高中物理課堂體驗式教學探究

在當前高中物理教學中，學生普遍面臨抽象概念難以理解的困境，導致認知脫節和學習興趣下降。體驗式教學作為一種以學生為中心的教學模式，通過多感官參與和實踐活動將抽象的物理原理轉化為可感知的經驗，有效激發了學生的學習動力。高中物理教師亟須基于具身認知理論，結合生活化情境、開放式實驗、數字化工具和社會化議題系統分析體驗式教學在物理課堂中的應用價值與實踐策略，促進學生對物理規律的深度理解。

一、高中物理體驗式教學的核心價值

（一）重構物理認知圖景

體驗式教學構成抽象概念具象化的認知橋梁。學生通過可操作的物理活動建立現象與規律的本質聯結，數學公式轉化為可感知的實體存在。這種教學方式有效彌合理論推演與現象觀察的認知鴻溝，物理概念從符號系統回歸自然本源。學生動手操作中形成的肌肉記憶與空間感知，成為理解場、波、粒子等抽象模型的認知錨點[1]。具身認知理論驗證了身體經驗對抽象思維的基礎支撐作用，物理規律通過多重感官通道完成意義建構。同時，體驗式教學對學生認知圖景的重構具有顯著遷移價值。學生在現象觀察、數據采集、模型建立的全周期探究中形成的科學思維范式，可延伸至化學晶體結構分析、生物分子運動模擬等跨學科領域。這種基于實踐的科學認知方法論構成STEM教育的核心思維鏈條，使物理課堂由此超越知識傳授場所成為科學思維模式的孵化空間[2]

（二）培養科學素養與責任擔當

體驗式教學承載科學素養與責任擔當培育的教育使命，學生在技術倫理辯論、實驗方案設計中形成的批判性思維與社會責任感是科學素養的重要組成成分[3]。物理規律的社會應用場景分析使學生理解科學技術的雙面特性，核能利用的防護設計、電磁輻射的安全評估等議題教學培育學生知行合一的技術倫理觀。這種教學將知識習得升華為價值觀塑造，契合新課標“科學態度與社會責任”的素養要求。實驗設計階段的方案辯論、數據采集階段的任務分工、結論形成階段的共識建立，使物理課堂成為責任共擔的科研共同體。學生在認知沖突中學會證據論證與倫理權衡，在技術應用中理解創新邊界與社會影響。這種社會化學習模式培養的溝通協作能力與倫理決策意識正是未來人工智能時代的核心競爭優勢。物理教育的終極意義在此顯現，其不僅是自然規律的傳遞，更是科學精神與社會責任的共生。

（三）激發創新思維與實踐能力

體驗式教學通過開放性問題設計和實踐操作任務有效激發學生的創新思維與實踐能力。在探究過程中，學生需要自主設計實驗方案、分析數據并解決問題，這種主動參與的模式打破了傳統教學的被動接受局限。例如，在“電磁感應”相關知識點的教學中，學生通過自主搭建線圈和磁鐵的組合探索不同條件下感應電流的變化規律，提出創新性的實驗改進方案。這種教學方式不僅培養了學生的動手能力，還增強了其發現問題、解決問題的創新意識。此外，體驗式教學鼓勵學生將物理知識應用于實際生活，進一步提升了學生的實踐能力和科技應用素養，為其未來從事相關物理科學研究和物理工程技術領域奠定了堅實基礎。

二、高中物理課堂體驗式教學實踐策略

（一）創設生活化物理情境，建立具象認知紐帶

生活情境將抽象原理轉化為可感知對象消除學生對物理概念的疏離感。教師可利用真實場景激活學生經驗儲備，使物理規律與生活現象形成雙向印證[4]。學生可在觀察與類比中自主提煉本質特征，用具象經驗支撐起抽象思維，通過物理現象與日常經驗的互動建構起穩固的科學認知框架。

