創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)

陳麗琴

摘 要：本文概述了物理學(xué)科核心素養(yǎng)視域下通過(guò)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，提高教學(xué)有效性，落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。教師通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、自制教具、模擬實(shí)驗(yàn)及引導(dǎo)學(xué)生自創(chuàng)實(shí)驗(yàn)等途徑，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，幫助學(xué)生形成物理觀(guān)念、增強(qiáng)科學(xué)探究能力、發(fā)展科學(xué)態(tài)度與責(zé)任、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)；教學(xué)；創(chuàng)新；物理學(xué)科核心素養(yǎng)

引言

2017年修訂的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出“物理學(xué)是基于觀(guān)察與實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過(guò)科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系”[ 1 ]，充分肯定了物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)乃至物理學(xué)中的重要作用。在物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)不僅可以使學(xué)生形象地認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，理解物理規(guī)律，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且有助于提高學(xué)生觀(guān)察、探索、思維和實(shí)踐等能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，許多教師受制于實(shí)驗(yàn)器材不便或不足，往往局限于教材的實(shí)驗(yàn)操作，無(wú)法有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究意愿，導(dǎo)致物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不夠理想。因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)高中物理課程 “旨在落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)的人類(lèi)科學(xué)事業(yè)的傳承與社會(huì)的發(fā)展” [ 1 ]的目標(biāo)。

提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性，提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)，需要不斷創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)利用物理實(shí)驗(yàn)資源，實(shí)現(xiàn)課程 “引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程，體會(huì)科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力” [ 1 ]目標(biāo)。創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)圍繞發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，形成和發(fā)展學(xué)生物理觀(guān)念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。在具體的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，可以從以下途徑創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，設(shè)置問(wèn)題情境，形成物理觀(guān)念

物理觀(guān)念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華[ 1 ]，是對(duì)物理現(xiàn)象規(guī)律的理論認(rèn)識(shí)，具有抽象化、不容易理解和掌握的特點(diǎn)。如果按照常規(guī)教學(xué)方法，直接介紹物理概念和規(guī)律，學(xué)生不明就里，聽(tīng)得稀里糊涂，死記硬背，喪失學(xué)習(xí)興趣，難以達(dá)到形成物理觀(guān)念和培養(yǎng)科學(xué)思維的目的。教師通過(guò)創(chuàng)新.設(shè)計(jì)富有生活氣息和切合學(xué)生實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)，吸引學(xué)生，激發(fā)疑問(wèn)，教師因勢(shì)誘導(dǎo)，把學(xué)生心里的問(wèn)題進(jìn)一步深化，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，結(jié)合學(xué)生思考回答，在潛移默化之中，把深?yuàn)W難懂的物理理論深入淺出，以直觀(guān)形象的方式展開(kāi)，便于學(xué)生理解。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀(guān)察和積極的思考探究中，不再是物理概念和規(guī)律被動(dòng)的接受者，而是物理概念和規(guī)律的主動(dòng)獲得者。他們感受到了學(xué)習(xí)的樂(lè)趣和思考探究的快樂(lè)。教師不僅有效地達(dá)成了物理知識(shí)的講授，更主要是培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

以“自由落體運(yùn)動(dòng)”教學(xué)為例，教師先請(qǐng)幾個(gè)學(xué)生做“手指夾百元大鈔”游戲，結(jié)果沒(méi)有一個(gè)學(xué)生夾到，學(xué)生當(dāng)時(shí)就很好奇，眼看快夾住的錢(qián)為什么夾不到呢？然后順?biāo)浦郏菏遣皇谴蠹业姆磻?yīng)慢呢？接著把全班學(xué)生每?jī)扇朔殖梢唤M，每組分發(fā)一把量程為30cm的尺子，讓他們相互測(cè)量自己的反應(yīng)時(shí)間。在科技高速發(fā)展的今天，很多行業(yè)都需要反應(yīng)敏捷的人，學(xué)生頓時(shí)有了興趣，連平時(shí)不聽(tīng)課的學(xué)生也認(rèn)真起來(lái)，有想進(jìn)一步探究的欲望，課堂效果非常好。通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生切身體會(huì)運(yùn)動(dòng)的快慢，進(jìn)一步加深運(yùn)動(dòng)觀(guān)念，對(duì)后面探究自由落體規(guī)律起了很好的鋪墊，有效地落實(shí)物理觀(guān)念的核心要素。

