以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

雷偉

摘 要：物理教育中，實(shí)驗(yàn)是很重要的部分與構(gòu)成。本文將以核心素養(yǎng)為切入點(diǎn)，分析高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效思路，用條件化、結(jié)構(gòu)化、情境化、情態(tài)化的教學(xué)方法，培養(yǎng)和增強(qiáng)學(xué)生的核心素養(yǎng)品質(zhì)與能力。

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

引言：新時(shí)期背景下，核心素養(yǎng)成為我國(guó)教育的趨勢(shì)與追求。實(shí)踐中需要提煉和總結(jié)高中物理實(shí)驗(yàn)方法，用行之有效的策略與方案，提高教育有效性。

一、條件化策略

條件化策略說的是揭示實(shí)驗(yàn)中知識(shí)的出現(xiàn)過程，即以源頭為切入點(diǎn)教學(xué)，為的是讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)知識(shí)的由來。假設(shè)學(xué)生并不理解實(shí)驗(yàn)知識(shí)出現(xiàn)過程，學(xué)習(xí)時(shí)，就只能死記硬背知識(shí)[1]。遇到真實(shí)場(chǎng)景，就無法設(shè)計(jì)出正確的電路，也不知道如何解決實(shí)驗(yàn)問題。從經(jīng)驗(yàn)可以了解到的是，小燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)電路中，如果教師使用的方法沒有站在學(xué)生知識(shí)理解能力角度考慮，并沒有在源頭切入，那么許多學(xué)生甚至到了高考時(shí)，仍舊不理解分壓電路如何繪制。設(shè)計(jì)分壓電路：如圖1所示。

將小燈泡分別連接到1至2，1至3，1至4不同位置，通過測(cè)試可以了解到，此時(shí)小燈泡的兩端電壓不一樣。假設(shè)圖1中出現(xiàn)了許多的電阻，不動(dòng)小燈泡左面接線柱，此時(shí)小燈泡右面接線柱有了許多選項(xiàng)，出現(xiàn)各種各樣的電壓。當(dāng)然這種方法缺點(diǎn)十分明顯，即無法讓小燈泡的兩面獲得連續(xù)變化電壓[2]。此時(shí)教師可以提出問題，同學(xué)們我們?cè)趺醋霾拍茏屝襞菽樏娅@得連續(xù)變化電壓。此時(shí)A學(xué)生表示，如圖2所示。

使用電阻比較大的元件替代圖1中電阻比較小的元件，將小燈泡右面接線柱變成可以滑動(dòng)劃片，通過這樣的方法就能連續(xù)性調(diào)節(jié)小燈泡電壓。教師回答：從效果可以看到，圖2電壓調(diào)節(jié)情況的確好于圖1，因?yàn)閳D2小燈泡的兩側(cè)電壓靠的是滑動(dòng)變阻器分得，所以圖2電路又叫分壓電路。使用圖2基礎(chǔ)，將小燈泡和電流表串聯(lián)到一起，并聯(lián)小燈泡和電壓表，就能獲得小燈泡伏安特性曲線實(shí)驗(yàn)電路圖。在層層鋪墊教學(xué)下，學(xué)生終于明白分壓實(shí)驗(yàn)電路。學(xué)生明白了分壓電路比較可靠，在實(shí)踐探索中形成了自己的知識(shí)點(diǎn)理解[3]。

二、結(jié)構(gòu)化策略

結(jié)構(gòu)化實(shí)驗(yàn)知識(shí)說的是將實(shí)驗(yàn)前后知識(shí)創(chuàng)建聯(lián)系，將新知識(shí)引入到原有知識(shí)系統(tǒng)，此時(shí)學(xué)生大腦中就會(huì)將二者融為一體，構(gòu)成全新的認(rèn)知邏輯關(guān)系。這種方法能夠揭示知識(shí)的本質(zhì)與原理，便于學(xué)生遷移與使用物理實(shí)驗(yàn)中獲得的知識(shí)。假設(shè)學(xué)生并沒有理解實(shí)驗(yàn)知識(shí)邏輯，將無法在腦海中構(gòu)成有意義、價(jià)值的知識(shí)結(jié)構(gòu)。學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)越多，頭腦越混亂，越不知道自己的學(xué)習(xí)有沒有問題。學(xué)生漸漸感到實(shí)驗(yàn)知識(shí)無序與龐雜，不利于學(xué)生的頭腦思考。高中物理中的許多實(shí)驗(yàn)都有一定聯(lián)系，只需要將這些實(shí)驗(yàn)串聯(lián)到一起，學(xué)生就能明白物理知識(shí)的本質(zhì)和特性。

