核心素養(yǎng)視域下高中物理實(shí)驗(yàn)探究教與學(xué)的策略

羅翀 姜明姬

摘 ? 要：實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)是高中物理教學(xué)的重要組成部分，“探究性實(shí)驗(yàn)”是高中新課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的“科學(xué)探究”中很重要的部分，也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主要途徑，高中物理教師應(yīng)將培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的理念貫穿到整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的教與學(xué)過(guò)程中，通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。本文重點(diǎn)研究基于核心素養(yǎng)的高中物理實(shí)驗(yàn)探究教與學(xué)的策略。

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

高中物理的核心素養(yǎng)是學(xué)生適應(yīng)個(gè)人終身學(xué)習(xí)的社會(huì)發(fā)展需要的基礎(chǔ)知識(shí)、關(guān)鍵能力和科學(xué)態(tài)度等方面的表現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)集中體現(xiàn)的帶有物理特征的品質(zhì)，主要有“物理觀念與應(yīng)用”“科學(xué)思維與創(chuàng)新”“科學(xué)探究與思維”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)維度構(gòu)成[ 1 ]。實(shí)驗(yàn)探究是指在學(xué)生不知道相關(guān)知識(shí)，尤其是不知道各物理量之間關(guān)系的前提下，由教師引導(dǎo)和配合[ 2 ]，再讓學(xué)生圍繞某個(gè)問(wèn)題通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、分析綜合、得出結(jié)論并對(duì)結(jié)果進(jìn)行交流的一種科學(xué)探究形式。在此過(guò)程中，學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，從定性或定量的角度去找出內(nèi)在的聯(lián)系，并進(jìn)行歸納和總結(jié)，從而得出正確結(jié)論，形成物理概念，掌握物理知識(shí)和規(guī)律。這樣的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力[ 2 ]、動(dòng)手實(shí)踐能力、科學(xué)探究精神等都具有重要作用，是提高學(xué)生科學(xué)探究和科學(xué)思維能力的有效途徑。

1 ?通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究幫助學(xué)生形成物理觀念，并能用其解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的策略

物理觀念是指概念以及規(guī)律在腦海中得到升華和提煉。高中物理知識(shí)比較抽象，難于理解，對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力要求比較高，教師若不注重教學(xué)方法，一味進(jìn)行理論灌輸，則會(huì)加重抽象物理知識(shí)教學(xué)的枯燥性，導(dǎo)致學(xué)生逐漸失去學(xué)習(xí)積極性和好奇心。因此在高中物理教學(xué)中，教師要明確以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)模式，重視實(shí)驗(yàn)探究，善于結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)有趣的探究性實(shí)驗(yàn)，并想方設(shè)法引導(dǎo)學(xué)生積極參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，讓學(xué)生在探究過(guò)程中理解物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)過(guò)程，探究的思想方法等，以實(shí)現(xiàn)自身的理解消化，促進(jìn)物理觀念的形成，構(gòu)建物理知識(shí)體系。 例如教師在進(jìn)行“自由落體運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)時(shí)，可通過(guò)讓學(xué)生觀察以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論的方法進(jìn)行科學(xué)探究，自己得出“自由落體運(yùn)動(dòng)”的概念：

實(shí)驗(yàn)1：讓一枚硬幣和一張展開的紙從同一高度，同時(shí)由靜止開始下落。

實(shí)驗(yàn)2：用一張紙裁成一模一樣的兩半張，其中半張捏成團(tuán)，讓展開的紙和紙團(tuán)同時(shí)從同一高度由靜止開始下落。

實(shí)驗(yàn)3：讓紙團(tuán)和硬幣同時(shí)從同一高度由靜止開始下落。

實(shí)驗(yàn)4：觀察有空氣“牛頓管”中羽毛、鐵片等質(zhì)量不同的物體同時(shí)由靜止開始下落的情況，再對(duì)“牛頓管”抽氣至接近真空，觀察幾乎無(wú)空氣阻力時(shí)羽毛、鐵片等質(zhì)量不同的物體同時(shí)由靜止開始下落的情況。

