基于核心素養(yǎng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與思考

摘?要：高中物理課程是普通高中自然科學(xué)領(lǐng)域的一門基礎(chǔ)課程，旨在落實(shí)立德樹人根本任務(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)人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會的發(fā)展。文章以物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，通過增加隨堂物理實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的物理觀念，在顯化科學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生推理的過程中發(fā)展科學(xué)思維，在合作學(xué)習(xí)中體驗(yàn)科學(xué)探究，在規(guī)范實(shí)驗(yàn)流程確保實(shí)驗(yàn)操作安全過程中培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);高中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

一、 引言

普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）在課程性質(zhì)中指出：物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面。作為物理教學(xué)的重要組成部分“物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究性能夠充分充分激發(fā)學(xué)生的物理思維，幫助學(xué)生更好的理解物理知識和概念，通過實(shí)驗(yàn)帶動學(xué)生主動性學(xué)習(xí)意識的發(fā)揮，將核心素養(yǎng)目標(biāo)貫穿于并滲透到實(shí)驗(yàn)教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)和整個(gè)過程中。

二、 為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)：強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體，增強(qiáng)自主意識

在課程改革的背景下，教學(xué)越來越關(guān)注學(xué)生的體驗(yàn)和感受，課堂的主體已經(jīng)從教師轉(zhuǎn)向了學(xué)生，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、合作探究等方式下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。因此，在設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，物理教師也要關(guān)注到學(xué)生的主體性，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)過程中的主體，努力提升學(xué)生的自主意識和創(chuàng)造能力，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量提升。在實(shí)際的教學(xué)里，物理教師可以設(shè)計(jì)更多物理實(shí)驗(yàn)的方法，豐富實(shí)驗(yàn)的多樣性和全面性，讓學(xué)生提升本次實(shí)驗(yàn)的興趣和欲望，從而帶有更高的投入熱情和動力，自主地參與到實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，開拓自己的思維，激發(fā)自己的創(chuàng)造力和自主意識，以此來掌握實(shí)驗(yàn)背后的知識和原理，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

例如，教師在組織學(xué)生實(shí)施高中物理實(shí)驗(yàn)“打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度”的時(shí)候，為了讓學(xué)生提升對本次實(shí)驗(yàn)的興趣，更加積極地投入到本次實(shí)驗(yàn)過程里，教師引導(dǎo)學(xué)生自己去設(shè)計(jì)和拼裝一個(gè)實(shí)驗(yàn)的模型和器材。如，鼓勵(lì)學(xué)生自己設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)所需要用到的小車，根據(jù)自己的愛好，用一些瓶裝工具進(jìn)行手工創(chuàng)造，在這個(gè)過程里，學(xué)生會對本次物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、小車的用途和價(jià)值、探究的物理原理進(jìn)行簡單的了解，在分析了小車的功能之后，制作出合適的小車，以供接下來的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)使用。之后，教師讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和步驟進(jìn)行操作，有效的收集打點(diǎn)計(jì)時(shí)器走出來的軌跡，以此來分析物理的運(yùn)動加速度相關(guān)的知識點(diǎn)，達(dá)到物理學(xué)科教育的目標(biāo)。在此實(shí)驗(yàn)過程中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體并讓學(xué)生自主操作，然后彼此之間可以交流合作，有的學(xué)生操作能力可能弱一些，有的學(xué)生操作性好，那么可以鼓勵(lì)兩者“結(jié)對”，以優(yōu)帶弱，通過這樣的方式，既可以讓所有學(xué)生參與到課堂之中，同時(shí)還可以帶動學(xué)生的參與性，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生更加認(rèn)真、積極的對待本次實(shí)驗(yàn)，發(fā)揮自己的主體性，有效的探究物理知識，滲透核心素養(yǎng)教育。

三、 物理觀念：增加不同形式的課堂實(shí)驗(yàn)?重視實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)性和探究性

新課改目標(biāo)在高中物理實(shí)驗(yàn)課堂當(dāng)中的體現(xiàn)不僅僅強(qiáng)調(diào)學(xué)生的物理知識與技能，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生的情感態(tài)度在實(shí)驗(yàn)過程當(dāng)中的養(yǎng)成，通過實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生對物理的熱愛之情，能夠?yàn)閯?chuàng)設(shè)一個(gè)高效的物理課堂打下基礎(chǔ)，因此，教師應(yīng)當(dāng)通過在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)新課改目標(biāo)，增加隨堂性物理實(shí)驗(yàn)。