物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象本身具有生動(dòng)、新奇、形象等特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生有極大的吸引力，容易引起學(xué)生的注意，可以使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣。教師如果在課堂上做一些新奇、有趣的實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，能使課堂教學(xué)產(chǎn)生巨大的吸引力，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，積極思考，形成物理觀(guān)念。

2 自制教具，解決疑難問(wèn)題，增強(qiáng)科學(xué)探究能力

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀(guān)察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題，收集選擇有用信息，結(jié)合物理概念和規(guī)律，基于證據(jù)和邏輯對(duì)問(wèn)題作出合理解釋?zhuān)瑴?zhǔn)確表述問(wèn)題，以及提高對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。這一過(guò)程可以不斷地增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

以“力的合成”一課“討論與交流”為例，通常會(huì)用數(shù)學(xué)知識(shí)（余弦定理）來(lái)分析，得出結(jié)論：合力的大小隨兩個(gè)分力（大小不變）夾角的增大而減小。很多數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生聽(tīng)到運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)來(lái)解決物理問(wèn)題頭就疼。筆者當(dāng)時(shí)就設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，更直觀(guān)地展示這個(gè)結(jié)論。設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的靈感來(lái)源于 “力的合成演示器”（如圖1所示），改進(jìn)這個(gè)演示器的使用方法能夠有效地展示兩個(gè)分力大小不變時(shí)合力大小與夾角大小的變化關(guān)系（如圖2所示），實(shí)驗(yàn)操作具體如下：

把兩個(gè)定滑輪固定在木板上，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，繩的兩端掛鉤碼。（1）在繩的兩端分別掛三個(gè)、四個(gè)鉤碼，用彈簧稱(chēng)拉住結(jié)點(diǎn)，緩慢下移。（2）結(jié)點(diǎn)在下移過(guò)程中，使其在不同的位置靜止一會(huì)兒，讓學(xué)生觀(guān)察細(xì)繩夾角的變化、彈簧稱(chēng)讀數(shù)的變化。比較數(shù)據(jù)就可得出合力的大小隨兩個(gè)分力（大小不變）夾角的增大而減小的變化關(guān)系。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材實(shí)驗(yàn)室可找到，操作也簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，教學(xué)效果良好。教師如果多設(shè)計(jì)演示自制實(shí)驗(yàn)，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決學(xué)生學(xué)習(xí)疑難點(diǎn)，而且增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究能力，在實(shí)驗(yàn)中觀(guān)察和思考，積極探究，合作交流，把具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)推理和科學(xué)論證，得出結(jié)論。

3 創(chuàng)新模擬實(shí)驗(yàn)，端正科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，把物理知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活中，讓學(xué)生感到學(xué)以致用，形成對(duì)科學(xué)技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感。

以“光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用”教學(xué)為例，如果教師直接講授光導(dǎo)纖維的內(nèi)容，學(xué)生只知道結(jié)論，無(wú)法提起上課的興趣，思維無(wú)法展開(kāi)，更談不上學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。但教師通過(guò)精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用光照射從礦泉水瓶和彎曲的吸管流出的水產(chǎn)生的現(xiàn)象，模擬“丁達(dá)爾實(shí)驗(yàn)”。教師利用生活中的廢舊材料，創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，首先在礦泉水瓶下端的側(cè)壁開(kāi)一小孔，插入一小段彎曲的吸管，并用膠粘好。瓶?jī)?nèi)裝滿(mǎn)清水后，一股水流便從吸管中射出。把激光筆對(duì)準(zhǔn)礦泉水瓶下端的吸管小孔發(fā)光，然后用手指擋在彎曲吸管另一端的水柱時(shí)，手指上出現(xiàn)了明亮的紅斑。

