基于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)方法研究

熊亞林

摘 要：培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是新課程改革提出的新目標(biāo)，特別是在高中階段，教師在開(kāi)展教學(xué)工作時(shí)更應(yīng)該將發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)作為最主要的教學(xué)目標(biāo)。物理學(xué)科是一門自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，而物理實(shí)驗(yàn)在整個(gè)物理學(xué)科教學(xué)中起到十分重要的作用。文章主要對(duì)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的方法進(jìn)行了研究。

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

一、學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵

核心素養(yǎng)主要指學(xué)生應(yīng)具備的，能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。研究學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的一項(xiàng)重要舉措，也是適應(yīng)世界教育改革發(fā)展趨勢(shì)、提升我國(guó)教育國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的迫切需要。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。

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過(guò)程中逐步形成的知識(shí)積淀、思維品質(zhì)、能力表現(xiàn)、科學(xué)思想以及科學(xué)的情感、態(tài)度和價(jià)值觀的綜合體現(xiàn)。高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)，主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面構(gòu)成，是高中物理學(xué)科課程目標(biāo)的進(jìn)一步體現(xiàn)。

二、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)現(xiàn)狀

目前，許多學(xué)校對(duì)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重視程度還不夠。部分高中物理教師更加注重物理知識(shí)的傳授，而并非讓學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，這樣就使得學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的鉆研以及對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的參與感，也無(wú)法激發(fā)學(xué)生對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的興趣。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生應(yīng)該處于主體地位，主動(dòng)探究問(wèn)題，尋找解決方案，而不是一味地去模仿教師所演示的實(shí)驗(yàn)。在進(jìn)行高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，教師如果僅注重對(duì)多媒體的運(yùn)用，而忽視對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，那么就很容易導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中被動(dòng)地接受知識(shí)，在這樣的情況下，學(xué)生就很難較好地理解一些比較抽象的內(nèi)容。還有部分教師在教學(xué)的過(guò)程中仍然采用比較傳統(tǒng)、死板的實(shí)驗(yàn)，讓全班同學(xué)在相同的時(shí)間內(nèi)做相同的實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的現(xiàn)象都是相同的。這就使得學(xué)生失去了開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)的興趣，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中也不會(huì)仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不知道哪些是重要的數(shù)據(jù)，記錄更是無(wú)從談起。這就限制了學(xué)生思維能力以及創(chuàng)新能力的提高。因此，物理教師要分析當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，讓學(xué)生樹(shù)立物理觀念、培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。教師還要讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中加強(qiáng)與同學(xué)的合作交流，確保物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺蔀閷W(xué)生學(xué)習(xí)物理的有力工具。

三、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的作用

（一）培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和優(yōu)秀的品質(zhì)

培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣是教育的一個(gè)重要任務(wù)，也是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重要保證。要想學(xué)生學(xué)好高中物理，就必須養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生良好的習(xí)慣對(duì)于提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)起了十分重要的作用。在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，學(xué)生要具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及正確的物理觀念，要培養(yǎng)自身良好的觀察能力，通過(guò)教師的演示實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)會(huì)物理知識(shí)。在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，教師還要培養(yǎng)學(xué)生在小組中的交流、合作能力，無(wú)論探究性實(shí)驗(yàn)還是其他實(shí)驗(yàn)，學(xué)生都應(yīng)該與他人進(jìn)行溝通交流，以得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在一次次的探究實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生優(yōu)良的科學(xué)品質(zhì)以及堅(jiān)韌不拔的科學(xué)精神可以得到很好的培養(yǎng)，學(xué)生可以在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中鍛煉自身的思維能力，獲得思考之后得到正確答案的成就感，發(fā)展自身實(shí)事求是、堅(jiān)持真理的品格。