紙帶實(shí)驗(yàn)：如圖3。

圖3是本次實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)問同學(xué)們可以使用圖3實(shí)驗(yàn)裝置開展哪些實(shí)驗(yàn)。此時(shí)學(xué)生紛紛根據(jù)自己的過往經(jīng)驗(yàn)回答：碰撞不變量實(shí)驗(yàn)、機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)、功與速度變化實(shí)驗(yàn)、加速度和力與質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)、合力方法實(shí)驗(yàn)、彈力和彈簧伸長(zhǎng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。教師展示圖3為的是讓學(xué)生思考這套儀器能夠進(jìn)行哪些力學(xué)實(shí)驗(yàn)，在異中求同，通過縱向分析的方法幫助學(xué)生在腦海中構(gòu)成紙帶知識(shí)結(jié)構(gòu)。隨后教師繼續(xù)提出問題：功和速度變化、加速度和力與質(zhì)量關(guān)系、勻變速直線運(yùn)動(dòng)上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)，哪個(gè)實(shí)驗(yàn)不受摩擦力影響。學(xué)生被教師所提出的第二個(gè)問題所以吸引，學(xué)生開始研究平衡摩擦力的價(jià)值和體現(xiàn)，分析哪些需要平衡摩擦力，哪些不需要平衡摩擦力。之后教師提出第三個(gè)問題：加速度和力與質(zhì)量關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，打出了哪條紙帶，原因是什么，此時(shí)讓學(xué)生觀察圖4。

提問學(xué)生：功和速度變化實(shí)驗(yàn)的紙帶是哪條，原因是什么。碰撞不變量實(shí)驗(yàn)紙帶是哪條，原因是什么。問題的提出，為的是讓學(xué)生能夠識(shí)別紙帶，明白紙帶實(shí)驗(yàn)原理。在比較、討論中，學(xué)生對(duì)紙帶實(shí)驗(yàn)建立了深刻理解。

三、情境化策略

情境化策略說的是，教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境。學(xué)生在此過程中，經(jīng)歷如同實(shí)驗(yàn)知識(shí)產(chǎn)生和使用過程的感受，是一種趣味且充滿活力的教學(xué)模式。能夠使學(xué)生表現(xiàn)出學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性，形成學(xué)習(xí)動(dòng)力與動(dòng)機(jī)[4]。學(xué)生如果沒有親身經(jīng)歷過這樣的情境，就會(huì)感到實(shí)驗(yàn)知識(shí)乏味且枯燥，不利于后續(xù)的物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

比如教師要求學(xué)生繪制干電池的電動(dòng)勢(shì)以及內(nèi)電阻實(shí)驗(yàn)電路圖，并交給學(xué)生若干導(dǎo)線、開關(guān)、一節(jié)干電池、一個(gè)活動(dòng)變阻器，當(dāng)然教師也可以選擇提供學(xué)生其他的材料方案，如只有一個(gè)電壓表和電阻箱或只有一個(gè)電流表和電阻箱。當(dāng)然這樣的實(shí)驗(yàn)方式顯然并沒有足夠的吸引力與趣味性。

再比如選擇器材的時(shí)候，實(shí)驗(yàn)情境為：電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)電阻的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，教師提供給學(xué)生如圖5的實(shí)驗(yàn)器材。

學(xué)生根據(jù)需求選擇合適的器材并實(shí)驗(yàn)。情境目的是讓學(xué)生按照題意，根據(jù)情況選擇能夠滿足實(shí)驗(yàn)要求的材料，考察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约爸R(shí)的掌握情況。學(xué)生心中如果了解實(shí)驗(yàn)原理和知道正確實(shí)驗(yàn)電路，就不會(huì)出現(xiàn)實(shí)物連接錯(cuò)誤問題[5]。

從經(jīng)驗(yàn)與結(jié)果可以看到，很少有學(xué)生能夠順利完成這一要求，解決學(xué)習(xí)中的問題。多數(shù)學(xué)生所選器材并不合理，這所反映的是，學(xué)生并不明確實(shí)驗(yàn)原理。假設(shè)學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)原理和電路圖，器材選擇以及電路連接就不會(huì)出錯(cuò)。雖然這樣的嘗試并沒有達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，但在情境的刺激下，學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的實(shí)驗(yàn)熱情，形成了研究動(dòng)力和學(xué)習(xí)積極性。教師在設(shè)置實(shí)驗(yàn)情境的時(shí)候，必須保障實(shí)驗(yàn)情況真實(shí)性，貼合現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景[6]。這樣學(xué)生才能理解實(shí)驗(yàn)原理與知識(shí)。理解實(shí)驗(yàn)原理以后，學(xué)生才能順利解決實(shí)驗(yàn)問題。