通過(guò)以上幾個(gè)現(xiàn)象的對(duì)比讓學(xué)生的思維產(chǎn)生碰撞，引發(fā)學(xué)生的思考，將學(xué)生的思維活動(dòng)推向高峰，教師再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析、比較和抽象，從而得出自由落體運(yùn)動(dòng)的概念和規(guī)律。

通過(guò)這種學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)探究的方式進(jìn)行教與學(xué)，學(xué)生不僅印象深刻，還能引發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，加深對(duì)概念的理解，也能更好的用于解釋一些相關(guān)的生活現(xiàn)象。

又如教師在進(jìn)行“光的全反射”一課的教學(xué)時(shí)，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究并引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出全反射現(xiàn)象、全反射的條件、臨界角等幾個(gè)物理概念規(guī)律。

像這樣在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，不斷設(shè)計(jì)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生深入剖析，探究知識(shí)背后的規(guī)律本質(zhì)，進(jìn)而形成屬于自己的物理觀念，逐步從知識(shí)表層深化到知識(shí)內(nèi)涵，并學(xué)會(huì)用其解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題，從而促進(jìn)思維品質(zhì)發(fā)展，真正提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2 ?通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究培育學(xué)生的科學(xué)思維與創(chuàng)新能力的策略

在物理實(shí)驗(yàn)探究課上，教師要注重科學(xué)思維的培育，要讓高中生明白，物理知識(shí)的學(xué)習(xí)，本就是要伴隨著質(zhì)疑和探索，教師在實(shí)驗(yàn)探究課上的引導(dǎo)，幫助高中生形成質(zhì)疑和探索的精神，通過(guò)設(shè)置一系列逐層遞進(jìn)的探究性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究并深入思考，在分析和解決問(wèn)題的過(guò)程中鍛煉學(xué)生思維能力，促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)思維，提高創(chuàng)新能力。物理實(shí)驗(yàn)探究課上教師要給學(xué)生自主思考以及探究的機(jī)會(huì)，幫助他們實(shí)現(xiàn)更加高效地學(xué)習(xí)和科學(xué)思維能力的提升。例如：在“探究靜摩擦力大小的變化”時(shí)，教師可以提供給學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材，然后引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，如圖1所示，并讓學(xué)生思考：（1）彈簧測(cè)力計(jì)如何拉木塊？（2）如何改變木塊對(duì)接觸面的壓力大?。恳龑?dǎo)學(xué)生得出結(jié)論后再讓學(xué)生分組探究，并讓學(xué)生探究以下問(wèn)題：①靜摩擦力大小隨拉力怎么變化？②當(dāng)拉力增大到木塊開始沿接觸面滑動(dòng)時(shí)，靜摩擦力達(dá)到什么值？③最大靜摩擦力隨兩物體間壓力大小怎么變化？引導(dǎo)學(xué)生層層遞進(jìn)思考，了解科學(xué)探究的方法和過(guò)程，自己得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與創(chuàng)新能力。

教師還應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行合理引導(dǎo)，通過(guò)以問(wèn)促教的方式，利用情境提問(wèn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生自主探究。例如在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)過(guò)程中，可以用以下程序進(jìn)行教學(xué)：⑴創(chuàng)設(shè)好相關(guān)情境，讓學(xué)生親自體驗(yàn)：①稍微用力可以改變滾動(dòng)狀態(tài)下乒乓球的軌跡;②使用相同大小的力作用于滾動(dòng)的籃球，觀察其運(yùn)動(dòng)方向;③到教室外讓學(xué)生推一輛空的三輪車，能夠很容易推動(dòng)，④當(dāng)三輪車上載滿貨物后，使用同樣大小的力卻很難推動(dòng)。⑵然后提出問(wèn)題：加速度和物體質(zhì)量之間的關(guān)系？⑶教師再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想，交流討論，讓學(xué)生提出不同的觀點(diǎn)：①加速度和力成正比，力越大，加速度越大;②加速度和質(zhì)量成反比，力大小一定時(shí)，質(zhì)量越大，加速度越小。⑷讓學(xué)生根據(jù)自己的觀點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并自己去探究結(jié)果。⑸在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置中存在較大摩擦力，可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，要求學(xué)生相互討論，自己處理好摩擦力的問(wèn)題，讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確。為使學(xué)生更加深入理解物理現(xiàn)象，教師可以要求學(xué)生自己制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，最后自己進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、得出結(jié)論和誤差分析等。這種教與學(xué)過(guò)程不僅關(guān)注推理結(jié)論，更重視推理過(guò)程，從而達(dá)到有效培育學(xué)生的科學(xué)思維與創(chuàng)新能力的目的。

