現(xiàn)階段高中物理教學(xué)中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)踐研究

王 勤

(貴州省思南中學(xué) 貴州 思南 565100)

由于物理是一門典型的自然科學(xué)類科目，不少知識原理都是前人經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)探究而得出的，這充分表明實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，做好同理論教學(xué)的補(bǔ)充工作，讓兩者相互促進(jìn)與發(fā)展，建立起完善的教學(xué)體系。高中物理教師應(yīng)以新課標(biāo)為導(dǎo)向創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容與方式，把抽象的物理知識變得具象化，由此降低學(xué)生的理解難度，促使他們高效率的學(xué)習(xí)物理知識。

1.利用“沖突思維”完成試驗(yàn)演示

在進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)時，教師可以將實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行分解，以便于加深學(xué)生對相關(guān)知識理解，掌握相關(guān)物理知識的本質(zhì)，可以幫助學(xué)生將所學(xué)知識與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象融合在一起，提高他們的邏輯思維能力。但是在這一過程中需要注意的是，教師應(yīng)時刻關(guān)注學(xué)生的注意力，避免學(xué)生出現(xiàn)注意力不集中等情況，以致于對教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)效率造成影響。以壓縮氣體點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)為例，教師在進(jìn)行講解時，不可以在初期就告訴學(xué)生最終答案，即壓縮空氣點(diǎn)火是可以實(shí)現(xiàn)的。這種做法很難讓學(xué)生感到信服，教師可以利用相似實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生的思考，比如利用打氣筒向干癟的球內(nèi)充氣，當(dāng)充氣完成后，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)，打氣筒是熱的，然后此時教師應(yīng)讓學(xué)生發(fā)揮自己的想象力，思考這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，然后再用打氣筒在空氣中打氣，驗(yàn)證學(xué)生的說法，當(dāng)完成對比試驗(yàn)后，教師再進(jìn)行壓縮空氣點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)就更容易讓學(xué)生接受、理解實(shí)驗(yàn)結(jié)果。而且在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可以向?qū)W生布置一些“沖突思維”問題，讓學(xué)生對相關(guān)知識進(jìn)行深度挖掘。

2.豐富教學(xué)內(nèi)容，積極開展團(tuán)體合作

基于核心素養(yǎng)背景下開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)還需要注意的是學(xué)生差異性對教學(xué)效果的影響。以往的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中教師的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)千篇一律，忽視了學(xué)生的能力差異，使用同樣的標(biāo)準(zhǔn)指引其完成實(shí)驗(yàn)并不具備針對性，教師需要意識到生活環(huán)境、知識儲備和思維發(fā)展等情況對高中生的能力影響，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，積極開展團(tuán)體合作，制訂個性化的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，從而縮短學(xué)生之間的能力差異，使得每個學(xué)生都能對自己的物理水平有清晰的認(rèn)知，知道接下來的實(shí)踐方向，更好地完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展。

比如：在進(jìn)行“能量守恒定律”的知識學(xué)習(xí)時，本節(jié)課的主要內(nèi)容是帶領(lǐng)學(xué)生了解能量守恒定律相關(guān)細(xì)節(jié)，知道能量的轉(zhuǎn)化對能量總量的影響，結(jié)合機(jī)械能和內(nèi)能的概念更好地樹立物理思維，深化學(xué)科素養(yǎng)。為了減少學(xué)生的差異性影響，教師可以在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)將其依據(jù)不同的學(xué)科能力強(qiáng)弱結(jié)合，根據(jù)能量守恒定律相關(guān)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)不同的操作任務(wù)，分別操作打點(diǎn)計(jì)時器、安裝鐵架臺、記錄數(shù)據(jù)結(jié)果等，通過打點(diǎn)計(jì)時器各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離計(jì)算相應(yīng)的勢能，進(jìn)一步驗(yàn)證能量守恒定律，學(xué)生在相互學(xué)習(xí)的過程中也完善了個人的思維和創(chuàng)新能力，大膽提出更多驗(yàn)證方法，加強(qiáng)知識記憶和理解。

3.拓寬實(shí)驗(yàn)途徑，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維

要利用物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)來促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展，很顯然，僅僅在課堂內(nèi)進(jìn)行是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。學(xué)校外更廣闊的空間里，有著極為豐富的實(shí)驗(yàn)機(jī)會與素材，是發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維的最佳契機(jī)。所以，可以將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主場拓展至課堂外，利用現(xiàn)實(shí)環(huán)境，結(jié)合生活實(shí)際，通過素材的變化、實(shí)驗(yàn)道具的變化而激發(fā)學(xué)生的好奇心與探究意識，還可以很好的開拓學(xué)生的視野，從不同的角度來理解物理，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)造能力。比如，鼓勵學(xué)生結(jié)合環(huán)境對物理實(shí)驗(yàn)的材料進(jìn)行改革，對物理實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證改革與設(shè)計(jì)的可行性與有效性。在這個過程中，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維增進(jìn)學(xué)生間、師生間的交流與合作。營造更加融洽的學(xué)習(xí)氛圍，使得物理學(xué)科除了具備教育功能外，還兼具人文關(guān)懷，更全面的落實(shí)素質(zhì)教育的核心理念。

