如何基于高中物理實驗教學(xué)提升學(xué)生物理素養(yǎng)

鐘寧　王長才

摘要：物理實驗教學(xué)是高中物理教學(xué)不可分割的一部分，是認(rèn)識物理規(guī)律、深化物理概念、提升物理核心素養(yǎng)的重要部分，應(yīng)當(dāng)引起高中物理教師的高度重視.實驗教學(xué)又是物理教學(xué)的難點，需要教師優(yōu)化實驗教學(xué)思路，轉(zhuǎn)變實驗教學(xué)形式，基于高中物理實驗教學(xué)提升學(xué)生物理素養(yǎng).本文我以實際教學(xué)內(nèi)容為例，對于如何基于高中物理實驗教學(xué)提升學(xué)生物理素養(yǎng)問題進(jìn)行研究，進(jìn)而實現(xiàn)實驗教學(xué)思路的優(yōu)化探索，望能引起讀者深思.

關(guān)鍵詞：高中物理;實驗教學(xué);物理素養(yǎng);策略探究

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2022）15-0101-03

收稿日期：2022-02-25

作者簡介：鐘寧（1984-），男，甘肅省靜寧人，本科，中學(xué)高級教師，從事高中物理教學(xué)研究.

王長才（1984-），男，甘肅省靜寧人，本科，中學(xué)高級教師，從事高中物理教學(xué)研究.

基金項目：本文系甘肅省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點課題，課題名稱：農(nóng)村地區(qū)普通高中物理實驗教學(xué)多樣化特色化發(fā)展模式研究——以靜寧縣為例，課題立項號：GS [2021] GHBZ088.

下面，我將結(jié)合自己的實際教學(xué)經(jīng)驗，自“立足實際，以生為本，樹立物理實驗思想”、“激發(fā)探討，反思交流，夯實物理實驗基礎(chǔ)”、“畫圖示意、原理探索，強化實驗原理理解”和“關(guān)注創(chuàng)新，倡導(dǎo)設(shè)計，培養(yǎng)實驗創(chuàng)新能力”等四方面入手，對此加以闡述.

1 立足實際，以生為本，樹立物理實驗思想

高中物理教師應(yīng)當(dāng)充分立足學(xué)生的物理學(xué)習(xí)實際，樹立以生為本的教學(xué)理念，在循序漸進(jìn)的教學(xué)過程中不斷幫助學(xué)生樹立物理實驗思想，以提升學(xué)生的物理實驗探究能力.在實驗教學(xué)中，物理教師要設(shè)計明確的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，有針對性的進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容預(yù)設(shè)，使學(xué)生明確實驗?zāi)康暮突A(chǔ)理論知識.例如，高中物理必修一第四章的牛頓第一定律實驗，是理想實驗的重要代表，在物理學(xué)史上有著非凡的意義和地位.我為了讓學(xué)生重走伽利略的探究之路，體會理想實驗的妙用，提升學(xué)生物理科學(xué)探究思維，課前為學(xué)生著重講解了牛頓第一定律實驗的歷史背景，將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力作為實驗講解的重要目標(biāo).伽利略獨特敏銳的實驗探究觀點與亞里士多德所提出的“力是維持物體運動的原因”這一具有統(tǒng)治地位的觀點相互矛盾.但是伽利略大膽想象、大膽創(chuàng)造，設(shè)計了著名的理想斜面實驗，進(jìn)行了合理的邏輯推理，最終得出“物體的運動不需要靠力來維持”的重要結(jié)論，為力和運動關(guān)系的研究提供了可貴的物理結(jié)論.課堂上我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生利用較為光滑的軌道演示了伽利略的實驗探究過程，一起剖析了伽利略獨特的實驗探究方法——實驗事實基礎(chǔ)+科學(xué)的邏輯推理的理想實驗思路，總結(jié)得出了“若沒有受到力的作用，小球?qū)⒂肋h(yuǎn)運動下去”.在本實驗教學(xué)中，我著重引領(lǐng)學(xué)生體會了伽利略所具備的物理探究精神與物理探究思維，鼓勵學(xué)生要向其學(xué)習(xí)，認(rèn)真思考，培養(yǎng)物理創(chuàng)新精神與探究能力，以科學(xué)的思維，對曾經(jīng)的物理知識與實驗進(jìn)行自主性的探索，提高學(xué)生的綜合物理素養(yǎng).