學(xué)生在興致勃勃的觀(guān)察了新的物理實(shí)驗(yàn)，看到光線(xiàn)居然從彎曲的流著水的吸管中出來(lái)，立即產(chǎn)生疑問(wèn)：光線(xiàn)不是直線(xiàn)傳播嗎？為什么手指處會(huì)有紅斑呢？激光筆的光束為什么會(huì)沿著彎曲的水柱傳播呢？由此誘發(fā)學(xué)生的探究欲望，集中學(xué)生的注意力。進(jìn)而再探討其原理，學(xué)生會(huì)不由自主地聯(lián)想到前面學(xué)過(guò)的光的全反射原理。然后趁熱打鐵提出：光沿著彎曲的水柱傳播這個(gè)現(xiàn)象在實(shí)際中能有什么作用？進(jìn)而展開(kāi)光纖應(yīng)用的教學(xué)，強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的正確態(tài)度和造福人類(lèi)的責(zé)任感。

4 引導(dǎo)學(xué)生自創(chuàng)實(shí)驗(yàn)，提升科學(xué)思維能力

物理實(shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探索性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為了證明物理概念和物理規(guī)律的準(zhǔn)確性，一方面有利于課堂教學(xué)，幫助學(xué)生理解和掌握知識(shí)，另一方面不利于發(fā)揮學(xué)生主體性和創(chuàng)造性，不利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法和態(tài)度，也不利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探索物理規(guī)律的實(shí)踐能力。而探索性實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生根據(jù)問(wèn)題自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，主動(dòng)探究問(wèn)題獲取知識(shí)的過(guò)程。它有利于學(xué)生形成獨(dú)立思考意識(shí)、主動(dòng)探究能力和實(shí)踐能力，獲得物理實(shí)驗(yàn)研究的方法，為進(jìn)一步創(chuàng)造、創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。因此在教學(xué)中教師可以通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生思考不同實(shí)驗(yàn)方案，引導(dǎo)學(xué)生把驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿餍缘膶?shí)驗(yàn)。師生互動(dòng)或生生互助，制作創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)器材演示，實(shí)現(xiàn)學(xué)生成就感和價(jià)值感。教師也可以把作業(yè)作為出發(fā)點(diǎn)，布置學(xué)生自己設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)。

以“重力與重心”教學(xué)為例，教師布置影響穩(wěn)度大小因素課后作業(yè)，啟發(fā)學(xué)生用控制變量法設(shè)計(jì)一種演示器，利用控制變量法進(jìn)行探究此結(jié)論。一位學(xué)生設(shè)計(jì)了利用胡蘿卜和膠水瓶蓋子制作實(shí)驗(yàn)：（1）膠水瓶蓋子上插一根插著半根胡蘿卜的細(xì)長(zhǎng)竹簽，當(dāng)把胡蘿卜下移到瓶口附近，器材較穩(wěn)定，要它傾倒不太容易。如果把胡蘿卜移到竹簽的頂部，它就很不穩(wěn)定，一碰就要跌倒，因此得出結(jié)論：支持面不變時(shí)，重心越高，穩(wěn)度就越差。（2）把胡蘿卜移到竹簽的頂部，器材一推就倒。用一塊底面較大的中間挖一小孔的泡沫薄塑料上插入器材，這時(shí)瓶子的底面積增加，瓶子不容易倒。因此得出結(jié)論：重心高度不變時(shí)，支持面越大，穩(wěn)度就越好。這個(gè)課后探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生要思考用控制變量法做到如何控制支持面不變改變重心；重心不變改變支持面；選用什么材料容易做到等問(wèn)題。這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，而且還提升學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

5 結(jié)束語(yǔ)

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中具有十分重要的作用。作為一名物理教師，應(yīng)該把實(shí)驗(yàn)帶入物理課堂，有效地為物理教學(xué)服務(wù)，使學(xué)生形成的物理觀(guān)念和科學(xué)思維便于分析和解決問(wèn)題，提高探究能力，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。只有加強(qiáng)自身的素養(yǎng)，不斷實(shí)踐，才能讓實(shí)驗(yàn)更好地為教學(xué)服務(wù)，才能有效地發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)[ 1 ]。實(shí)踐的路還很長(zhǎng)，需要我們不斷地探究，當(dāng)我們用心去領(lǐng)悟、用汗水去實(shí)踐后，收獲自然會(huì)是豐碩的。

創(chuàng)新，永遠(yuǎn)在路上。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.