（二）幫助學(xué)生樹(shù)立正確的物理觀念

大量的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，學(xué)生的物理觀念是在不斷積累基礎(chǔ)知識(shí)的過(guò)程中樹(shù)立的。學(xué)生樹(shù)立正確物理觀念的前提是學(xué)習(xí)基礎(chǔ)物理知識(shí)，只有熟練掌握相關(guān)理論知識(shí)，學(xué)生才能在此基礎(chǔ)上構(gòu)建自身的物理知識(shí)體系。從另外一個(gè)層面來(lái)說(shuō)，如果缺乏基礎(chǔ)物理理論知識(shí)，學(xué)生不僅很難樹(shù)立正確的物理觀念，還會(huì)誤導(dǎo)其學(xué)習(xí)方向，這不利于學(xué)生物理思維的形成以及核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。由此可見(jiàn)，教師要想幫助學(xué)生樹(shù)立正確的物理觀念，就一定要重視物理基礎(chǔ)課程。教師可以融入生活化情境為學(xué)生深入分析物理概念，幫助學(xué)生為物理學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，以此促進(jìn)學(xué)生正確物理觀念的形成。此外，物理學(xué)是一門抽象性較強(qiáng)的學(xué)科，其對(duì)學(xué)生的邏輯思維能力以及時(shí)空想象能力提出了更高的要求，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，學(xué)生要在學(xué)習(xí)的過(guò)程中構(gòu)建出相應(yīng)的物理模型，以服務(wù)于自身的物理學(xué)習(xí)。在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題，接著讓學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生在組內(nèi)與成員一起進(jìn)行猜想和假設(shè)并開(kāi)展信息收集活動(dòng)，然后再讓學(xué)生對(duì)獲取到的信息進(jìn)行處理，以便更好地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在高中階段的學(xué)習(xí)過(guò)程中必須培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)探究意識(shí)，這要求他們?cè)谌粘５膶W(xué)習(xí)以及生活中能夠發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后根據(jù)問(wèn)題提出自己的猜想，最后設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的實(shí)驗(yàn)方案并將之付諸行動(dòng)，開(kāi)展探究活動(dòng)。在這一過(guò)程中，學(xué)生要學(xué)會(huì)運(yùn)用各種手段來(lái)收集、整理信息，具備良好的信息處理能力和探究能力。

（三）構(gòu)建模型提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力

構(gòu)建物理模型是人們?cè)谔幚砦锢韱?wèn)題時(shí)采取的一種手段，它是一種理想化的狀態(tài)，從某種程度上來(lái)說(shuō)，是物理知識(shí)最直觀的體現(xiàn)。有相當(dāng)多的科學(xué)家都是從物理模型開(kāi)始對(duì)物理理論進(jìn)行研究的，他們會(huì)運(yùn)用理想化以及抽象化的方法將一些不同的現(xiàn)象共同的本質(zhì)特征尋找出來(lái)，進(jìn)而構(gòu)建出一個(gè)實(shí)物體系，也就是物理模型。在日常的物理教學(xué)過(guò)程中，教師教導(dǎo)學(xué)生明確物理過(guò)程的處理方法，將物理過(guò)程轉(zhuǎn)化為一些比較直觀的思維導(dǎo)圖或樹(shù)狀圖就是為了構(gòu)建物理模型。當(dāng)學(xué)生能獨(dú)立構(gòu)建物理模型后，他們就可以根據(jù)模型所展示的信息來(lái)解決物理問(wèn)題。在高中物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中，教師最常用的一種力學(xué)模型是質(zhì)點(diǎn)，最常用的一種電場(chǎng)模型是點(diǎn)電荷。在處理具體物理問(wèn)題的過(guò)程中，教師可以教導(dǎo)學(xué)生根據(jù)物理知識(shí)的特征來(lái)構(gòu)建物理模型，模型特征越明顯，問(wèn)題解決的過(guò)程就越順利，基于此，構(gòu)建物理模型的前提是找到物理知識(shí)的特征。在高中階段的物理教學(xué)過(guò)程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)不同的問(wèn)題來(lái)構(gòu)建不同的模型，還應(yīng)該關(guān)注學(xué)生構(gòu)建模型的思路以及方法，及時(shí)找出學(xué)生存在的不足并對(duì)其加以指導(dǎo)，這樣不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，還能促使學(xué)生運(yùn)用自己已經(jīng)掌握的知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，以更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，確保學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)得到發(fā)展。

