核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理實驗教學(xué)探究

摘 要：核心素養(yǎng)是學(xué)生應(yīng)具備的必備品格和關(guān)鍵能力，物理是基于實驗的重要基礎(chǔ)學(xué)科，實驗教學(xué)是開展物理教學(xué)的主要方式和形式。本文結(jié)合實例探討了核心素養(yǎng)導(dǎo)向下如何通過高中物理演示實驗、設(shè)計實驗、分組實驗和課外實驗的教學(xué)來有效提升學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實驗教學(xué);能力培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，受到“應(yīng)試教育”理念的影響，教師往往不夠重視實驗教學(xué)。一些教師認(rèn)為各種實驗是浪費時間，因此直接忽視它們;一些教師保留了實驗教學(xué)，但是基本主導(dǎo)了從理論教學(xué)到實驗操作的整個過程，學(xué)生只是在已經(jīng)知道實驗結(jié)果的情況下按部就班地進行實驗，并盲目被動地接受結(jié)論。實際上，物理實驗對培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析、設(shè)計、探究、實踐和創(chuàng)新等綜合能力所起到的關(guān)鍵作用是其他教學(xué)方式無法替代的。教師對實驗的輕視將無法很好地為學(xué)生構(gòu)建科學(xué)思維，導(dǎo)致學(xué)生的實驗探究能力不能在自主實驗中得到激發(fā)和培養(yǎng)。

物理核心素養(yǎng)是指學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中形成的正確的價值觀念、基本技能和關(guān)鍵能力，主要包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，其中“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，“科學(xué)探究”主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素[1]。對于物理學(xué)科而言，依托物理實驗教學(xué)，重視對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力的培養(yǎng)，是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。物理實驗教學(xué)應(yīng)更加重視演示實驗、設(shè)計實驗、分組實驗、課外實驗，讓學(xué)生理解物理概念、規(guī)律的形成過程，構(gòu)建科學(xué)思維，掌握科學(xué)探究方法，提升實驗探究能力。

一、重視演示實驗，培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析能力

演示實驗是物理實驗教學(xué)中的首要且重要的一個環(huán)節(jié)。在演示實驗過程中，教師邊實驗、邊講解，通過實驗現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生對于新知識的興趣，使學(xué)生積極地進行自主思考。如果演示實驗?zāi)茉O(shè)計得生動有趣，就會對學(xué)生有很強的吸引力，并極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例如，在“力的分解”中講授“利用小力產(chǎn)生大力”的原理時，可以設(shè)計“用刀劈木柴”的實驗：事先準(zhǔn)備幾塊同樣的木塊，讓學(xué)生選用不同的刀具（刀、劍和斧頭等）來劈開它們，接著讓學(xué)生上臺動手操作，并在實踐后發(fā)現(xiàn)斧頭確實是最好用的，最后引導(dǎo)學(xué)生畫出力分解的示意圖并解釋原因。接下來還可以設(shè)計一個用橡皮筋掛鉤碼的實驗：將鉤碼掛在一根彈性很好的橡皮筋的中間，然后依次加大橡皮筋兩端的距離（緩慢地由兩端重合到橡皮筋幾乎被拉直），也就是增大兩分力的夾角，讓學(xué)生觀察橡皮筋的長度變化。學(xué)生能很直觀地看到橡皮筋長度不斷變長的現(xiàn)象，進而理解“合力一定時，大小相等的兩個分力間的夾角越大，分力也越大的特點”。

又如，在講授“波的形成”時，教師先請一位學(xué)生上臺緩慢搖動橫波演示器的手柄，并用問題引導(dǎo)其他學(xué)生認(rèn)真觀察現(xiàn)象，如：“波動過程中各個質(zhì)點是如何運動的？”“各個質(zhì)點運動同步嗎？”“先運動的質(zhì)點與后運動的質(zhì)點的運動形式一樣嗎？它們有聯(lián)系嗎？”“波動過程到底傳遞的是什么？”“停止搖動手柄，同學(xué)看到的各質(zhì)點位置連線是什么形狀？不同時刻形成的形狀相同嗎？”等等。學(xué)生對波的形成的理解需要過程，所以演示中要舍得花時間，不斷重復(fù)操作，這樣將抽象問題具體化，可以提升學(xué)生的空間想象力，培養(yǎng)學(xué)生的抽象科學(xué)思維能力。

在演示實驗的教學(xué)過程中，邀請學(xué)生參與實驗不但可以調(diào)動課堂氣氛，而且可以讓學(xué)生體驗實驗過程，積極開動腦筋思考，在分析和解釋實驗現(xiàn)象的過程中達到讓學(xué)生理解所學(xué)知識以及培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)探究意識的目的，從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