例如，在《摩擦力》探究式教學中，教師采用“情境觀察一實驗探究一數據分析一結論遷移”的遞進式設計將抽象物理概念轉化為可操作的實踐活動。課堂伊始，教師通過對比播放汽車在干燥路面平穩剎車與冰雪路面打滑失控的監控視頻引發學生對接觸面特性的思考，自然導出核心問題：“摩擦力的強弱受哪些因素影響？”為增強直觀認知，教師展示三種不同粗糙度的實驗面板一一光滑玻璃板 ）、P80粒度砂紙（ ?Ra≈35μm? 和普通樺木板（ Ra≈5μm， ），并引導學生觸摸感知表面紋理差異。學生分組使用數字化實驗套裝（含彈簧測力計、壓力傳感器滑塊及數據采集器），通過勻速拉動滑塊記錄不同表面的最大靜摩擦力數據。當實驗結果顯示砂紙組的平均拉力達4.32N（約為木板組2.40N的1.8倍）時，教師借助電子顯微鏡實時投影面板微觀結構，結合表面輪廓儀的三維形貌圖定量揭示粗糙度參數（Rz）與摩擦力的正相關關系。在知識遷移環節，教師可提供登山鞋底樣本（深／淺波紋型各半），學生通過放大鏡觀察凹槽結構，結合實驗數據解釋防滑設計原理，帶領班級學生通過增減配重塊改變滑塊質量 (100g/200g ））發現最大摩擦力隨正壓力成倍增長的現象，自主歸納出“摩擦力與正壓力成正比”的規律。最后在故障診斷情境中，學生分析自行車剎車片更換后制動失效的案例，通過對比新舊剎車片的表面光滑度數據，運用摩擦系數概念提出“選用粗糙度更高的剎車片”的解決方案。整個教學過程通過量化實驗、可視化工具和生活案例的三重支撐使靜摩擦、滑動摩擦、摩擦因數等概念具象化為可觀測、可驗證的科學模型。

（二）重構探究式實驗流程，深化科學思維實踐

傳統實驗的預設性框架限制學生思維深度，而開放式探究任務將實驗轉化為科學思維的實體化訓練場[5]。教師可通過階梯式問題鏈引導學生建立假設、設計變量、修正結論，使實驗過程成為物理規律的內化通道，讓學生在自主操作中經歷科學探究的全周期，分析數據、識別誤差、建立模型的能力獲得系統提升，科學思維從被動接受轉向主動建構。

在電路特性探究教學中，教師向學生提供兩節干電池串聯的電源模塊、0—50Ω可調電阻箱、精度0.01V的數字電壓表及0.01A量程電流表。學生四人小組需自主設計驗證電源內阻存在的實驗方案。經過小組辯論，多數團隊選擇對比測量法：先測量電源空載狀態下的開路電壓，記錄為 4.25V ：隨后依次接入5Ω、 10Ω 、 15Ω 三組陶瓷封裝負載電阻，每次連接后同步讀取電流表與電壓表示數。當 15Ω 負載接入時，電壓表顯示值降至3.82V，電流值為0.25A。教師要求學生將四組數據（含空載狀態）錄入平板電腦的物理實驗分析軟件，軟件自動生成U-I坐標系并標記離散數據點。學生觀察到數據點呈明顯線性分布趨勢，使用線性回歸功能獲得擬合方程。教師引導學生關注斜率絕對值 1.12Ω 的物理意義，學生通過方程變形推導出閉合電路關系式。此時教師引入進階任務：將使用三個月的老舊電池與全新電池分別連接相同規格的LED燈珠。學生測量發現老舊電池驅動時燈珠亮度降低 27% ，結合功率公式分析得出內阻增大導致輸出功率下降的結論。實驗過程中教師特別設置認知沖突環節——要求學生用導線短暫觸碰電源兩極模擬短路，電壓表讀數驟降至0.8V的現象使學生直觀理解內阻對極端工況的影響。為強化知識遷移，教師播放新能源汽車加速時中控屏亮度波動的實拍視頻。學生分組建立電路模型進行分析：電動機啟動瞬間產生大電流導致內阻分壓劇增，使得并聯的照明電路電壓下降。教師進一步展示動力電池組的熱成像圖，學生根據溫度分布差異討論內阻與能量損耗的空間關聯性。這種從實驗測量到工程應用的完整鏈條，使抽象的內阻概念轉化為可量化、可驗證、可遷移的物理認知模型。

（三）融合數字化技術工具，突破時空認知局限

微觀物理現象的不可觀測性容易造成認知障礙，簡易數字化工具則可以幫助學生建立直觀感知通道。教師可利用智能手機、視頻分析軟件等常見設備將抽象概念轉化為動態數據流，使不可見的物理過程獲得可視化驗證，讓學生在實時數據采集中形成對物理規律的具象理解，減輕傳統教學中的想象負擔。