四、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)方法

（一）運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段，培養(yǎng)動(dòng)手能力

在以往傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂上，往往都是教師先為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)的步驟以及原理，然后為學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在實(shí)驗(yàn)完成之后，教師再讓學(xué)生進(jìn)行記憶，致使學(xué)生沒(méi)有主動(dòng)思考和動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。這樣的教學(xué)方式忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，制約了學(xué)生的動(dòng)手能力以及操作能力的發(fā)揮，在很大程度上影響了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。在新課程改革背景下開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中，教師要擺正自己的位置，要充分尊重學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐，明確自身作為指導(dǎo)者的職責(zé)，當(dāng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí)，教師要及時(shí)為學(xué)生指點(diǎn)迷津，確保學(xué)生能在獲得良好的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的同時(shí)，保持高度的熱情，產(chǎn)生持續(xù)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)物理。教師在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中還要充分地認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況和教學(xué)內(nèi)容適時(shí)調(diào)整教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)方式，通過(guò)運(yùn)用多種教學(xué)手段來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，以便更好地培養(yǎng)學(xué)生善于思考、主動(dòng)思考的習(xí)慣，對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力以及實(shí)踐能力進(jìn)行培養(yǎng)，進(jìn)而使得物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量得到提升。此外，教師還要注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)掌握的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程中教師不應(yīng)直接先為學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)步驟和原理，而可以運(yùn)用多媒體手段呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)視頻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，再提問(wèn)學(xué)生是否想弄明白產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原理，進(jìn)而引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在帶著興趣開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生會(huì)主動(dòng)調(diào)動(dòng)思維去積極思考，會(huì)主動(dòng)學(xué)習(xí)如何使用實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)應(yīng)該如何進(jìn)行操作等，這樣，學(xué)生就能獲得良好的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。例如，在教學(xué)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相關(guān)知識(shí)時(shí)，教師可以運(yùn)用多媒體為學(xué)生播放運(yùn)用導(dǎo)體對(duì)磁感線進(jìn)行切割，導(dǎo)體與磁體之間發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使得閉合電路的磁場(chǎng)也發(fā)生了變化這一視頻。學(xué)生根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象往往就能夠推斷出穿過(guò)閉合電路的磁通量變化得越快，感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)就越大，當(dāng)學(xué)生得出這一結(jié)論之后，教師再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律進(jìn)行推導(dǎo)。這樣，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果就能獲得有效提升。

（二）設(shè)置物理實(shí)驗(yàn)小組

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，教授給學(xué)生更多的物理知識(shí)，激活學(xué)生的思維，教師可以讓學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行小組合作，共同完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在傳統(tǒng)的物理教學(xué)課堂上，教師只是在講臺(tái)上講，學(xué)生只是坐在下面聽(tīng)，這樣的課堂缺乏生機(jī)。受應(yīng)試教育思想影響，教師往往只會(huì)按照教學(xué)大綱教授物理知識(shí);課堂時(shí)間有限，教師只會(huì)考慮如何完成既定的教學(xué)任務(wù)，這樣便導(dǎo)致學(xué)生在課堂上只能被動(dòng)地接受知識(shí)，無(wú)法親自動(dòng)手去驗(yàn)證知識(shí)的科學(xué)性，學(xué)習(xí)興趣更是無(wú)從談起。眾多研究結(jié)果表明，讓學(xué)生參與教學(xué)活動(dòng)可以激活學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，小組合作學(xué)習(xí)更是可以讓學(xué)生在討論的過(guò)程中解決難題，獲得自身能力的發(fā)展。教師要認(rèn)真分析學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力將學(xué)生進(jìn)行分組，將不同學(xué)習(xí)水平的學(xué)生分為一組，以縮小各小組之間的差距。

