核心素養(yǎng)視域下高中物理實驗教學探究
——以“探究平拋運動的特點”為例

劉 芬

（江蘇省運河中學，江蘇 邳州 221300）

核心素養(yǎng)是新課改的重要導向，對于高中物理實驗教學而言，為了保障學生的終身發(fā)展，讓學生能更好地適應社會的發(fā)展需求，物理教師應當改變沉痼的教學理念，以培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)作為教學目標。高中物理核心素養(yǎng)分為物理觀念、實驗探究、科學思維、科學態(tài)度與責任幾個方面，這是高中物理實驗教學應立足的基石。本文以“實驗：探究平拋運動的特點”的教學為例，探究核心素養(yǎng)導向下高中物理實驗教學的有效策略。

一、情境導入，培養(yǎng)學生的物理觀念

所謂物理觀念，代指人們從物理學視角上對能量、物質、運動、相互作用產(chǎn)生基本的認識，并能從中總結概念，分析其中的規(guī)律，以解釋現(xiàn)實中的物理問題與自然現(xiàn)象。換言之，當學生看到某個物理名詞，能立刻聯(lián)想到對應的實驗情景，而看到物理情景時，又能迅速聯(lián)系到相關的物理知識。若想通過實驗教學培養(yǎng)高中生的物理觀念，教師應當采用情境教學法，將物理知識與實驗情景結合在一起，加深學生的學習印象。創(chuàng)設情境的優(yōu)勢在于教學的直觀性，教師需要給學生帶來強烈的感官刺激，營造引人入勝的教學情景。對此，教師可以利用多媒體技術，將抽象的知識點代入到生活場景中，從而形象地展現(xiàn)出來。

例如，在教學“平拋運動”實驗之前，教師可以先播放一段真實的新聞：巴基斯坦俾路支省的山區(qū)突然燃起了大火，連續(xù)數(shù)日都沒有熄滅。相鄰國家伊朗準備派出消防飛機，聯(lián)合巴基斯坦政府開展聯(lián)合滅火任務。在播放完新聞之后，教師可以播放另一段視頻，展示消防飛機的滅火步驟，讓學生了解到飛機滅火的具體過程。通過情境的展示，學生可以清晰觀察到飛機在空中拋灑阻燃劑時，阻燃劑會有規(guī)律地完成一項運動。此時，教師可以讓學生結合之前學過的物理知識，進行初步的聯(lián)想，分析這種運動是否符合以前學過的物理運動。通過這種方式，可以加強學生新知識與舊知識之間的聯(lián)系，促進教學情境與物理概念之間的聯(lián)想，有助于學生物理觀念的生成。

二、問題設置，培養(yǎng)學生的科學思維

所謂科學思維，代指學生針對某個問題或現(xiàn)象，進行質疑、推理、論證、修正等一系列的分析過程，這是學生學習物理必須具備的基本品質。若想培養(yǎng)學生的科學思維，教師通常要注重以下幾個教學要點：①建構物理模型。通過模型將案例與物理知識對接，讓學生能在模型的基礎上完成假設、推導的分析過程。②重視推理的經(jīng)過。推導是一個循序漸進的過程，學生往往要根據(jù)一些已知的知識點，在合理的依據(jù)下分析出新的結論。如果重視推理過程，學生的思維能力將會得到最大化的鍛煉。③猜想固然重要，但證據(jù)更重要。物理實驗并非盲目探索，而是要在合理的依據(jù)上步步推進。對此，教師需要讓學生了解到證據(jù)和觀點的區(qū)別，教導學生如何合理使用證據(jù)，以及怎樣通過證據(jù)表述自己的觀點。④大膽提出質疑，并在質疑的基礎上積極探索、嘗試創(chuàng)新，挖掘自身的思維潛力。針對以上培養(yǎng)目標，教師可以通過問題教學法在情境教學的基礎上設置問題，由淺至深地引導學生進行深度思考。

例如，在播放完巴基斯坦山火的視頻之后，教師可以利用電子白板，在屏幕上建構建消防飛機滅火的物理模型。在此過程中，教師也可以對學生提出相應的思考問題：①為什么消防飛機在拋灑阻燃劑時，沒有在火場的正上方拋灑，而是要提前釋放呢？②如果在火場正上方拋灑阻燃劑，有可能會出現(xiàn)什么樣的后果？③觀察阻燃劑在空中的運動軌跡，分析這種軌跡有什么樣的特點？以上三個問題層層遞進，均與消防飛機的滅火情境有關。需要學生結合視頻，對問題進行初步分析與討論。教師可以將學生分組，給學生預留充足的討論時間，讓各小組總結出問題的結論。最后，針對學生的思考結果，教師預設一個簡單的小實驗，鼓勵學生提出猜想。實驗內(nèi)容如下：準備好橡皮筋、鉛筆、靶子等道具，將鉛筆水平放置在拉伸狀態(tài)的橡皮筋上，將靶子舉起，保證筆尖與靶心在同一高度。隨后，將鉛筆射出的同時松開靶子，讓其自由落體，觀察最后的實驗結果。針對之前對滅火視頻的分析結果，學生可以對這個實驗進行猜想：鉛筆是否能射在靶子上？筆尖是否能正好落在靶心？