例如，在講解《用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測速度》這部分內(nèi)容的時(shí)候，教師可以這樣設(shè)計(jì)教學(xué)活動：“同學(xué)們，前面我們已經(jīng)學(xué)過了瞬時(shí)速度，其實(shí)，瞬時(shí)速度在生活當(dāng)中有非常廣泛的應(yīng)用，例如攝影，攝影就被稱為瞬時(shí)藝術(shù)，高速攝影在繪畫藝術(shù)當(dāng)中也發(fā)揮著重要的作用，接下來讓我們通過一個(gè)視頻來了解一下。”通過這樣的方式教師在引導(dǎo)學(xué)生展開實(shí)驗(yàn)之前，幫助學(xué)生更好地了解瞬時(shí)速度的概念，通過生活實(shí)際來引入瞬時(shí)速度的概念可以激發(fā)學(xué)生對于物理學(xué)習(xí)的興趣，從而帶動學(xué)生在使用過程當(dāng)中情感體驗(yàn)的提升。在這個(gè)基礎(chǔ)之上，教師再繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生：“那么我們應(yīng)該如何計(jì)算實(shí)際運(yùn)動當(dāng)中物體的瞬時(shí)速度呢？許多的實(shí)驗(yàn)器材為我們解決了這個(gè)問題，接下來就請大家觀察一下手中的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，了解一下打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的使用方法和工作原理?！蓖ㄟ^這樣的方式，引導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所需要用到的器材可以為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)打下一個(gè)牢固的基礎(chǔ)，通過引導(dǎo)學(xué)生了解打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的構(gòu)造能夠幫助學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的原理，在這個(gè)基礎(chǔ)之上，教師可以充分給予學(xué)生表達(dá)他們觀點(diǎn)的機(jī)會，有的學(xué)生說：“在使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的過程當(dāng)中，紙帶運(yùn)動時(shí)，計(jì)時(shí)器就會在紙帶上打出一系列的點(diǎn)?！蓖ㄟ^這樣的方式，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程當(dāng)中注重了新課改目標(biāo)，通過學(xué)生情感態(tài)度價(jià)值觀的養(yǎng)成提高了學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)的興趣，進(jìn)一步帶動了學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)體驗(yàn)過程的提升，從而能夠?yàn)榇蛟煲粋€(gè)高效的物理課堂奠定基礎(chǔ)。

四、 科學(xué)思維：顯化科學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生推理

培育高中生科學(xué)思維能力，需要教師教授學(xué)生科學(xué)思維的方法，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究實(shí)施和操作，以此來鍛煉學(xué)生的探究能力和素養(yǎng)。但是，由于初中物理課堂的探究與實(shí)驗(yàn)相對較少，很多學(xué)生剛進(jìn)入到高中階段時(shí)，自身的科學(xué)思維方法和技能比較薄弱，在實(shí)施探究活動過程里，無法采取正確、高效的方法進(jìn)行探究，導(dǎo)致學(xué)生的探究能力無法獲得鍛煉。因而，在進(jìn)行高一教學(xué)過程里，教師需要指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)的探究方法，引導(dǎo)學(xué)生合理的處理探究問題，嘗試多種有效的方法進(jìn)行探究。教師可以通過說明、講解、指導(dǎo)等形式，將科學(xué)思維直觀化，引發(fā)學(xué)生思考和關(guān)注，幫助學(xué)生吸收和掌握科學(xué)思維方法，滲透核心素養(yǎng)。

例如，在教授《自由落體運(yùn)動》時(shí)，新教材中所設(shè)計(jì)的“伽利略的論證”指的就是通過指導(dǎo)學(xué)生科學(xué)的探究方法，幫助學(xué)生對該部分知識點(diǎn)進(jìn)行推理和演繹，因此，教師要對該教材內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的分析，將其運(yùn)用在課堂探究中。

首先，教師可以為學(xué)生提出探究假設(shè)“兩個(gè)物體同時(shí)落下，比較重的物體會比輕的物體下落更快”。在假設(shè)提出之后，教師引導(dǎo)學(xué)生借助推理演繹的方法，來驗(yàn)證問題的真實(shí)性和正確性;其次，教師為學(xué)生準(zhǔn)備了演繹道具，如兩個(gè)同體積不同重量的物體，之后讓學(xué)生自己動手探究兩個(gè)物體在同一高度下下落的時(shí)間，判斷時(shí)間的快慢。學(xué)生通過操作演示的方式進(jìn)行問題探究，駁回了教師所提出的問題假設(shè)，認(rèn)為兩個(gè)物體的下落時(shí)間一致，和物體的重量無關(guān)。

之后教師在提出新的假設(shè)“同一高度下落的兩個(gè)物體，體積大的比體積小的下落更快”等，通過這樣不斷提出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)演繹推理的方式，讓學(xué)生總結(jié)出物體下落的規(guī)律，驗(yàn)證物體下落和什么因素有關(guān)。

通過上述實(shí)驗(yàn)步驟不能看出，主要是引導(dǎo)學(xué)生自行探索和探究，鍛煉學(xué)生的探究能力。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生對于教師和教材的依賴性比較大，往往不愿意進(jìn)行嘗試和探討，所以針對這一問題可以進(jìn)行設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究。本課以“教師提出假設(shè)——學(xué)生論證演繹——師生總結(jié)歸納——教師再提出假設(shè)——學(xué)生再論證演繹——師生再總結(jié)歸納……”的方式授課，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、運(yùn)用“伽利略的論證”方法，慢慢地掌握和吸收演繹推理法，讓學(xué)生在日后的課堂探究活動中，學(xué)會運(yùn)用演繹法探索物理知識，從而逐漸培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。當(dāng)然，教師在教授科學(xué)思維方法時(shí)，也不能一味、過分地強(qiáng)調(diào)方法，讓學(xué)生的思維邏輯受到了限制，教師要讓學(xué)生懂得靈活運(yùn)用探究方法。

