如何在高中物理實驗教學中滲透核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

詹易凡

摘 要：傳統(tǒng)的圍繞物理課堂知識點進行教學的模式，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)階段高中素質(zhì)教育的要求。新課改強調(diào)要培養(yǎng)學生的探究能力以及提高學生的學科核心素養(yǎng)。基于這個要求，教師應當在物理實驗課堂教學中，以學生為主體，構建以學生為本的課堂教學氛圍。同時教師要注意到，物理實驗作為培養(yǎng)學生動手能力以及思維邏輯的重要課堂教學環(huán)節(jié)，應當給予足夠的重視。本文就如何在高中物理實驗教學中培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)，提出一些淺略的見解。

關鍵詞：高中物理;核心素養(yǎng);實驗教學

在高中階段，學生在物理學科所需要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，具體表現(xiàn)是能夠從物理視角，形成關于物質(zhì)運動以及互相作用能量等的基本認識，并且能夠?qū)⑽锢砀拍詈臀锢硪?guī)律經(jīng)過提煉和升華，運用到實際的生活中。而這些核心素養(yǎng)對于學生養(yǎng)成物理思維，以及終身物理學習的發(fā)展都有積極作用。物理實驗作為聯(lián)系實際和理論知識的重要教學環(huán)節(jié)，理應肩負起培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的重任。因此，筆者從以下幾點探討“在實驗教學培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的具體方法”。

一、深挖實驗變量關系，幫助學生建立物理觀念

物理作為一門復雜的自然科學，其中所涵蓋的知識非常廣泛。物理實驗作為驗證物理定律以及提供思想方向的重要手段，基本上實驗中所含變量之間的關系也是十分復雜的，這些變量之間的關系也很難通過字符進行表達，這十分不利于學生提煉物理信息以及建立物理觀念。但同時，物理觀念又是從物理學視角形成關于物質(zhì)運動和相互作用以及能量的基本認知。養(yǎng)成物理觀念對學生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成具有十分重要的意義。養(yǎng)成物理觀念，能夠幫助學生對物理知識和概念有著更加深刻的理解。并且物理觀念也是能夠讓學生從物理視角解決自然現(xiàn)象和實際問題的基礎。因此，這就需要教師在實驗的過程中深挖變量之間的關系，明確展示給學生看，讓學生自主思考，從而建立物理觀念[1]。

例如：在進行教學“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”這個實驗的時候，由于本實驗的實驗目的是能夠讓學生練習用打點計時器及紙帶求小車的瞬時速度，以及學會用實驗探究小車速度隨時間變化規(guī)律的方法，并且學會用v-t圖像處理實驗數(shù)據(jù)。在開始進行實驗之前，教師要先講一下本實驗的基本原理，以及各物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系。在這個實驗過程中，我們要求的是小車的速度和時間之間的關系，但是由于小車的速度并不能直接地測量出來，因此，在這個實驗過程中，利用小車背后的紙帶上面的點的距離，根據(jù)速度定義式去計算小車某一時刻的瞬時速度，讓學生理解所計算出來的速度是這小段時間的平均速度。由于時間非常短暫，近似地等于小車的瞬時速度。通過這種方法讓學生理解實驗的原理，幫助學生養(yǎng)成物理觀念。接著講解實驗的步驟，將一個長木板放到水平桌面上，接著接通電路，把帶有重物的細繩拴在小車上，打開打點計時器，緩緩放下小車。這樣就得到了一條很有點跡的紙帶。重復進行實驗幾次，選取點跡清晰的紙帶，用平均速度公式求出若干個點上的近似速度。最后再將所得出來的速度和時間的關系一一對應的繪制在v-t圖像上，清晰直觀地觀察小車的速度。通過這種方式，讓學生理解實驗背后數(shù)據(jù)的關系。養(yǎng)成學生的物理觀念，便于學生找到實驗誤差的來源，從而能夠幫助學生更好地掌握實驗的關鍵，培養(yǎng)學生物理學科實驗探究的核心素養(yǎng)。