三、實驗對比，培養(yǎng)學生的探究能力

所謂科學探究，是在猜想、假設的基礎上制定相應的研究方案，通過收集信息、計算數(shù)據(jù)得出科學的證據(jù)，對猜想進行準確解釋。對于高中物理實驗而言，科學探究的培養(yǎng)是至關重要的一個環(huán)節(jié)。這需要教師幫助學生設計出符合邏輯的探究方案，以核心素養(yǎng)的角度觀察和分析實驗目標。如果預設的方案并沒有得出既定的結果，學生還要對實驗步驟進行多次修正，通過反復對比，找出其中的問題。因此，想要培養(yǎng)學生的科學探究核心素養(yǎng)，教師需要將學習的主動權放還給學生，貫徹“以生為本”的教育原則。

針對“鉛筆與靶子”的自由落體實驗，教師可以讓學生以小組為單位進行實驗測試。按照學生之前的猜想，如果實驗順利，鉛筆應當能正好射在靶心上。但在具體實驗的過程中，鉛筆在靶子上留下的痕跡往往會與靶心有一定的距離。此時，教師可以引導學生思考：為什么會出現(xiàn)這樣的實驗問題？究竟是什么因素導致了誤差的出現(xiàn)？如何能避免這些因素的影響？學生通過討論，可以提出許多猜想：①鉛筆沒有對準靶心。②鉛筆沒有保持水平狀態(tài)。③射出鉛筆與松開靶子兩種行動不同步。針對以上猜想，學生在實驗中逐步加以修正，嘗試將誤差減到最小。

經(jīng)過多次修正后，學生可以發(fā)現(xiàn)，無論實驗操作再怎樣精準，誤差依然會存在。在此基礎上，教師可以為學生推薦其他與“平拋運動”有關的實驗計劃，作為學生課后的探究學習任務，讓學生思考哪一種實驗方式的誤差可能最小？如圖1 所示，共有五種實驗方案。其中，前兩種為自制教具，要求學生通過測量小球軌跡、水珠軌跡的方式完成“平拋運動”的驗證；第三種和第四種為當前教材的統(tǒng)一教學案例，學生可以在實驗室完成；第五種屬于現(xiàn)代數(shù)字化物理實驗范疇，需要在專用教室進行。學生可以在課余時間向教師申請逐一嘗試以上實驗案例，做好數(shù)據(jù)記錄，分析各種實驗方案的優(yōu)點與缺陷。在反復嘗試、對比的過程中，教師可以從多個角度培養(yǎng)學生的動手實踐能力。同時，也能讓學生體會從機械化實驗到信息化實驗的進步。

圖1

四、反饋總結，培養(yǎng)學生的責任意識

完成以上教學環(huán)節(jié)之后，教師需要帶領學生對整個實驗過程進行復盤。通過歸納總結，不僅能幫助學生鞏固學習成果，也能深入剖析物理實驗中隱藏的學科內(nèi)涵，將實驗知識與生活、社會、國家聯(lián)系在一起，在潛移默化中培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。

所謂科學態(tài)度與責任，要求學生對科學技術抱有正確的學習態(tài)度，并結合當前的環(huán)境建設、社會發(fā)展，形成健康的責任意識。這種核心素養(yǎng)的定義比較廣泛，除了優(yōu)秀的價值觀念以外，學生還需要對知識產(chǎn)生強烈的學習興趣，具備優(yōu)秀的求知求真精神與出色的團隊作風。對此，教師可以通過自評、互評等多元評價的方式，讓學生談一談自己在實驗探究中得到了什么學習收獲？在與他人合作實驗的過程中，曾犯下什么錯誤？如何將錯誤及時修正？由此，可以客觀地分析學生的優(yōu)點與不足，讓學生能正視自己的水平，培養(yǎng)優(yōu)秀的學習態(tài)度。最后，教師可以讓學生在網(wǎng)上查詢資料，了解“平拋運動”對社會建設能起到什么樣的價值。例如人工降雨、飛機滅火、撒藥滅蝗等等，在潛移默化中為學生樹立良好的社會責任。

五、結語

隨著新課改的不斷深入，未來的高考不僅會測試學生是否能扎實地掌握知識，還會從實踐能力、科學思維、學習態(tài)度、學習責任等多個角度入手，考查學生的綜合素質。通過對“平拋運動”實驗的深入探究，學生可以對比以往的實驗設計與信息技術環(huán)境下的實驗設計，從而更好地建構實驗模型，循序漸進地完成質疑、假設、推理、論證、實驗、總結的學習過程。這不僅能培養(yǎng)學生的探究精神，還能激發(fā)學生的主觀學習能動性，對學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)大有裨益。