過程，直觀了解物理實驗結果，繼而增強其學習效果，達成預期的教育成效[4]。

例如，在“實驗：驗證機械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節課中，首先，運用數字化技術組織學生開展仿真實驗，記錄、整理、分析實驗數據，得出最終的結論。其次，展示實驗過程和實驗結果，分享實驗體會，鼓勵其他小組成員提出不同的見解，以師生、生生的多向互動完善實驗過程和實驗成果，深化學生對機械能守恒定律知識的理解。最后，總結數字化實驗，繪制完整的思維導圖，鞏固強化學生所學內容的同時，落實其學科核心素養的培養。

（六）指導 強化實驗管理

強化實驗管理能及時糾正學生在數字化實驗中的操作，確保其操作行為的規范性，還能通過自身對學生的引導讓數字化實驗教學活動的開展更具價值。因此，在核心素養導向下，基于高中物理數字化實驗教學的實踐成果，教師要強化數字化實驗的管理，實時監控學生的數字化實驗進程，給予其個性化的指導和反饋，讓數字化實驗得以在正確的框架內順利完成，保證實驗效果的同時，提高其學習效率[5]

例如，在“實驗：驗證機械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節課中，教師可以組織學生在數字化平臺上開展物理的數字化實驗，借助數字化平臺對學生的實驗過程進行實時監控，清晰了解學生的實驗操作步驟、實驗數據結果記錄和實驗結果的分析等，及時發現學生在實驗過程中的不足之處，并給予其個性化的指導。如當學生的操作規范時，可以運用數字化平臺提醒學生；當實驗數據分析不準確時，可以運用數字化平臺進行指導，以便數字化實驗的順利進行。同時，鼓勵學生在實驗過程中及時運用數字化平臺反饋自身的問題，教師則根據學生的反饋給予其個性化指導，幫助其解決困難，使之更好地理解掌握物理知識。

（七）拓展 豐富實驗內容

進行實驗內容的拓展不僅能讓學生更全面地了解物理知識，還能鍛煉其對知識的遷移運用能力，對其核心素養的發展具有積極意義。因此，在核心素養導向下，為了讓學生更好地掌握物理知識的核心內容，教師要注重實驗內容的拓展，結合數字化實驗的內容引入類似的實驗場景，引領學生進行物理知識的再探究，以此深化其對物理知識的理解和感悟，提高其知識遷移能力，促進其核心素養的可持續發展。

例如，在“實驗：驗證機械能守恒定律”（教科版必修第二冊）這節課中，教師可以結合這一小節的實驗拓展實驗內容，如探究斜面小車運動中的機械能守恒，以相似的實驗情景加深學生對物理知識的理解和認知。同時，教師也要給學生提供實驗的數字化工具，如仿真實驗、數據記錄等，使其能順利開展數字實驗的自主探究，更全面、更具體地了解物理知識的應用場景，鍛煉其物理知識遷移運用能力，提高學生的學習效率，為其核心素養的可持續發展提供保障。

結束語

總而言之，核心素養導向下高中物理數字化實驗教學活動的開展要注重對教學過程的反思與改進，積極優化數字化實驗的教學環節，讓整個教學活動的開展面向全體學生，使每位學生都能在實驗探究中有所收獲。同時，教師也要關注實驗內容的有效拓展，豐富學生對物理知識的學習視野，使之能更全面、更透徹地理解物理知識的本質，提升學生物理知識的學習效果，提高課堂的教學效率，促進學生學科核心素養的良性發展。

參考文獻

[1]葛飛.數字化技術在高中物理實驗教學中的應用：以“探究加速度與力、質量的關系”為例[J].新課程，2025(4):165-168.

[2]茍冰.數字化技術在高中物理實驗教學中的應用研究[].智力，2024(16):135-138.

[3]王益飛.高中物理數字化實驗教學：“驗證機械能守恒定律\"教學設計[J].新課程，2024(16):46-48.

[4]陳創豪.高中物理教學中的數字化實驗應用與教學策略研究[D].贛州：贛南師范大學，2024.

[5]莫君榮.高中物理數字化實驗教學策略研究：以電學為例[].科學咨詢(教育科研)，2021(6):226-227.