二、提高實驗動手能力，培養(yǎng)學生物理邏輯思維

一個完整的實驗應當包括發(fā)現(xiàn)問題的過程，以及對問題作出合理假設的過程，在進行設計實驗方案后，要分析實驗結果然后對實驗現(xiàn)象論證，最后進行實驗的評估與反思。因此，教師在進行實驗的過程中，不應該只單單進行演示實驗。要鼓勵和引導學生親自動手實驗，通過這樣的方法，學生才能對實驗的結果，以及中間產(chǎn)生的現(xiàn)象有著更加深刻的印象。并且在對比物理知識點時能夠很好地和自己實驗產(chǎn)生的結果進行對應。在學生親手做實驗的過程中，根據(jù)所設計的實驗步驟，一步一步地探索物理規(guī)律，選擇能夠有效地培養(yǎng)學生的物理邏輯思維，提高學生的物理核心素養(yǎng)[2]。

例如：在進行教學“探究加速度與力、質(zhì)量的關系”這個實驗的時候，教師可以鼓勵學生進行動手操作，由于本次實驗所用的模型也是小車，探究力質(zhì)量和加速度之間的關系時，這需要分別保持“力不變，質(zhì)量在改變，觀察加速度的變化”以及“質(zhì)量不變，力在變，觀察加速度的變化”這兩種方案反映到實際實驗中，這是改變小車的質(zhì)量以及細繩索懸掛重物的質(zhì)量。具體的實驗步驟可以如下設計：讓學生用天平測出小車的質(zhì)量，用天平測出木桶以及沙子的總質(zhì)量，然后根據(jù)要求安裝實驗儀器。第二步需要學生去平衡摩擦力，在小車的開始端，進行適當?shù)膲|高。將小車輕輕放下，如果小車背后打點計時器，打出來的點是連續(xù)且相同間隔的，那么這說明平衡了摩擦力。同時為學生講解“為何要平衡摩擦力”，因為在這個實驗中，外力只能是由重物提供，而摩擦力會隨著小車質(zhì)量的改變發(fā)生改變。也就是說，摩擦力并不確定，所以要把它給平衡掉。接著需要掛上沙桶，打開打點計時器，在紙帶上得到一系列的點，讓學生通過這些點，利用逐差法求出小車的加速度。同時要保持小車的質(zhì)量不變，在沙土中加入適量的砝碼，作出加速度和小車質(zhì)量倒數(shù)之間關系的圖像，讓學生觀察圖像是否為一條直線？如果是的話，那么說明加速度和質(zhì)量成反比。在得出第一種情況之后，再讓學生保持“沙桶質(zhì)量不變”，在小車內(nèi)增加砝碼，測速加速度重復得到幾次之后，讓學生做出加速度和力之間的關系圖像。如果這些點在一條直線上，則證明了加速度與力成正比。通過這種方式，讓學生親自動手做實驗，教師在一旁答疑解惑，如此能夠有效提高學生的動手能力，在完善學生物理思維的過程中也同步提升了學生的物理核心素養(yǎng)。

三、注重實驗操作細節(jié)，培養(yǎng)學生物理嚴謹意識

在高中物理實驗課堂教學中，一個物理實驗能否進行成功，很大程度上取決于實驗中所操作的具體細節(jié)。在重現(xiàn)書本上的實驗，或者是進行自主探究實驗的過程中，教師應當重視學生在實驗過程中操作的細節(jié)。當學生得出來的實驗結果或者實驗現(xiàn)象不符合物理基本定律，也不符合書中所給的現(xiàn)象時，教師要站在學生的角度，一步步觀察學生在實驗中所進行的步驟，幫助學生改正實驗中存在的錯誤，最后總結出現(xiàn)錯誤的問題，避免下次進行實驗時再次出現(xiàn)。通過這種方式能夠培養(yǎng)學生物理實驗過程中的嚴謹意識，讓學生在實驗過程中，真正有所收獲，養(yǎng)成物理學科的嚴謹思維。

