巧設物理實驗，提高高中物理教學實效

在新課程改革背景下，高中物理教學需要改變傳統灌輸式的教學模式，注重對學生核心素養的培育.物理實驗作為物理學科的重要組成部分，是培養學生科學探究能力和物理思維的關鍵環節.然而，當前高中物理實驗教學中仍存在諸多問題，制約了物理實驗的教學實效，影響了學生對物理學的興趣和理解.為改變這一現狀，教師需要突破傳統的實驗教學模式，從實驗設計理念、內容選擇、實施方法、技術應用和生活聯系等方面進行系統創新，構建符合新時代要求的物理實驗教學策略體系.

1傳統物理實驗教學的局限性

1. 1 以驗證性實驗為主

在傳統的高中物理教學中，教師更傾向于驗證性實驗.這種實驗往往操作步驟和預期結果明確，學生只需要按照既定程序開展實驗，并得到教材中的相關規律即可.驗證性實驗雖然能夠系統呈現物理概念和原理，但對于學生探究能力和創新思維的發展極為不利.在這種實驗模式下，學生缺乏提出假設、設計方案、分析變量的機會，所以無法真正體驗科學探究的完整過程.而教師過度關注實驗數據的準確性和結論的標準化，忽視了培養學生的科學思維方法和探究能力.長此以往，學生就會形成對“標準答案”的依賴，這與新課程標準倡導的物理核心素養培養目標背道而馳.

1.2 學生參與度較低

受到課時安排、班級規模和設備條件的限制，多數實驗課中，都是教師演示，然后小組再操作，這使得一些學生的參與感不強.即便是在小組實驗中，因為器材的不足，有時候也是一個人操作，其他人記錄觀察.這種情況下，學生缺乏充分的動手機會，難以獲得直接的感性認識和實踐體驗.此外，傳統實驗教學中“一刀切”的統一模式忽視了學生的個體差異，使不同知識基礎和學習風格的學生無法獲得個性化指導.部分學生因跟不上實驗節奏而產生挫敗感，逐漸對物理實驗失去信心；而學習能力較強的學生則因缺乏挑戰而感到枯燥.這種標準化模式導致學生在實驗過程中往往是被動接受，缺乏主動探索和質疑的精神，無法培養真正的科學素養和創新思維.與此同時，評價體系單一，過分強調實驗結果的準確性，而忽略了學生在實驗過程中的思維發展和能力提升.同時，在實驗教學過程中，師生互動不足，教師往往側重于指導學生完成既定實驗步驟，而非引導學生進行深入思考和探究討論.這也造成實驗課程被簡化為知識點講解和考點訓練，學生對實驗產生功利心態，重結果輕過程，參與的主動性和積極性明顯不足，進而影響實驗教學效果.

1. 3 實驗與生活脫節

物理的本質源于對自然現象的探索與解釋，但是以往的實驗教學和生活間的聯系不足.標準化的實驗設計大多是在理想條件下進行的，且都是運用專業的器材，因此結果的呈現也缺乏生活性.教材中的實驗案例往往過于抽象，缺乏現實背景和實際應用場景，學生難以將實驗結果與生活實際聯系起來.比如電路實驗中使用的電源、電阻等元件形態與日常接觸到的電子產品差異較大，導致學生很難把學到的知識應用到實際中.這種與生活實際脫節的實驗，降低了學生的學習興趣和內在動力.當物理實驗無法與學生的生活經驗產生共鳴時，學生便難以感受到物理學習的價值和意義，進而對物理學科產生疏離感甚至抵觸情緒.

2巧設物理實驗，提高物理教學實效的策略

2.1情境引導，點燃探究熱情

傳統的機械演示模式具有諸多弊端，如果能結合所學知識創設適當的情境，那么就能有效激發學生的探究熱情.情境引導能夠充分點燃學生內在的學習動力.這要求教師能夠圍繞物理概念和規律本質，創設具有懸疑性、挑戰性的問題情境，引發學生的認知沖突和好奇心.教師可通過設置科學史上的關鍵問題、展示反直覺的物理現象，或提出與教學內容密切相關的未知探究任務，讓學生產生強烈的求知欲望.情境設計要注重開放性，為學生提供思考空間，而非直接給出結論.實驗前的預設性問題能夠引導學生帶著問題觀察現象、收集數據，實現從現象觀察到規律探究的思維過程.情境導入還應當注重趣味性與嚴謹性的平衡，避免為吸引學生注意力而偏離教學目標.

例如“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，教師可設計這樣的情境：展示兩段相同小車在不同作用力下運動的慢動作視頻，請學生判斷哪個小車加速度更大，并初步猜想影響加速度的因素有哪些.接著引導學生思考：“如果我們想要精確測量和表達力與加速度的關系，應該如何設計實驗？”教師通過這樣的情境導入，將抽象的牛頓第二定律轉化為具體的探究任務，讓學生變被動為主動，為后續的知識學習奠定基礎.

2.2精簡優化，聚焦思維建構

如果物理實驗步驟冗長、內容復雜，則很容易讓學生迷失在具體操作中，忽視對物理本質思想的探究.基于此，教師需要對傳統物理實驗內容進行優化.精簡優化并不是簡單去除實驗中的一些內容和步驟，或者降低難度，而是要結合教學目標與核心素養去重構實驗設計.實驗設計應聚焦關鍵變量和核心概念，剔除無關因素和煩瑣步驟，突出實驗的物理本質.教師需明確實驗的思維價值，通過實驗設計引導學生體驗物理學家的思維方式，如控制變量法、模型建構、定量分析等.實驗指導應更加注重思維引導而非操作指令，給予學生足夠的思考空間，

例如學習\"驗證動量守恒定律”的時候，可以把傳統的多步驟實驗進行革新，通過核心問題探究的模式精簡實驗.實驗前要明確目標：驗證兩物體碰撞前后總動量守恒.實驗設計主要環節有：準確測量碰撞前兩物體的質量和速度，精確記錄碰撞后兩物體的速度，對比計算碰撞前后系統總動量.簡化實驗裝置，采用氣墊導軌減小摩擦力的影響，使用電子門計時器直接測量速度，避免學生在復雜計算中迷失.教師引導學生關注數據處理方法和誤差分析，思考實驗條件對結果的影響，從而深刻理解動量守恒的物理本質和適用條件，實現從現象到規律的思維建構.

