基于核心素養(yǎng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

文章系甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題《核心素養(yǎng)下中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐研究》（課題立項(xiàng)號：GS[2020]GHB1050）的研究成果。

摘要：隨著新課改的推進(jìn)，對高中物理來說課程目標(biāo)提出培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，以期培養(yǎng)全面發(fā)展的社會需要人才，為學(xué)生未來的成長與發(fā)展提供有力保障。實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科教學(xué)知識的基礎(chǔ)，在整個(gè)學(xué)科教學(xué)中發(fā)揮著其他資源無法比擬的作用與價(jià)值。因此教師需要重視物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)全面滲透到物理實(shí)踐教學(xué)過程中，實(shí)現(xiàn)新課標(biāo)對高中物理教學(xué)的要求，促進(jìn)學(xué)生全面健康的發(fā)展。文章以人教版高中物理教材為例，基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，來探究高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略，以其為其他教育工作者提供一些參考與幫助。

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

雖然說實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)科的重要組成部分，但是很多學(xué)校與教師在進(jìn)行高中物理教學(xué)時(shí)，還是缺少足夠的重視，在實(shí)驗(yàn)設(shè)施與時(shí)間安排上明顯不足，很多學(xué)校實(shí)驗(yàn)室并不開放導(dǎo)致沒有有效地發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)的功效。同時(shí)教師組織物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終目標(biāo)，就是為了考試時(shí)物理實(shí)驗(yàn)題目得分，忽視了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。在組織實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)時(shí)，選擇高中階段必做的實(shí)驗(yàn)，高一、高二學(xué)生每學(xué)期還有幾次可以進(jìn)行;到高三時(shí)基本上沒有時(shí)間在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，更別說利用實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)了。基于新課程改革的大背景下，需要明確與重視實(shí)驗(yàn)的重要性，從物理演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、課后實(shí)驗(yàn)三個(gè)角度來分析，基于核心素養(yǎng)展開實(shí)驗(yàn)探究具有研究意義。

一、 物理演示實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)策略

（一）生動創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

實(shí)驗(yàn)相較于其他的物理知識來說，具有一定的吸引力，如何運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行積極探究是教師思考的重點(diǎn)問題。生動有趣的實(shí)驗(yàn)情境在一定程度上可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，進(jìn)行主動探究，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維奠定基礎(chǔ)。例如：在進(jìn)行人教版高中物理必修一《第三章相互作用——力》中“力的分解”演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師為了讓學(xué)生對力分解有一個(gè)直觀的印象，可以組織實(shí)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)生生活中常見的物體為學(xué)生營造一個(gè)生活實(shí)驗(yàn)情境。首先準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材：橡皮筋、鉛筆、重物（石子、水果等）。教師利用這些實(shí)物，來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);其次教師用自己的手掌、橡皮筋、鉛筆、重物來構(gòu)建成一個(gè)“三角支架”，讓學(xué)生通過這種形態(tài)來感知什么是力的分解，結(jié)合直觀實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)出力的分解示意圖。整個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然很小，但是卻實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)激趣，引導(dǎo)學(xué)生自主探究的作用，更加容易理解力的分解，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

（二）利用實(shí)驗(yàn)理解抽象概念，構(gòu)建直觀模型

物理知識相對抽象、概括，很多學(xué)生對其中內(nèi)容缺少直觀感知，理解可能過于表層，并沒有認(rèn)識知識的本質(zhì)?；诖?，教師利用演示實(shí)驗(yàn)，將抽象的知識直觀形象化，不但講解相關(guān)知識，同時(shí)構(gòu)建了直觀模型，符合學(xué)生的思維發(fā)展，更易理解與掌握。例如：在進(jìn)行人教版高中物理必修三《電場強(qiáng)度》教學(xué)時(shí)，首先提出問題“帶電的小球在電場中不同位置，和帶不同電量的小球在電場同一位置時(shí)，帶電小球所受到的作用力的大小和電荷量的關(guān)系？”但是很多學(xué)生對于看不見摸不著的電場，缺少理解與認(rèn)識，這時(shí)就可以組織實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生可以直觀地感受什么是電場，具體實(shí)驗(yàn)：準(zhǔn)備蓖麻油，然后在上面均勻地撒上一層發(fā)屑，利用電來觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)屑按照電場的方向排列，不但直觀地感受到電場的存在，同時(shí)也顯示出電場線的分布情況，理解了什么是電場線，在大腦中構(gòu)建了電場模型，有利于常生科學(xué)思維的培養(yǎng)。

（三）創(chuàng)新使用實(shí)驗(yàn)器材，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

