高中物理實驗復(fù)習(xí)滲透核心素養(yǎng)之科學(xué)探究

陳石鑫

要在學(xué)科教學(xué)中落實立德樹人的根本任務(wù)，就要具體化為各學(xué)段各學(xué)科的核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展的核心能力和品質(zhì)。就高中物理來說，其核心素養(yǎng)主要有四個維度，包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。課堂教學(xué)是教育的主陣地，如何在課堂教學(xué)中落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)就顯得尤為重要。

一、何謂核心素養(yǎng)之科學(xué)探究

核心素養(yǎng)之科學(xué)探究，它的內(nèi)涵是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思、創(chuàng)新的能力。

科學(xué)探究這一核心素養(yǎng)在物理實驗中最能體現(xiàn)，培養(yǎng)方法就是在物理實驗教學(xué)或物理實驗的指導(dǎo)中進(jìn)行多維度的滲透，在高三復(fù)習(xí)階段的高中物理實驗復(fù)習(xí)更具有綜合性和針對性。在高考中科學(xué)探究這一核心素養(yǎng)的評價和考查也是顯得非常直接，在每年的高考中都提出了相當(dāng)明確的要求，如2019年的全國統(tǒng)一考試大綱中，明確學(xué)科素養(yǎng)為必考內(nèi)容之一。

作為教師，我們應(yīng)該提高對核心素養(yǎng)的認(rèn)識和重視，引領(lǐng)學(xué)生在這一方面的發(fā)展，在實施操作過程中，教師要樹立以人為本理念，把身心健康放在首要目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的能力;教學(xué)編排過程要重視實驗教學(xué)，引導(dǎo)科技創(chuàng)新，培養(yǎng)實踐能力和科學(xué)精神，特別是物理教師，更應(yīng)懂得實驗是物理學(xué)的主線;要重視問題設(shè)置，通過問題解決提升思維品質(zhì)，高考考綱有明確要由以前的“解題”轉(zhuǎn)移到“解決問題”上來;教學(xué)過程中要在情境創(chuàng)設(shè)上動腦筋，要在知識建構(gòu)的過程中下工夫。

二、滲透科學(xué)探究的方法

（一）高考十二個必考實驗，回歸經(jīng)典

十二個必考實驗整體把握了高中物理的基本知識結(jié)構(gòu)框架。如勻變速直線運動的研究，這是基本的直線運動規(guī)律與實驗結(jié)合的問題;測定金屬的電阻率是部分電路歐姆定律與實驗的結(jié)合問題。通過實驗的復(fù)習(xí)得到實驗與知識技能的相互聯(lián)通。

十二個必考實驗也包括了實驗的基本方法，對基本實驗儀器的使用也很全面。如控制變量法在驗證牛頓運動定律的應(yīng)用，還可以再作遷移應(yīng)用，如在探究電磁感應(yīng)定律的知識層面，可以探究感應(yīng)電動勢Δ和Δt與E的關(guān)系，這里就可以控制Δ不變，研究E與Δt的關(guān)系，進(jìn)而得到法拉弟電磁感應(yīng)定律E∝Δ/Δt。

基本儀器的使用包括了刻度尺、彈簧測力計、打點計時器、光電計時器、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、電流表、電壓表、多用電表、電阻箱等十多種，這些實驗儀器的認(rèn)識和使用對于豐富學(xué)生的認(rèn)識和擴(kuò)展學(xué)生實驗手段都大有好處;對于這些實驗儀器的復(fù)習(xí)，我們要讓學(xué)生進(jìn)行實踐操作，規(guī)范使用。

要在回歸經(jīng)典中把握基本實驗原理和方法，并提取出物理實驗的基本要素，包括提出問題，現(xiàn)有理論指導(dǎo)，實驗設(shè)計，儀器的使用，實驗過程與數(shù)據(jù)的提取，評價和創(chuàng)新。

（二）由“解題”走向“解決問題”的變遷

我們發(fā)現(xiàn)，近幾年來，高考物理實驗考題已經(jīng)不只是以十二個必考實驗為題，而是出現(xiàn)了更加開放性的問題，如“利用裝置測量兩物體之間的動摩擦因素”“根據(jù)以下裝置回答下列問題”。題目已經(jīng)設(shè)好了問題，我們要根據(jù)最終的問題不斷提出解決問題的方法，如要測量“動摩擦因素”，這是問題，根據(jù)現(xiàn)有理論，f=μFN，我們必須要找到正壓力和滑動摩擦力，這要求我們進(jìn)一步的實驗設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生要創(chuàng)設(shè)物理情景，f和FN怎么測量出來？學(xué)生自己提出問題。如把物體放在水平面上運動，F(xiàn)N可以簡化為與重力相平衡的模型;關(guān)鍵是f怎么求？滑動摩擦力f必須在物體的運動中進(jìn)行測量。這相對來說是一個難題，也是一個更加開放性的題目，在復(fù)習(xí)過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生把物理規(guī)律進(jìn)行實踐應(yīng)用。根據(jù)物理規(guī)律設(shè)計相應(yīng)的方案進(jìn)行測量，簡單的來說有三種方案進(jìn)行測量：