（三）進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，參與物理競(jìng)賽

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)的目的是全面培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)課題，根據(jù)課題自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激活學(xué)生的創(chuàng)造性思維。在開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師只是充當(dāng)引領(lǐng)者的角色，更多的是讓學(xué)生自己動(dòng)手發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題，讓學(xué)生可以進(jìn)行小組合作，共同探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，并從中受到啟發(fā)。學(xué)生也可以積極參與各種物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，從創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)，從而培養(yǎng)自身的學(xué)科核心素養(yǎng)。比如，學(xué)生可參與有關(guān)機(jī)器人或者航空模型的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，通過(guò)參加這些競(jìng)賽，在短時(shí)間內(nèi)提升思維能力，成長(zhǎng)為創(chuàng)新型人才。

（四）基于核心素養(yǎng)的仿真實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用

在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，教師要進(jìn)行科學(xué)的課前準(zhǔn)備，對(duì)本堂課所涉及的物理知識(shí)進(jìn)行整合，并構(gòu)建合理的邏輯框架，從實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作及原理，到物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)，再到實(shí)驗(yàn)流程的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，教師要分清課程內(nèi)容的重點(diǎn)，做好課前引導(dǎo)工作，提出能夠引發(fā)學(xué)生思考的問(wèn)題，并在課后做好總結(jié)歸納工作。

這一部分，我們采用課本中盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)的可視化教學(xué)進(jìn)行舉例說(shuō)明。

盧瑟福α粒子散射實(shí)驗(yàn)又名金箔實(shí)驗(yàn)，被鉛塊所包裹的α粒子源通過(guò)一條狹長(zhǎng)的通道形成一條射線，并打在金箔上，粒子穿過(guò)金箔并經(jīng)過(guò)一定角度的折射后被一條帶有熒光屏的凸透鏡所接收，在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)出不同的角度來(lái)觀察α粒子。散射后的粒子在熒光屏內(nèi)形成微弱的閃光，通過(guò)放大鏡可以觀察到某一時(shí)間內(nèi)某一方向上的粒子數(shù)目。當(dāng)粒子穿過(guò)金箔時(shí)，受到庫(kù)侖力的作用而發(fā)生運(yùn)動(dòng)方向的改變，也就是我們所說(shuō)的α粒子的散射。通過(guò)研究粒子散射的情況，可以推導(dǎo)出原子內(nèi)部電荷的分布情況。

大多數(shù)α粒子在穿過(guò)金箔后仍然會(huì)按照原本的方向前進(jìn)，僅有少數(shù)粒子發(fā)生了大角度的偏轉(zhuǎn)，甚至有些粒子被金箔“撞了回來(lái)”。盧瑟福經(jīng)過(guò)縝密的思考后認(rèn)為：電子無(wú)法造成大角度的粒子偏轉(zhuǎn)，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量極小，僅為α粒子的1/7300左右，按照動(dòng)量定理，電子很難使粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生明顯的改變，其對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響幾乎可以忽略不計(jì)。也就是說(shuō)，α粒子的偏轉(zhuǎn)是受到了原子中除電子之外的其他物質(zhì)的作用，且該物質(zhì)的質(zhì)量相對(duì)α粒子而言較大，且?guī)в姓姾?。?jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析后，盧瑟福給出了結(jié)論：原子內(nèi)部大部分質(zhì)量集中于一個(gè)極小的空間范圍，并帶有正電荷，使得α粒子在經(jīng)過(guò)時(shí)受到極強(qiáng)的斥力并發(fā)生大角度的偏轉(zhuǎn)，并由此構(gòu)建了自己的原子結(jié)構(gòu)模型，也就是我們說(shuō)的核式結(jié)構(gòu)。

結(jié) 語(yǔ)

本文立足高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的角度出發(fā)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，激活學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，探討物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略，讓學(xué)生不斷提高創(chuàng)新意識(shí)以及思維能力，成為具有核心素養(yǎng)的社會(huì)型人才。

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