演示實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)器材，在一定程度上也會對實(shí)驗(yàn)效果產(chǎn)生影響，因此實(shí)驗(yàn)器材的選擇與應(yīng)用有著重要的作用。來源簡單、精確度高、符合學(xué)生認(rèn)知與生活經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材更易吸引學(xué)生。教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新器材，例如采用生活實(shí)物作為器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不但可以拉近物理與生活間的距離，同時(shí)也培養(yǎng)了科學(xué)態(tài)度。采用生活化的實(shí)驗(yàn)器材，體現(xiàn)了“從生活到物理，從物理到社會”的課程改革理念，活用生活品做趣味性實(shí)驗(yàn)，可以更好地調(diào)動學(xué)生的探知欲，學(xué)生可以從生活經(jīng)驗(yàn)中直接了解物理知識。例如，人教版高中物理必修一第四章《運(yùn)動和力的關(guān)系》有關(guān)牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)，教師就設(shè)計(jì)了“杯子里的雞蛋”演示實(shí)驗(yàn)。具體步驟是：將一張卡片蓋在水杯上，把戒指放在卡片上，再把雞蛋豎在戒指上?！罢埻瑢W(xué)們想一想，如果現(xiàn)在將卡片抽出來，雞蛋會發(fā)生什么？”激發(fā)學(xué)生猜想與預(yù)測，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度。

二、 分組實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)策略

（一）親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，可以充分調(diào)動學(xué)生身體與思維，帶給學(xué)生最強(qiáng)烈、真實(shí)的體驗(yàn)。要求學(xué)生親自設(shè)計(jì)、收集資料、記錄、論證等，不斷地探究與分析，有利于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。例如：人教版高中物理必修三第十二章《實(shí)驗(yàn)：電池電動勢和內(nèi)阻的測量》結(jié)合上課學(xué)過的結(jié)閉合電路的歐姆定律，要求學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，自主設(shè)計(jì)和制定實(shí)驗(yàn)方案，可以結(jié)合伏安法、安阻法、伏阻法等來制定。當(dāng)然教師需要提前對實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)進(jìn)行提醒，由于干電池的內(nèi)阻較小，要預(yù)防短路，否則會損壞電表和電池;控制通電時(shí)間等，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)安全意識。結(jié)合實(shí)驗(yàn)得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用代數(shù)法測出電池的電動勢和內(nèi)阻，或由歐姆定律制定U-I圖像，求出電池的電動勢和內(nèi)阻。讓學(xué)生親身經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，培養(yǎng)學(xué)生探究、思維能力。最后組織學(xué)生反思評估實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

（二）設(shè)計(jì)系列問題，促進(jìn)形成科學(xué)思維

教師在組織分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以通過問題來全面貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，更好地理解與掌握物理知識。教師結(jié)合物理教材，設(shè)計(jì)針對性與遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)與創(chuàng)新問題，構(gòu)建極具結(jié)構(gòu)性與邏輯性的問題體系，培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。教師利用問題來引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，再加上積極地進(jìn)行思考，深入地理解物理知識，發(fā)揮其思維想象力，實(shí)現(xiàn)知識的遷移與內(nèi)化，循序漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。例如：在進(jìn)行人教版高中物理必修一第四章《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)一系列物理問題，“物體質(zhì)量一定力不同，物體加速度有什么不同;力大小相同，作用在不同的質(zhì)量的物體上，物體加速度有什么不同？”讓學(xué)生分組做實(shí)驗(yàn)定性討論。“設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在各個(gè)不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系，鍛煉學(xué)生根據(jù)條件設(shè)計(jì)制定實(shí)驗(yàn)方案，以及選擇合理實(shí)驗(yàn)儀器獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力”“如何消除實(shí)驗(yàn)中摩擦力的影響，及如何判斷小車是否做勻速運(yùn)動。”培養(yǎng)學(xué)生能靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力“你們在實(shí)驗(yàn)過程中遇到的困難是什么呢？”……利用問題處理信息，觀察分析、歸納總結(jié)，讓學(xué)生經(jīng)歷解決問題的過程，主動地思考與探究實(shí)驗(yàn)，提煉和升華物理概念與規(guī)律，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)推理、論證及質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維。

（三）注重關(guān)注實(shí)驗(yàn)反思，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度

教師組織分組實(shí)驗(yàn)還需要重視實(shí)事求是科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)，以真實(shí)、理性、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。教師組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，還要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行回顧與反思，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，探究解決問題的原因。培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，排除外在因素，嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)態(tài)度。例如：在進(jìn)行人教版高中物理必修一《牛頓第二定律》學(xué)習(xí)時(shí)，需要平衡摩擦力，這是探究第二定律的重要步驟，但是很多學(xué)生卻存在忽略的現(xiàn)象，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論知識之間的存在較大的差異?；谶@種情況下，教師需要引領(lǐng)學(xué)生找到原因，有意識地激發(fā)學(xué)生的注意力。僅是將實(shí)驗(yàn)作為學(xué)習(xí)任務(wù)展開教學(xué)與完成實(shí)驗(yàn)，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能發(fā)揮實(shí)驗(yàn)效果的，在實(shí)驗(yàn)過后進(jìn)行反思與歸納，讓學(xué)生體會實(shí)驗(yàn)過程中要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、做好每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