五、 科學(xué)探究：倡導(dǎo)合作學(xué)習(xí)，促進(jìn)共同進(jìn)步

高中的物理是一門比較難的科目，實(shí)驗(yàn)的操作雖然有教師在旁邊的監(jiān)督查看，但是畢竟學(xué)生還是挺多的，教師不可能時(shí)時(shí)刻刻都能夠看到每一個(gè)學(xué)生，也就可能會忽略到學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)差錯(cuò)的地方，所以，對于這種情況，教師就可以采用小組合作化的學(xué)習(xí)模式，讓兩名同學(xué)為一組，學(xué)生之間既能夠互相看到對方操作中與之間不一樣的地方，而提出質(zhì)疑，再通過翻找書本或者是詢問同學(xué)再或者是尋找教師來解決，這也就能夠幫助學(xué)生修正操作中的錯(cuò)處，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。

就比如說教師在教授人教版的高中物理實(shí)驗(yàn)中的《描繪小燈泡的伏安特性曲線》這一板塊的內(nèi)容的時(shí)候，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有一個(gè)比較容易被忽略的細(xì)節(jié)，但是這個(gè)細(xì)節(jié)卻也是實(shí)驗(yàn)中不可缺少的部分，那就是在連接了實(shí)驗(yàn)線路但是開關(guān)還處于斷開狀態(tài)的時(shí)候，需要將滑動變阻器滑到使電阻最大的那端，以此達(dá)到在開關(guān)閉合時(shí)，使滑動變阻器這條線路不通的目的，這也是為了保護(hù)線路，避免因?yàn)闊襞萏幫ㄟ^電流過大導(dǎo)致的電路損壞。而對于這個(gè)細(xì)節(jié)，有些學(xué)生可能就沒有注意到，而且在實(shí)驗(yàn)中，因?yàn)閷W(xué)校提供的實(shí)驗(yàn)器材的電壓產(chǎn)生的電流也不大，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中看不到自己的這個(gè)問題。而合作式的實(shí)驗(yàn)就能夠很好地解決這類細(xì)節(jié)上的失誤，幫助學(xué)生能夠更好地改進(jìn)完善，促進(jìn)小組實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的共同進(jìn)步，而在這其中，學(xué)生養(yǎng)成的善于觀察，善于合作的能力也是能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)步。

六、 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：規(guī)范實(shí)驗(yàn)流程，確保實(shí)驗(yàn)操作安全

高中物理實(shí)驗(yàn)具備一定的風(fēng)險(xiǎn)性，在保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性的同時(shí)，確保學(xué)生的人身安全。如果不規(guī)范實(shí)驗(yàn)的流程，一旦發(fā)生實(shí)驗(yàn)事故，會對學(xué)生的身心健康造成很大的影響，不利于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作之前，教師要親身示范實(shí)驗(yàn)的步驟，對于一些危險(xiǎn)性比較大的操作，教師要再三聲明。進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之前，學(xué)生要知道實(shí)驗(yàn)的操作步驟、實(shí)驗(yàn)工具的用法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，要統(tǒng)一聽從教師的指導(dǎo)，才能保障物理實(shí)驗(yàn)課堂的安全性。在高中物理實(shí)驗(yàn)中，風(fēng)險(xiǎn)性最大的實(shí)驗(yàn)就是涉及“電路”的相關(guān)內(nèi)容，一旦操作不當(dāng)，容易產(chǎn)生漏電、碰電的風(fēng)險(xiǎn)，不僅造成實(shí)驗(yàn)操作失敗，還會傷及學(xué)生的人身安全。

進(jìn)行實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”教學(xué)時(shí)，需要接通電源，一旦發(fā)生漏電事故，后果不堪設(shè)想。因此，老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，要不斷規(guī)范實(shí)驗(yàn)的流程和步驟，反復(fù)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作的安全。由于摩擦和空氣阻力的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總是存在一定的誤差，實(shí)驗(yàn)不需要測重物的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)具備的風(fēng)險(xiǎn)性也比較小。由于要接通電源，學(xué)生在操作的過程中要注意規(guī)范用電，必須先接通電源，等打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作之后才能放紙帶。如果不按照操作的步驟來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可能會出現(xiàn)漏電的風(fēng)險(xiǎn)。在高中物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，有許多實(shí)驗(yàn)是要接觸到電能的，如果不規(guī)范實(shí)驗(yàn)的操作流程，容易出現(xiàn)事故，不利于學(xué)生的身心安全。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)里一個(gè)重要的內(nèi)容，在課程改革的背景下，教師要關(guān)注到實(shí)驗(yàn)的趣味性、學(xué)生的主體性、學(xué)生的綜合發(fā)展，以此來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略，培育學(xué)生核心素養(yǎng)，提升高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，促進(jìn)物理學(xué)科長遠(yuǎn)發(fā)展。

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作者簡介：

任厚寶，浙江省杭州市，浙江省杭州市富陽區(qū)實(shí)驗(yàn)中學(xué)。