二、增加設(shè)計實驗，提升學(xué)生的設(shè)計推理能力

設(shè)計實驗是教師為達到特定教學(xué)目的，給定實驗要求和條件，讓學(xué)生通過所學(xué)知識自行設(shè)計方案，然后去完成的實驗。教學(xué)實踐證明，這種實驗教學(xué)對提升學(xué)生的設(shè)計能力和推理能力有重要作用，它能夠引導(dǎo)學(xué)生使用科學(xué)的方法篩選、收集有利信息，并鍛煉學(xué)生解決問題的能力。平常教學(xué)中教師可以根據(jù)實際情況增設(shè)一些簡單易行的設(shè)計實驗，鼓勵學(xué)生結(jié)合理論大膽動手設(shè)計實驗方案并進行實驗[2]。

比如，在“磁生電的探索”教學(xué)中，教師可以用一系列問題引導(dǎo)學(xué)生理解實驗?zāi)康暮驮?，如：“利用磁場如何產(chǎn)生感應(yīng)電流？”“如果導(dǎo)體棒不切割磁感線能否產(chǎn)生感應(yīng)電流？”“不切割磁感線回路產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因是什么？”“感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件是什么？”等。然后教師讓學(xué)生依據(jù)實驗?zāi)康膩碓O(shè)計實驗方案，并選擇合適的實驗儀器進行實驗。最后教師可以請學(xué)生根據(jù)實驗方案進行演示并分析總結(jié)實驗現(xiàn)象和結(jié)論。起初學(xué)生設(shè)計的方案可能是五花八門的，這就要求在設(shè)計過程中教師要不斷通過問題進行引導(dǎo)，如;“為什么要這樣設(shè)計？”“這樣設(shè)計有什么優(yōu)點？”“如果不這樣設(shè)計，還有沒有其他方法？”等，讓學(xué)生對實驗方案不斷進行修正，得出最佳方案，最后一起討論并總結(jié)得出電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件。

設(shè)計實驗的過程，是讓學(xué)生按照實驗要求、結(jié)合理論知識、設(shè)計實驗方案、選擇實驗器材、對實驗過程中發(fā)現(xiàn)的不足及時進行糾正，并分析實驗現(xiàn)象和總結(jié)實驗結(jié)論的過程。在設(shè)計實驗的過程中，教師引導(dǎo)并協(xié)助學(xué)生逐個解決面對的問題體現(xiàn)了“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的教學(xué)原則[3]，通過這樣的方式能夠有效訓(xùn)練和提高學(xué)生的收集信息能力、推理分析能力和動手實踐能力，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)證據(jù)意識和批判性思維。

三、落實分組實驗，加強學(xué)生的協(xié)作探究能力

分組實驗中，學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)康摹⒉襟E，依次安裝或連接實驗裝置，然后進行實驗并對數(shù)據(jù)進行收集和分析，最后根據(jù)實驗原理總結(jié)得出實驗結(jié)論。傳統(tǒng)物理實驗課堂因教師“一言談”而顯得有些沉悶、枯燥，分組實驗可以打破這種沉悶，促進學(xué)生之間的交流，活躍課堂氣氛。

比如在“研究單擺的周期”的教學(xué)中，教師先通過演示讓學(xué)生猜想其影響因素可能有擺長、振幅、擺球質(zhì)量、重力加速度等等，接著讓學(xué)生利用控制變量法分組探究影響單擺周期的各種因素，探討實驗方案。在進一步研究“周期與重力加速度g的關(guān)系”時，教師可引導(dǎo)學(xué)生討論并嘗試用磁鐵模擬地磁場進行研究。實驗結(jié)束后，教師還可讓學(xué)生在組內(nèi)對實驗過程、實驗現(xiàn)象及實驗誤差進行分析討論，提出針對實驗的改進措施和具體建議，并進行小組間的相互交流、經(jīng)驗分享，實現(xiàn)各組之間的優(yōu)勢互補。

在分組實驗過程中，學(xué)生之間分工合作、各抒己見，這有助于營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，增強集體意識。同時，組內(nèi)成員還可以在交流過程中積極思考、相互學(xué)習(xí)，從而更加熟練地掌握理論知識和所需技能。分組實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力、總結(jié)能力和思維能力，還能通過組內(nèi)外的互助和督促使學(xué)生養(yǎng)成實事求是、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