三、 課后實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)策略

（一）重視課后實(shí)驗(yàn)，鞏固核心知識

除了課堂教學(xué)活動外，還需要將實(shí)驗(yàn)拓展到課外活動中，將實(shí)驗(yàn)理念全面貫穿于整個(gè)物理學(xué)習(xí)中。教師布置一些實(shí)驗(yàn)小任務(wù)，要求學(xué)生自主制作實(shí)驗(yàn)裝置，一方面幫助學(xué)生理解課堂教學(xué)知識點(diǎn)，進(jìn)一步理解與鞏固所學(xué)知識;另一方面內(nèi)化所學(xué)物理知識，在生活中進(jìn)行運(yùn)用與實(shí)踐，有利于學(xué)生實(shí)際運(yùn)用能力與解決問題能力的培養(yǎng)。例如：在進(jìn)行有關(guān)電場和磁場相關(guān)知識的學(xué)習(xí)以后，教師可以布置制作一個(gè)簡易的發(fā)電裝置，來內(nèi)化電場與磁場關(guān)系的相關(guān)知識;在學(xué)習(xí)動量守恒定律后，教師布置自制簡易火箭的動手實(shí)踐任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生搜集資源、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、內(nèi)化知識的能力;在學(xué)習(xí)有關(guān)影響摩擦力因素的相關(guān)知識后，教師布置自制器具的任務(wù)，保障做出的器具受到的摩擦力小，培養(yǎng)了學(xué)生主觀能力性與創(chuàng)造性。雖然整個(gè)課外實(shí)驗(yàn)缺少了教師的關(guān)注與指導(dǎo)，只能靠自己來設(shè)計(jì)與操作，但是卻充分地調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，提升了學(xué)生的實(shí)踐動手能力，啟迪了學(xué)生的思維與智慧，促進(jìn)了學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（二）結(jié)合物理生活，滲透“STSE”理念

“STSE”更加強(qiáng)調(diào)的是科學(xué)理念，重視科學(xué)、技術(shù)與社會、環(huán)境間的關(guān)系，發(fā)揮科學(xué)技術(shù)在社會生產(chǎn)，生活環(huán)境和社會發(fā)展中的作用，以期實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。“STSE”教育理念，要求學(xué)生具備知識的運(yùn)用能力，更好地解決實(shí)際問題，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。教師在課后設(shè)置實(shí)驗(yàn)，布置創(chuàng)作學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生可以進(jìn)一步理解與內(nèi)化所學(xué)知識，更好地應(yīng)用于生活實(shí)踐中去，提高學(xué)生解決問題的能力。例如：在進(jìn)行人教版高中物理必修二《圓周運(yùn)動》的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容后，教師布置課外觀察任務(wù)，請學(xué)生對常見的自行車進(jìn)行觀察，記錄自行車的大齒輪、小齒輪與后輪上的質(zhì)點(diǎn)、線速度、角速度之間的關(guān)系。教師在課堂教學(xué)時(shí)，組織討論與分析活動，鼓勵(lì)學(xué)生大膽表達(dá)與發(fā)表觀點(diǎn)，同時(shí)還組織小組討論活動，實(shí)現(xiàn)思維的發(fā)展與碰撞，讓學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)。再如：在進(jìn)行人教版高中物理必修一《重力與彈力》中有關(guān)“重心”的知識后，教師要求學(xué)生結(jié)合內(nèi)容動手制作小作品，然后在課堂為上展示并表達(dá)實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)現(xiàn)了由生活到物理再到生活的過程，讓學(xué)生感知物理的魅力，促進(jìn)學(xué)生解決實(shí)踐問題的能力，將“STSE”的理念傳達(dá)給學(xué)生，實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng)。

四、 結(jié)語

通過本研究可以看出，實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要性：將物理實(shí)驗(yàn)與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)新課程對高中物理教學(xué)目標(biāo)的要求，將實(shí)驗(yàn)作為培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)水平的主要方法與途徑，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。從演示實(shí)驗(yàn)、分組實(shí)驗(yàn)、課后實(shí)驗(yàn)三個(gè)角度來培養(yǎng)核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生深入思考、發(fā)展科學(xué)思維、增加學(xué)生實(shí)驗(yàn)情感體驗(yàn)、鍛煉學(xué)生的科學(xué)探究能力與科學(xué)態(tài)度，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。教師意識到應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)是一個(gè)十分值得研究的課題。由于筆者受專業(yè)水平與能力的影響與限制，在廣度與深度上還需要進(jìn)行深入地思考與研究，希望未來能培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念與思維能力，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的全面提升。

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作者簡介：

田琴新，甘肅省白銀市，甘肅省景泰縣第二中學(xué)。