例如：在講解“探究平拋運動的特點”這個實驗的時候，本實驗的實驗原理是平拋運動，可以看作兩個分運動的合成，一個是水平方向的勻速直線運動，其速度就等于平拋物體的初速度，另一個是在豎直方向上的自由落體運動，它的速度隨高度的增大而增大。由于在探究實驗的過程中，很容易出現(xiàn)一些操作上的問題，所以教師在讓學生進行自主實驗的基礎上，幫助學生糾正實驗中產(chǎn)生的錯誤操作。在實際操作的過程中，需要將帶有斜槽的軌道木板固定在實驗桌上，使其末端伸出桌面，并讓末端與水平相切。接著從同一高度釋放小球，在小球經(jīng)過的點投影上，依次描出點。最后再根據(jù)公式去計算水平方向速度以及豎直方向上的速度。如果學生在實驗過程中，得到的初速度不是水平方向，教師可以觀察學生是否將調(diào)平裝置完全調(diào)至水平。或者學生把所得的點代入公式時，發(fā)現(xiàn)有1到2個點所得的結果，與實驗大相徑庭。教師可以讓學生考慮舍棄這一兩個點。最后，在取下白紙前，應當讓學生在白紙上記下小球飛離槽口時球心的位置，這里主要細節(jié)是，應當記錄的是在圖板上的水平投影點，而不是斜槽末端的投影。通過這種方式，能夠讓學生在細節(jié)上著重把控本實驗。讓學生實驗的過程中尋找問題產(chǎn)生的原因，而教師在一旁進行指導和解釋。這種實驗教學充分體現(xiàn)了以學生為主體的課堂教學理念。幫助學生養(yǎng)成嚴謹?shù)奈锢硭季S，從而提升學生的物理學科核心素養(yǎng)。

四、進行實驗教學評價，幫助學生總結物理思想

所謂物理實驗教學評價就是指對物理實驗過后所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象或者物理結果有著清楚的解釋與思考。因為在絕大多數(shù)物理實驗操作的過程中，都遵循著單一變量原則。在每一次將變量改變之后，所對物理實驗結果造成的影響，都進行總結記錄。最后在全部對照實驗完成時，要先寫總體評價，再去寫每一次實驗的收獲與失誤。讓學生自己去反思哪些方面值得加強與改進，對出現(xiàn)的問題進行系統(tǒng)的整理。避免下次實驗再出現(xiàn)錯誤。通過這種方式，能夠幫助學生在實驗過后進行系統(tǒng)性總結，從而能夠讓學生全面掌握物理知識點，實現(xiàn)物理水平的提高。

例如：在進行教學“驗證機械能守恒定律”這個實驗的時候，教師要重點向?qū)W生滲透實驗內(nèi)所用到的物理思想。就是通過計算物體自由運動的重力勢能減少量，再去計算相應過程中，動能的增加量，如果在過程中，二者的增減量在誤差允許的范圍內(nèi)相等，那就說明機械能守恒。具體的實驗步驟，是將打點計時器固定在鐵架臺上，用導線將打點計時器與電源相接。然后將自帶懸掛砝碼上，用手輕輕提著紙袋，讓重物靠近打點計時器，并處于靜止狀態(tài)，然后打開打點計時器，讓重物自由落下。最后從幾條打下來的紙帶中挑選點跡清楚地紙帶進行測量。在進行測量的時候，可以采用起始值和第n個點，來進行計算。先去計算重力勢能的減少量ΔEp=mghn，接著再去計算動能的增加量ΔEk=mvn2。如果在這個實驗范圍內(nèi)，二者大致相等。這就驗證了“機械能守恒定律”。不過要明確地告訴學生，在利用這種方法驗證機械能守恒定律的時候，重力勢能的減少量與動能的增加量不可能完全相等，因為打點計時器在打印紙帶的時候會產(chǎn)生摩擦力。當學生完成實驗之后，讓學生掌握實驗過程中的細節(jié)，同時去思考有沒有其他的方法能夠更好地完成本實驗？通過這種方式，能夠讓學生養(yǎng)成獨立思考，善于總結的好習慣，從而提升學生的物理核心素養(yǎng)。

結束語

在高中物理實驗教學中，培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，其主要的原則就是能夠讓學生養(yǎng)成物理觀念，用物理的眼光看待事物，深刻的理解物理知識和物理現(xiàn)象。其次，提高學生實驗動手能力，親自感知物理實驗過程中所產(chǎn)生的問題，幫助學生完善物理知識儲備，完善學生的物理思維邏輯，讓學生掌握物理實驗過程中所用到的思想。通過這些方式，不斷提高學生的物理水平，最終得以在物理實驗教學中逐步培養(yǎng)學生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]李海濱.如何在高中物理教學中滲透核心素養(yǎng)培養(yǎng)[J].華夏教師，2018：24.

[2]倪佳燕.如何在高中物理實驗教學中滲透物理核心素養(yǎng)教育[J].名師在線，2019：41-42.

本文系廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃2019年度教育科研課題《核心素養(yǎng)下的物理實驗拓展的研究》（立項批準號2019YQJK517）研究成果之一