1.利用“力和運動”中勻速直線運動中的受力平衡的規(guī)律設(shè)計實驗;

2.利用勻變速直線運動中的牛頓第二定律設(shè)計實驗;

3.利用直線運動中的功能關(guān)系設(shè)計實驗。

這就是一個很好的解決問題的實例展示，讓學(xué)習(xí)不只是刻板的解題，而是綜合素養(yǎng)的提升。

（三）做好拆分與整合的靈活應(yīng)用

拆分與整合是我們做實驗的必經(jīng)之路，是解決物理問題的基本方法，也是高考考綱的要求，考綱中有“能夠把一個復(fù)雜問題分解為若干較簡單的問題，找出它們之間的聯(lián)系”這樣的表達(dá)。在物理實驗中的拆分與整合，包括要拆分好完成實驗需要測量哪些物理量，分別要用到什么測量工具，如何規(guī)范使用工具，包括正確讀取數(shù)據(jù);整合是應(yīng)用物理規(guī)律進(jìn)行整合，如閉合回路歐姆定律、牛頓第二定律等。在測量電源電動勢和內(nèi)阻的有關(guān)實驗中，應(yīng)拆分為測量流過電源的電流和外電路的電壓兩個物理量，電流和電壓測量或者獲得的方法可有多種。如直接測量、用電壓表和電阻箱并聯(lián)當(dāng)電流表使用、用電流表和電阻箱串聯(lián)當(dāng)電壓表使用。測量出電流和電壓之后，關(guān)鍵在整合，整合就用閉合回路的歐姆定律，把各個串聯(lián)部分的電壓相加，在數(shù)值上等于電源電動勢。

（四）數(shù)據(jù)處理與分析論證

數(shù)據(jù)處理，是在現(xiàn)有規(guī)律整合后的進(jìn)一步數(shù)學(xué)處理，可以是數(shù)學(xué)公式法，也可以是圖像法，得出相應(yīng)物理量之間的關(guān)系后要進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠懻摵涂偨Y(jié)，討論實驗設(shè)計的合理性、如何控制實驗條件、實驗工具的活用，也可以討論實驗方法上的創(chuàng)新應(yīng)用，這些都會對學(xué)生科學(xué)探究的培養(yǎng)有很大的幫助。如在用半偏法測電流表內(nèi)阻的實驗中，實驗電路圖如下所示：

教師可以創(chuàng)設(shè)兩套不同的器材讓兩組學(xué)生測同一電流表的內(nèi)阻，然后對比實驗結(jié)果，會發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果不一樣。這時我們要引導(dǎo)學(xué)生論證實驗結(jié)果的合理性，并掌握正確控制實驗條件。只有當(dāng)R遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流表內(nèi)阻時，總電流才可認(rèn)為不變，實驗才可進(jìn)行。還可創(chuàng)設(shè)以下情境：當(dāng)電流表滿偏時電阻R沒有遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流表的內(nèi)阻，這時該怎么辦？要R阻值變大，則電流表的電流會變小，不能滿偏，其實這種還是可以進(jìn)行實驗的。這時我們要分析實驗的原理是應(yīng)用并聯(lián)電路的特點進(jìn)行求解電流表的內(nèi)阻。先滿偏，后半偏時電阻認(rèn)為電流表內(nèi)阻與電阻箱阻值相等;如果電流表不能滿偏，為某一數(shù)值，我們可以調(diào)節(jié)電阻箱的阻值，讓開關(guān)S2閉合后，電流表的數(shù)值只有原來的三分之二，說明還有三分之一的電流會在電阻箱那里通過，由并聯(lián)電路的特點，可知電流表內(nèi)阻只有電阻箱阻值的一半。

（五）落實實踐操作

實踐操作是實驗復(fù)習(xí)效果最好的方式，可以讓學(xué)生在實踐操作中真正體會到實驗過程中可能出現(xiàn)的問題，把理論應(yīng)用與實踐，體會實驗條件的重要性，實驗方法的歸類總結(jié)和活用。在實踐操作課上，教師可以創(chuàng)設(shè)情景讓學(xué)生模擬、討論，也可以是實驗方法的體會，如把微安表進(jìn)行改裝成電流表或電壓表，再與現(xiàn)成的電流表或電壓表進(jìn)行應(yīng)用對比，這一對比很重要，能讓學(xué)生體會實踐的成功喜悅;通過實驗歸納模型，如用半偏法測電壓表的內(nèi)阻實驗中，要求電壓表和電阻箱串聯(lián)部分的總電壓不變，這就要求創(chuàng)新一個穩(wěn)壓電路，可以用滑動變阻器的分壓接法創(chuàng)設(shè)。