作為一名農(nóng)村高中物理教師，在教學(xué)過程中要想方設(shè)法不斷創(chuàng)造實驗條件，開展演示實驗，盡可能讓學(xué)生動手操作.我在教授學(xué)生物理實驗問題時，先從檢查學(xué)生物理實驗狀態(tài)開始，感受學(xué)生進(jìn)行物理實驗學(xué)習(xí)和實踐操作中的變化，及時肯定學(xué)生在實驗學(xué)習(xí)中的進(jìn)步，給他們鼓勵和指導(dǎo).學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶岣咝枰L期的堅持和循序漸進(jìn)的引導(dǎo)，長期以來的堅持促使學(xué)生在實驗?zāi)芰ι嫌辛诉M(jìn)步，也是老師的欣慰和成就感.

2 激發(fā)探討，反思交流，夯實物理實驗基礎(chǔ)

高二學(xué)生相繼學(xué)習(xí)了電壓表、電流表、歐姆表知識后，為了順利開展多用電表的教學(xué)，我組織了“能不能將這些電表的功能集合在同一個表內(nèi)，實現(xiàn)一表多用”的探討？學(xué)生們觀點不一，有同學(xué)認(rèn)為歐姆表需要電源，不能和其他表組合在一起，也有同學(xué)認(rèn)為歐姆表和其它電表可以共用一個表盤，通過改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)多種功能.基于此，首先我將學(xué)生分成小組，研究各種電表的工作原理和內(nèi)部電路結(jié)構(gòu);其次，開展小組自主設(shè)計，考慮如何用最合理的方式將這些不同的表組合在一起，形成最合理的電路實現(xiàn)一表多用.最后，各小組通過多媒體展示設(shè)計方案，所有學(xué)生做評委，參與討論，篩選出最合理實用、最具可行性的設(shè)計方案.通過這種小組設(shè)計展示活動，學(xué)生查閱了不少資料，充分調(diào)動了學(xué)生的能動性，發(fā)揮了學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生在討論設(shè)計的過程中深刻領(lǐng)會了電壓表、電流表和歐姆表的改裝和原理，起到了事半功倍的效果.最后組織學(xué)生進(jìn)行了多用電表的校準(zhǔn)和操作訓(xùn)練，幫助學(xué)生熟練掌握了多用電表的使用.

這種發(fā)揮學(xué)生能動性的探討、設(shè)計、交流學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度，激發(fā)了學(xué)生探索某種裝置儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熱情，為學(xué)生開展物理探究實驗搭建了很好的平臺，加深了物理理論知識的掌握程度，發(fā)揮了學(xué)生的科學(xué)探究精神.

3 畫圖示意，原理探索，強化實驗原理理解

高中物理教師在教學(xué)過程中可以通過畫圖示意、教具模型展示等方式來幫助學(xué)生對實驗本質(zhì)的認(rèn)識，深化學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解.

打點計時器的使用是高中物理的第一個學(xué)生實驗，雖然實驗簡單，但是如何深入有效開展高中物理實驗教學(xué)，學(xué)生如何進(jìn)入實驗的深度學(xué)習(xí)，本節(jié)課的教學(xué)具有非常重要的意義.為了深化學(xué)生對打點計時器的使用、開好這個實驗教學(xué)的頭，課前我做了充分的準(zhǔn)備，做了如下設(shè)計：首先我給每個學(xué)習(xí)小組發(fā)放了打點計時器實物，讓學(xué)生仔細(xì)觀察打點計時器的構(gòu)造，先做了必要的了解和準(zhǔn)備;接下來我通過系列問題設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生理解打點計時器的原理：

問題1線圈通電后會有什么變化？

問題2推測振針受到了什么樣的作用力，發(fā)生上下振動的？

問題3線圈中通過的電流有什么特點？電源應(yīng)該使用交流電還是直流電？

問題4振針振動的周期和電流變化的周期有什么關(guān)系？

問題5振針振動如何將點打在紙帶上？復(fù)寫紙應(yīng)該放在紙帶的上面還是下面？復(fù)寫紙的油面應(yīng)該朝上還是朝下？1CB46F43-F5C7-4946-8305-D559D5BA169D

雖然高一學(xué)生還沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)通電線圈在磁場中受的安培力，但是他們根據(jù)初中學(xué)過的電磁繼電器知識和右手螺旋定則，能對通電線圈在磁場中的受力做出合理的推測，大大激發(fā)了學(xué)生研究打點計時器構(gòu)造的欲望，深入仔細(xì)的觀察了打點計時器的結(jié)構(gòu)，掌握了工作原理.例如：打點計時器打不上點的原因如果是振針挨不到紙帶，我們就得調(diào)整振針的高度;如果是打點力量太小在紙帶上留不下痕跡，我們就得增大電源電壓;如果是復(fù)寫紙?zhí)f，我們就得更換新的復(fù)寫紙，還得注意觀察復(fù)寫紙有沒有放反……同學(xué)們對排查故障，解決問題表現(xiàn)出了極大的熱情，個個積極參與，深入研究，通過這個故障排查的過程更深入的理解了打點計時器的工作原理和過程，透徹的分析強化了他們對打點計時器的認(rèn)識，給高中物理實驗開了好頭，為后續(xù)物體速度加速度的測定實驗打下了堅實的基礎(chǔ)，同時滲透了從分析問題到解決問題的科學(xué)思路.