四、情態(tài)化策略

情態(tài)化實(shí)驗(yàn)知識(shí)說的是將實(shí)驗(yàn)情感與實(shí)驗(yàn)理智相互交融，為的是實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的有效培養(yǎng)。通過這樣的過程，學(xué)生就會(huì)感受到實(shí)驗(yàn)的溫暖，明白實(shí)驗(yàn)不是冷冰冰的過程，是有溫度且可以豐富、引領(lǐng)學(xué)生情感的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。情態(tài)化教學(xué)能夠?qū)⒅R(shí)和學(xué)生的精神頭腦融為一體，上升為學(xué)生的價(jià)值觀、態(tài)度。比如為了讓學(xué)生能夠理解彈簧的彈性是有上限的，教師可以拿出一根完好無缺的彈簧，隨后當(dāng)著學(xué)生的面暴力拉直彈簧，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，彈簧并不能正?；乜s。這表示彈簧彈性限度有限。這樣的教學(xué)方法非常直觀，雖然破壞了公物，不利于維持教師形象，但在這樣的實(shí)驗(yàn)中，卻能夠培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀與情感態(tài)度，是非常好的教學(xué)方法。

再比如學(xué)習(xí)多用電表測(cè)量電阻的時(shí)候，操作過程包括歐姆凋零。在演示的時(shí)候，教師把紅表筆插到﹢插孔，將黑表筆插到-插孔。利用投影，向?qū)W生展示歐姆凋零操作流程。如圖6所示。

學(xué)生只需要認(rèn)真觀察就能發(fā)現(xiàn)。教師在操作中，手指一直握著金屬部分，這樣的操作雖然并不會(huì)對(duì)凋零結(jié)果產(chǎn)生影響，但因?yàn)槿梭w會(huì)分泌汗液，如果長(zhǎng)期如此操作，人手含水很有可能會(huì)對(duì)表筆金屬部位造成腐蝕，而這顯然是不允許的行為。如同操作天平時(shí)，不準(zhǔn)許學(xué)生用手拿取砝碼一樣。這樣的教學(xué)方式并不能實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)態(tài)度的有效培養(yǎng)。標(biāo)準(zhǔn)、正確的操作方法為，手指握住表筆塑料部分，而不是握住金屬部分。

再比如學(xué)習(xí)電容器電荷量和電容器兩極板電壓關(guān)系的時(shí)候。教師提前為學(xué)生提供15V，47μm電解電容器，以及一個(gè)電池組、1只多用電表和若干導(dǎo)線。

實(shí)驗(yàn)方法為，使用一個(gè)不帶電的電容器以及一個(gè)相同電容器接觸進(jìn)行電荷量平分，以此改變電容器電荷量。使用數(shù)字多用電表對(duì)電解電容器的兩級(jí)電壓進(jìn)行測(cè)試。

實(shí)驗(yàn)的步驟和數(shù)據(jù)的處理流程為：教師首先交給學(xué)生一個(gè)沒有電的電解電容器，讓學(xué)生自己充電，充完電以后記錄此時(shí)的電荷量q，之后使用數(shù)字多用電表對(duì)電容器兩極電壓進(jìn)行檢測(cè)。之后使用第二個(gè)沒有電的電解電容器兩極和第一個(gè)電解電容器兩極接觸，分開二者之后，每一個(gè)電容器此時(shí)攜帶0.5q電荷量，之后使用數(shù)字多用電表對(duì)分離后的電解電容器兩極電壓值進(jìn)行測(cè)量。隨后使用其余的幾個(gè)電解電容器重復(fù)前面的步驟，每一次都要記錄此時(shí)第一個(gè)電解電容器的兩極電壓。最后將測(cè)得的所有電荷量結(jié)果記錄到表格，制作電荷量Q和兩極電壓差U關(guān)系圖，如圖7所示。

該實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生使用到處能夠得到的電容器和干電池、石英鐘，獲得像高科技DIS實(shí)驗(yàn)一樣的實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中心靈受到了震撼，學(xué)生形成了成功體驗(yàn)，能夠很好的培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)情感。

從實(shí)踐的結(jié)果可以看到，情態(tài)化實(shí)驗(yàn)知識(shí)教學(xué)，能夠使學(xué)生迸發(fā)與形成操作和探索興趣，學(xué)生積極、主動(dòng)體驗(yàn)，激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)熱情，有效提高了學(xué)生探究水平與能力，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的有效培養(yǎng)。

結(jié)束語

物理實(shí)驗(yàn)教育必須遵循核心素養(yǎng)教育要求，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。條件化、結(jié)構(gòu)化、情境化、情態(tài)化教學(xué)能夠使學(xué)生了解知識(shí)的由來，明白知識(shí)的邏輯關(guān)系，掌握知識(shí)如何應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)，升華學(xué)生的情感體驗(yàn)。高中物理教育需要重視條件、結(jié)構(gòu)、情境、情態(tài)的配合使用，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

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