2.3層級設計，實現個性發展

在物理學習中，學生之間的差異性是比較大的，為了滿足不同學生的學習需求，需要采取分層設計的策略，實現學生的個性化發展，具體而言，要從實驗目標、實驗內容、指導方式和評價標準四個方面入手.教師要科學評估班級學生的物理基礎、實驗技能和認知水平，將學生劃分為不同發展層次，并基于評估結果，為不同層次學生設計難度遞進的實驗任務和挑戰，確保每位學生都能獲得適合自己的成長空間.層級設計強調差異性與包容性的統一，既要保證基本實驗內容對全體學生開放，又要為學有余力的學生提供拓展性探究機會.教師指導方式應隨學生能力水平靈活調整，從直接指導逐步過渡到間接引導，最終促進學生自主探究.

例如以\"用單擺測量重力加速度”實驗為例，可實施三級層次設計：第一層次為基礎實驗，學生按照明確的實驗步驟，測量單擺周期與擺長的關系，計算重力加速度值；第二層次為提升實驗，學生自主設計實驗方案，并分析和控制影響實驗精度的因素（如擺角大小、空氣阻力等)，提高測量精度；第三層次為拓展實驗，學生探究單擺周期與擺球質量、振幅的關系，或對比不同計時方法對實驗結果的影響.層級設計讓不同基礎的學生都能在各自起點上獲得成長，真正在物理實驗教學中實現個性化發展.

2.4技術融合，拓展實驗邊界

隨著科學技術的不斷發展，其在教育領域的優勢也逐漸凸顯，這為拓展實驗邊界、提升教學實效提供了全新思路.教師應充分利用物聯網傳感器、數據采集系統、高速攝像等現代化設備，提高實驗數據的準確性和可視化程度.例如，虛擬仿真技術可用于模擬危險性高、成本昂貴或難以直接觀察的物理現象，彌補實體實驗的不足；云平臺和協作工具支持學生跨時空開展實驗活動，促進資源共享和協作探究.

例如在\"氣體的等溫變化”實驗教學中，傳統玻璃U型管實驗難以實時測量和可視化呈現氣體狀態變化過程，教師可引入數字壓強傳感器和溫度傳感器，連接數據采集系統，實時監測密閉氣體在等溫條件下壓強與體積的變化關系，之后用計算機繪制 p-V 實時曲線，直觀呈現波義耳定律，使學生可清晰地觀察到壓強與體積的反比關系.同時，還可通過調整不同的氣體溫度，探究溫度對 ?-V 曲線的影響.在物理實驗中融入先進技術，使得抽象的內容更加直觀可感，讓學生可以將抽象的微觀現象與宏觀現象聯系起來，深化對物理知識的理解.

2.5生活鏈接，構建知識橋梁

從本質來看，物理知識與生活具有密切聯系，只有把物理知識和學生的日常生活聯系起來，才能促進學習實效的提高.物理知識來源于生活，同時也服務于生活，所以將兩者聯系起來，除了進行日常生活的舉例以外，還需要構建“雙向橋梁”.教師要善于從學生熟悉的生活場景中提煉物理問題，設計貼近生活實際的實驗內容，引導學生運用物理思維解釋日常現象.在選擇實驗材料時，可適當采用生活常見物品代替傳統器材，拉近實驗與生活的認知距離.生活鏈接還應注重物理知識的應用轉化，幫助學生將實驗中獲得的規律和方法遷移到生活實際問題的解決中，使其體會物理學習的價值和意義.

例如在學習“熱力學第一定律”時，教師可設計生活化實驗，探究能量轉化與守恒規律.首先，準備保溫杯、溫度計、電熱棒和功率計等簡易器材，指導學生測量電熱棒在保溫杯中工作一定時間后水溫的升高情況，計算輸入的電能與水吸收的熱量之間的關系；之后通過分析能量轉化過程及其效率，讓學生真切體會到熱力學第一定律的實質.實驗后，教師要引導學生思考：家用電器的能效標簽反映了怎樣的物理原理？熱泵空調為何能實現“省電”效果？這種從實驗到生活應用的拓展，使學生理解熱力學定律不是抽象的公式，而是指導能源利用和技術創新的基本準則，進而培養學生的能源憂患意識和可持續發展觀念.

3結語

綜上所述，巧設物理實驗是提高高中物理教學實效的關鍵途徑.通過情境引導點燃學生探究熱情，精簡優化內容，聚焦物理思維建構，層級設計滿足個性化發展需求，技術融合拓展實驗形式邊界等，形成了一套系統完整的物理實驗教學策略體系，這些策略既立足于當前教育改革的實際需要，又指向未來科學素養培養的長遠目標.未來，教師應不斷反思和優化實驗教學設計，促進學生在實踐中探索、在創新中成長，推動高中物理教學質量的整體提升，為培養具有科學素養的新時代人才奠定堅實基礎.

【本文系2024年廣東省中小學教師數字素養提升工程專項科研課題“智能手機在高中物理實驗教學中的應用研究\"（課題編號：GDSZSYKT2024158）的階段性研究成果】

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