以《原子結構》中電子特性探究為例，教師組織學生用智能手機慢動作攝影功能記錄陰極射線管實驗。學生分組操作教學用示波管，調節安全電壓使電子束在熒光屏形成明亮光斑。當教師手持磁鐵靠近示波管時，學生錄制電子束彎曲偏轉的慢動作視頻。將視頻導入Tracker分析軟件后學生逐幀標記光斑位置，利用軟件自動生成電子運動軌跡曲線。軌跡數據顯示電子束呈拋物線形偏轉，學生選取軌跡上五個等距點進行速度分析。觀察發現電子運動速率保持恒定，運動方向隨磁場作用持續變化。教師引導學生測量軌跡彎曲程度，結合磁場強度參數計算電子所受作用力大小。學生通過運動軌跡曲率與磁場強度的關聯自主歸納帶電粒子在磁場中的偏轉規律。驗證環節采用對照實驗：調節示波管兩極板電壓，學生測量電子束在電場中的豎直偏移距離。將電場偏移數據與磁場偏轉軌跡對比，兩組實驗顯示電子特性測量結果存在 3.4% 差異。教師指導學生討論誤差來源，學生發現軌跡標記存在約2毫米定位偏差是主要因素。該誤差分析過程使學生深入理解實驗測量精度對結論的影響。教學延伸至技術應用場景，教師拆解廢舊示波器展示電子槍結構，學生觀察聚焦電極與偏轉線圈的協同工作機制。通過慢動作拍攝示波器掃描過程，學生建立陰極射線原理與現代顯示技術的認知聯結。當學生觀察到掃描電子束在屏幕形成波形圖案時自然理解電子束偏轉控制是顯示技術的物理基礎。這種從現象觀察到原理歸納的完整鏈條，使抽象的電子運動轉化為可測量、可驗證的認知模型。通過對比磁場與電場中的偏轉特性差異，學生建立起對微觀粒子運動的直觀感知，數字工具成功架設跨越抽象與具象的認知橋梁。

（四）拓展社會化科學議題，培育批判性思維

在體驗式教學過程中，教師應選取貼近生活的技術爭議案例，引導學生基于物理原理開展多維度評估，使知識習得升華為科學價值觀塑造。社會議題的拓展促使學生建立物理規律與現實世界的聯結，在技術效益與潛在風險的權衡中發展系統性思維。學生通過數據對比、成本核算及安全推演形成基于證據的決策能力，這種將物理原理置于社會系統中考量的過程是科學素養的核心構成要件。

在“能源技術”單元教學中，教師可設計“城市供電方案優化”課題。第一階段組織數據對比活動：學生領取任務卡，對比核電站與火電站的運營參數卡片。核電站卡片標注“1個燃料棒供50萬戶家庭1年用電”，火電站卡片注明“相同供電量需消耗300節火車皮煤炭”。學生使用平板電腦的碳排放計算器，輸入數據后自動生成對比柱狀圖：

核電站年排放二氧化碳1萬噸，火電站達150萬噸。第二階段分析安全機制：教師分發“華龍一號”核電站分層解剖模型，學生拼裝壓力容器、安全殼、應急冷卻系統三層結構，通過磁吸裝置模擬事故時防護層閉合過程。當播放事故動畫時，學生用紅藍磁片標記氫氣積聚位置與泄壓閥運作路徑，直觀理解防護缺陷。第三階段開展“濱海市供電規劃”模擬決策會。學生分為能源公司、環保組織、市民代表三方：能源公司組依據電網負荷數據（提供日用電曲線圖），論證核電站穩定供電優勢；環保組分析衛星拍攝的火電站霧霾擴散圖，計算呼吸道疾病增長率；市民組使用風險概率轉盤（標注地震、海嘯發生概率），評估應急預案可行性。教師提供決策矩陣表，要求各方在“供電穩定性”“環境影響”“安全系數”三欄按 1～5 分評分。經過三輪辯論，學生將評分輸入智能白板生成雷達圖，發現核電站綜合得分最高但安全項存在短板。最終各小組設計改進方案：有團隊提出“核電站+ 海岸風電場”的互補架構，用物理模型演示風能補充供電時核反應堆降功率運行流程。這種將技術參數轉化為民生決策的教學方式，使核能認知從抽象概念升華為負責任的價值判斷。

結束語

體驗式教學為高中物理課堂注入了新的活力，它不僅解決了抽象概念教學的難題，還為學生提供了科學探究的真實場景。通過情境創設、實驗重構、技術融合和社會拓展，學生能夠在實踐中深化對物理規律的理解，形成批判性思維和解決問題的能力。未來，教師需持續優化情境設計的真實性、技術工具的支持性、社會議題的時代性，構建螺旋上升的認知發展階梯，讓高中物理課堂成為物理規律的發源地而非傳輸站，使學生獲得伴隨終身的科學探究能力，這正是物理學科育人價值的本質回歸。

參考文獻

[1]馬中大.項目體驗式教學在高中物理課堂中的應用探析[].成才之路，2025(1):61-64.

[2]于永洲.高中物理課堂體驗式教學應用探究[J].中學課程輔導，2024(14):93-95.

[3]黃衛華.高中物理課堂體驗式教學的應用數理化解題研究，2021(33):50-51.

[4]錢霞.體驗式教學在高中物理課堂教學中的應用[].中學物理，2015，33(17):5-6.

[5]邱宗寧.高中物理課堂體驗式教學的應用研究[].語數外學習（數學教育)，2012(6):34.