4 關(guān)注創(chuàng)新，倡導(dǎo)設(shè)計，提升實驗綜合能力

物理實驗創(chuàng)新設(shè)計最能體現(xiàn)一個學(xué)生的綜合能力和實驗素質(zhì)，考題難度高，試題偏向于實驗的設(shè)計性和探究性，體現(xiàn)出遷移性、創(chuàng)新性，突出開放性，考查創(chuàng)新能力，更加注重學(xué)生科學(xué)探究精神和創(chuàng)新能力的考查，滲透著學(xué)科育人價值.試題設(shè)計注重區(qū)分扎扎實實做實驗的學(xué)生和通過刷題背實驗的學(xué)生.

在驗證動量守恒定律的實驗教學(xué)中，我首先幫助學(xué)生分析并把握實驗?zāi)康?即：驗證物體系統(tǒng)內(nèi)相互作用的過程中系統(tǒng)的總動量保持不變.然后我將設(shè)計方案的過程以下面這些問題的形式做了展開：

問題1：動量守恒定律研究的對象是什么？

問題2：動量守恒的條件是什么？

問題3：以我們的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，哪些相互作用的過程中動量是守恒的？

學(xué)生們根據(jù)以上給出的問題導(dǎo)引開始設(shè)計或者選擇實驗方案并分享自己的設(shè)計.同學(xué)們設(shè)計的具有代表性的實驗方案主要有以下幾種：

方案一：如圖1甲所示，利用氣墊導(dǎo)軌和光電計時器研究滑塊A和滑塊B碰撞過程中的動量守恒;

方案二：如圖1乙所示，利用滑板和打點計時器研究滑塊A和滑塊B發(fā)生完全非彈性碰撞過程中的動量守恒;

方案三：如圖1丙所示，利用兩個小球擺動中的碰撞研究碰撞過程中的動量守恒;

方案四：如圖1丁所示，利用小球從斜面上下滑獲得初速度，與槽口的小球發(fā)生碰撞，利用平拋運動測量小球碰前碰后的速度，進(jìn)而驗證動量守恒;

學(xué)生通過這樣的設(shè)計過程，看到了各種不同的實驗方案，發(fā)散了思維，拓寬了思路，掌握了驗證性實驗的一般設(shè)計思想，提升了實驗創(chuàng)新能力，當(dāng)他面對高考創(chuàng)新類實驗時就不至于亂了手腳，不至于無從下手.仔細(xì)研究我們不難發(fā)現(xiàn)，不論實驗題怎么變化，實驗教學(xué)中讓學(xué)生明確實驗?zāi)康?、理解實驗原理、掌握實驗方法、會正確使用儀器、控制實驗條件、能記錄并處理數(shù)據(jù)、得出實驗結(jié)論的基本思路一成不變，只要教學(xué)過程中教師多關(guān)注學(xué)習(xí)過程，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)開展實驗教學(xué)，避免以應(yīng)試為目的的背實驗、刷實驗題的粗劣做法，我們就可以做到以不變應(yīng)萬變.

綜上所述，高中物理實驗教學(xué)是高中物理教學(xué)不可分割的一部分，是認(rèn)識物理規(guī)律、深化物理概念、提升物理核心素養(yǎng)的重要部分，應(yīng)當(dāng)引起高中物理教師的高度重視.實驗教學(xué)又是物理教學(xué)的難點，教師應(yīng)當(dāng)從起點上立足教學(xué)實際，樹立物理實驗思想，創(chuàng)造實驗條件，優(yōu)化實驗教學(xué)模式，通過做好實驗教學(xué)提升其物理素養(yǎng)，實現(xiàn)學(xué)科育人價值.

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉嬋玉.新課改下高中物理實驗教學(xué)模式的探索與評價研究[D].西安：陜西師范大學(xué)，2013（05）：01.

[2] 戴雁.高中物理實驗微課程的設(shè)計與應(yīng)用研究[D].福州：福建師范大學(xué)，2015（05）：01.

[3] 張永杰.基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)高中物理實驗教學(xué)的實踐研究[D].徐州：江蘇師范大學(xué)，2017（10）：07.

[4] 姚宗兵.新課改背景下高中物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀的調(diào)查分析與對策研究——以連云港市高中學(xué)校為例[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2015（03）：08.

[責(zé)任編輯：李璟]1CB46F43-F5C7-4946-8305-D559D5BA169D