四、創(chuàng)設(shè)課外實驗，增強學(xué)生實踐創(chuàng)新能力

課外實驗是對物理課堂教學(xué)的有效的補充和擴展。物理課后，學(xué)生有時會有種“意猶未盡”的感覺，課外實驗則可繼續(xù)滿足學(xué)生的好奇心，進一步提升學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣和獨立思考的能力。

比如，在學(xué)習(xí)了“力的平行四邊形定則”之后，教師可以讓學(xué)生回家用硬紙板或木板條等材料自制一個平行四邊形模型，去探究“合力的大小和方向隨原來兩個分力夾角的變化將如何改變？”“兩個共點力的合力的取值范圍如何？”“夾角取特殊值時，合力如何計算？”等;第二次上課時，教師可以讓學(xué)生上臺展示自制的模型并利用它匯報探究成果，在匯報過程中，教師還可以與學(xué)生交流，對不同的模型進行比較和評價。這樣學(xué)生通過自制模型、上臺展示和比較分析，將能更加熟練地應(yīng)用平行四邊形定則思考和解釋日常生活中的實際問題。

又如，在學(xué)?？扑嚬?jié)活動中，高中物理組可以組織一個名為“摔不破的雞蛋”的有趣活動?；顒忧跋裙蓟顒觾?nèi)容和比賽規(guī)則：提供生雞蛋一枚，各組自制道具，讓生雞蛋從不同高度下落而不破，高度最高者獲勝。活動評出一、二、三等獎，并發(fā)放獲獎證書和獎品。教師組織各班同學(xué)推選代表組隊報名并發(fā)放生雞蛋，讓學(xué)生回家研究方案，制作作品?？扑嚬?jié)時各組學(xué)生帶著自制的五花八門的作品前來參賽。隨著發(fā)令老師的口號，各式各樣的“雞蛋”作品紛紛從二層樓落下，然后再從三層、四層、五層……依次釋放，比賽中參賽者個個斗志昂揚，各班的拉拉隊和觀眾們也興致勃勃，人群中不時爆發(fā)出一陣陣歡呼聲，場面非常壯觀。通過這樣的開放的活動，同學(xué)們能親眼看到平常非常容易摔破的雞蛋在各種巧妙的包裝下變得“堅不可摧”。在發(fā)表作品介紹時，同學(xué)將嘗試用物理動量定理等知識解釋原因。這個活動是物理課堂教學(xué)的延伸，它讓學(xué)生從動手操作的實踐中獲得物理知識，從思想深處感知、理解物理知識，進而激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

物理課外實驗不受到課時時間和教室空間的限制。教師通過合理地布置課外物理實驗，可以讓學(xué)生更加善于發(fā)現(xiàn)并利用身邊的資源，并在安全的前提下設(shè)計實驗、自制教具、觀察現(xiàn)象。這一過程趣味性強、操作簡便，貼近生活實際，能使學(xué)生動手實踐能力得到提升，并對抽象的物理規(guī)律有更加深入的理解，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣和科學(xué)探究意識，真正實現(xiàn)“從生活走向物理”的課程理念[4]。同時，課外實驗也是對課本知識的拓展，將課本理論知識付諸課外實踐，也能讓學(xué)生明白“知識源于課本，但高于課本”的道理。

在核心素養(yǎng)導(dǎo)向下，物理教學(xué)不再是單純地傳授課本知識，而是應(yīng)該更加注重培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。本文結(jié)合具體例子分析了各類物理實驗的教學(xué)并提出了相應(yīng)的教學(xué)策略。在物理實驗教學(xué)中，教師需要不斷提升自己對于核心素養(yǎng)的理解，并做到：注重演示實驗，增加設(shè)計實驗，落實分組實驗，創(chuàng)設(shè)課外實驗，促進對學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。教師還應(yīng)進一步引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的科學(xué)態(tài)度，勇于承擔(dān)社會責(zé)任，逐步擁有社會發(fā)展所需要的品格和能力。依托實驗教學(xué)，積極培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，將有助于提升學(xué)生的綜合能力，最終使他們成為國家、社會所需要的有技術(shù)、有能力、有素質(zhì)的人才。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部著.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.

[2]楊雪梅.高中物理實驗教學(xué)中學(xué)生動手實踐能力培養(yǎng)策略[J].課程教育研究，2016（28）：162-163.

[3]孫國林.“教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”教學(xué)原則的理論依據(jù)[J].內(nèi)蒙古教育，2008（18）：18-19.

[4]陳慶朋.“從生活走向物理”的意義闡釋[J].教學(xué)與管理，2008（18）：109-110.

作者簡介：余愛珍（1972-），女，福建莆田人，中學(xué)一級教師，從事高中物理教學(xué)方面的研究。