3 ?通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與思維能力的策略

實(shí)驗(yàn)探究是如今在物理實(shí)驗(yàn)課上比較常用的一種模式，可以改變以往高中生的學(xué)習(xí)模式，突出高中生在物理實(shí)驗(yàn)課上的主體性。教師要接受這樣的理念，在物理實(shí)驗(yàn)課的開展中，切實(shí)將這個(gè)理念體現(xiàn)在實(shí)際教學(xué)中，然后在物理實(shí)驗(yàn)課上促進(jìn)高中生探究能力的提升。

科學(xué)探究的基本過(guò)程有七個(gè)要素，有固定的步驟和流程，但受限于實(shí)驗(yàn)課時(shí)間和各種物理實(shí)驗(yàn)的特殊性質(zhì)，使得學(xué)生往往不能充分體驗(yàn)到每個(gè)實(shí)驗(yàn)探究中的每個(gè)探究要素，為了提高高中物理實(shí)驗(yàn)探究課堂教學(xué)效率和效果，教師就要合理安排好實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，結(jié)合實(shí)驗(yàn)性質(zhì)就學(xué)生某一探究要素進(jìn)行重點(diǎn)培養(yǎng)，如“提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、交流合作、分析論證”等能力，從而真正達(dá)到在學(xué)到知識(shí)的同時(shí)不斷提高學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。

例如教師在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中可以不斷創(chuàng)設(shè)一些貼近學(xué)生生活的問(wèn)題情景，讓學(xué)生結(jié)合探究過(guò)程觀察到的現(xiàn)象發(fā)表自己的看法，大膽提出問(wèn)題，與他人交流討論。如在上“力的分解”時(shí)，為了探究“合力大小一定，隨著兩分力的夾角的增大，分力大小怎么變時(shí)”，可以先設(shè)計(jì)“汽車不小心陷入泥潭，能有什么方法可能憑一個(gè)人的力量將汽車?yán)瞿嗵?？”“為什么橋都?huì)有長(zhǎng)長(zhǎng)的引橋”等問(wèn)題，讓學(xué)生一起交流探討，從而培養(yǎng)學(xué)生提問(wèn)和交流合作能力、解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維能力，從而提高學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。

因此物理實(shí)驗(yàn)課上要多加入一些探究性實(shí)驗(yàn)，如今物理教材中也有很多“實(shí)驗(yàn)與探究”“迷你實(shí)驗(yàn)室”等，教師要充分利用教材，在物理實(shí)驗(yàn)課上引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合書上給出的情境，展開探究實(shí)驗(yàn)的自主設(shè)計(jì)以及實(shí)踐，結(jié)合科學(xué)探究的規(guī)律和步驟，學(xué)會(huì)用控制變量法、圖象法等諸多的方法進(jìn)行探究，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的，得到準(zhǔn)確的結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)探究的目標(biāo)。

4 ?通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究以及實(shí)驗(yàn)反思培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的策略

所謂的“科學(xué)態(tài)度”涵蓋了舊課標(biāo)三維目標(biāo)中“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”的含義，包括學(xué)習(xí)興趣、求真精神和團(tuán)隊(duì)作風(fēng)等，是物理新課程的重要目標(biāo)。因此教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)時(shí)，要想辦法激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣，并在教與學(xué)的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的求真精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。例如在“探究超重和失重現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師可以給每個(gè)小組的學(xué)生都準(zhǔn)備一個(gè)比較重的鉤碼和一條細(xì)的紙帶，讓學(xué)生用紙帶豎直拉著，保持靜止時(shí)紙帶不斷，加速向上拉，結(jié)果紙帶斷了，從而引發(fā)學(xué)生的好奇心：紙帶為什么會(huì)斷？然后讓他們?cè)儆孟嗤募垘г囋噭蛩偕侠?、下拉或者加速下拉是否紙帶也?huì)斷，并思考為什么。這樣的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易操作，又生動(dòng)形象，既激發(fā)了學(xué)生的興趣，給他們留下了深刻的印象，又啟發(fā)著學(xué)生去思考和探索客觀世界，培養(yǎng)了他們的求真精神。也可以將體重計(jì)搬到教室里，讓學(xué)生下蹲和起立并觀察體重計(jì)的示數(shù)變化來(lái)體驗(yàn)超重和失重;還可以帶領(lǐng)學(xué)生將臺(tái)秤和要測(cè)量的物體搬到電梯里，在電梯的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中觀察并記錄臺(tái)秤的示數(shù)變化來(lái)分析超重和失重。采用這樣生活化的實(shí)驗(yàn)器材，結(jié)合生活中的物理現(xiàn)象設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)探究與生活緊密相連，可以讓學(xué)生在理解物理知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和正確的科學(xué)責(zé)任感。

同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)后，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反思，通過(guò)回顧實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)自身探究中存在的問(wèn)題，在總結(jié)和反思過(guò)程中加深對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的理解。例如在進(jìn)行“探究機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生容易忽略接通電源前要保持手不動(dòng)，并讓提起的紙帶保持豎直;也容易忽略先接通電源后釋放紙帶的操作等等，從而導(dǎo)致得到的結(jié)果與理論結(jié)果相差較大，甚至相違背。教師要引導(dǎo)學(xué)生反思這些操作細(xì)節(jié)，分析它們所帶來(lái)的誤差，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)探究態(tài)度。

為了培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，教師要想方設(shè)法創(chuàng)造條件，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)走向社會(huì)，并引導(dǎo)他們用自己已學(xué)的物理知識(shí)來(lái)分析和解釋在實(shí)踐過(guò)程中遇到的實(shí)際問(wèn)題。例如在“探究共振現(xiàn)象的條件”時(shí)，可以帶學(xué)生去操場(chǎng)蕩秋千，讓學(xué)生體驗(yàn)受迫振動(dòng)，并思考探究如何讓秋千越蕩越高，什么時(shí)候蕩的最高，請(qǐng)談原因;還可以讓學(xué)生在家里觀察洗衣機(jī)的脫水過(guò)程，看什么時(shí)候洗衣機(jī)振動(dòng)的最劇烈;或者讓學(xué)生體驗(yàn)觀察“龍洗”里的水什么時(shí)候噴的最高;或者帶學(xué)生參觀建筑工地，觀察工地上澆筑混凝土?xí)r怎樣使用振搗器;或者帶學(xué)生去工廠參觀并觀察共振篩如何篩除雜物，思考如何提高篩除雜物的效率;或者帶領(lǐng)學(xué)生觀察跳水運(yùn)動(dòng)員起跳動(dòng)作的“顛板”過(guò)程，思考什么時(shí)候彈跳的最高……這些實(shí)踐活動(dòng)在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理興趣的同時(shí)，也讓他們體會(huì)到物理與社會(huì)的緊密聯(lián)系，增加他們承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的決心和信心，從而樹立起學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

總之，高中物理實(shí)驗(yàn)探究是讓學(xué)生更加深入地理解、掌握和應(yīng)用物理知識(shí)的有效途徑，教師在實(shí)驗(yàn)探究的教與學(xué)中必須要緊密結(jié)合新課程的標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)不斷創(chuàng)新改革，依靠更加科學(xué)的教學(xué)策略來(lái)讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中將物理知識(shí)轉(zhuǎn)化，形成物理觀念，在實(shí)踐中提升探究素養(yǎng)，在解決問(wèn)題中形成探究思維，在實(shí)驗(yàn)反思中形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，從而真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培育目標(biāo)。

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