4.運(yùn)用科技成果，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)流程

在客觀因素的影響下，很多學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備比較落后，難以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。也有部分學(xué)生配有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但是教師卻很少使用，同樣導(dǎo)致了學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)效果比較差。面對這樣的情況，學(xué)校需要更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，鼓勵教師勇于嘗試運(yùn)用科技成果，以優(yōu)化物理實(shí)驗(yàn)流程。我們都知道，在物理實(shí)驗(yàn)中，有一些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是具有一定危險(xiǎn)性的，無論是教師還是學(xué)生在操作的時候都會有受傷的風(fēng)險(xiǎn)。在這樣的環(huán)節(jié)中，教師可以適當(dāng)借助微課，將物理實(shí)驗(yàn)課程錄制下來，并將需要認(rèn)真分析、悉心觀察的細(xì)節(jié)，通過放大、倍速慢放、動畫分解等方式形象地呈現(xiàn)到學(xué)生眼前，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效率，深化學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的理解。

5.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，充實(shí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

物理實(shí)驗(yàn)教育的開發(fā)，對實(shí)驗(yàn)裝置有特定的要求。學(xué)校應(yīng)根據(jù)高中階段物理教學(xué)內(nèi)容組建相應(yīng)的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)操作提供相應(yīng)的材料支持。此外，由于物理學(xué)的主題本身具有很強(qiáng)的理論性、邏輯性和抽象性，所以在教學(xué)時，教師要改變原來的教學(xué)觀念，積極創(chuàng)新教學(xué)模式，讓學(xué)生能學(xué)到更多。近年來，在信息技術(shù)蓬勃發(fā)展的背景下，隨著尖端技術(shù)的引進(jìn)，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性大幅提高。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，即使是以教材為基礎(chǔ)的情況下，操作順序的指導(dǎo)是固定的，但學(xué)生得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有可能不同。這時，教師可以利用多媒體視頻，直觀地展示實(shí)驗(yàn)的過程。指導(dǎo)學(xué)生分析自己的實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行有針對性的改進(jìn)。這對于提高學(xué)生的自我實(shí)踐能力非常有幫助。

6.創(chuàng)設(shè)趣味情境，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣

在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的方法就是課堂上教師生硬的灌輸。學(xué)生的學(xué)習(xí)完全由物理教師主導(dǎo)，在教學(xué)過程中，教師沒有給予學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主探究的空間，因此，學(xué)生很難找到學(xué)習(xí)的樂趣，很快就會喪失對學(xué)好物理的信心。為了改變教師主導(dǎo)學(xué)習(xí)的局面，確立學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主導(dǎo)地位，物理教師需要適當(dāng)改變教學(xué)模式來促進(jìn)學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣，通過創(chuàng)設(shè)趣味物理情境，設(shè)計(jì)課題趣味小實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生找到適合自己的學(xué)習(xí)方法，構(gòu)建適合學(xué)生個人的物理模型。例如，在學(xué)習(xí)靜電場這一部分知識時，在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，物理教師可以通過問題“高壓電線上電壓那么強(qiáng)，為什么小鳥落在高壓電線上不會觸電呢？”，由于此現(xiàn)象在日常生活中十分常見，學(xué)生紛紛積極思考其中的原因，接下來物理教師就可以引出關(guān)于電流以及電壓的相關(guān)知識。這樣的講解方式讓學(xué)生在學(xué)習(xí)前就有了相關(guān)的思考過程，學(xué)生學(xué)習(xí)起來就會比較輕松。除此之外，由于這部分內(nèi)容在初中物理知識有所涉略，學(xué)生對此已經(jīng)有了一些基本的認(rèn)識，物理教師就需要對這部分內(nèi)容進(jìn)行深入講解，不能只講解基本物理概念，還需要注重學(xué)生的探究學(xué)習(xí)過程，培養(yǎng)學(xué)生對物理的學(xué)習(xí)興趣。在講解了基本的原理知識以及相關(guān)概念后，物理教師還可以為學(xué)生展示關(guān)于電的一些應(yīng)用，如高樓大廈上的避雷針等。

7.合理使用多媒體，幫助學(xué)生理解知識

由于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中沒有深刻理解物理抽象性的知識，導(dǎo)致在面對實(shí)驗(yàn)時會出現(xiàn)無從下手的情況，無法自主完成實(shí)驗(yàn)，因此教師物理教學(xué)的效果并不是很顯著。而多媒體可以將抽象的物理知識、實(shí)驗(yàn)步驟轉(zhuǎn)換為動態(tài)、形象的，因此在新課改的背景下發(fā)揮著不可替代的作用。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師可以制作相關(guān)的實(shí)驗(yàn)視頻或?qū)嶒?yàn)課件，提高教學(xué)的可見度。加上教材中一些物理實(shí)驗(yàn)無法向全班學(xué)生展示，而多媒體可以為學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)的慢鏡頭，或者重復(fù)播放具有困難的操作，提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)過程的理解。

例如，教師在講授電磁振蕩這一部分內(nèi)容時，為了使學(xué)生對這一節(jié)課內(nèi)容有更清晰的理解，教師必須組織學(xué)生進(jìn)行動能的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。但是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只能觀察到隨著時間的變化，電流的方向和大小在改變，而其中磁場的變物理生卻無法通過肉眼觀察到，在沒有感官認(rèn)識的前提下，學(xué)生無法深入理解本節(jié)課的抽象性知識，因此教師可以通過微課視頻或者flash課件的方式，將實(shí)驗(yàn)過程中電場與磁場的變化展示出來，將實(shí)驗(yàn)中電荷流動的現(xiàn)象直觀地展示給學(xué)生，使學(xué)生對教師將的物理知識形成系統(tǒng)的了解，幫助學(xué)生形成圖像思維，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能迅速投入到學(xué)習(xí)狀態(tài)中，跟上教師的思路。

8.借助創(chuàng)客理念創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理實(shí)驗(yàn)情境

在探究庫倫定律期間，教師可以利用創(chuàng)客理念創(chuàng)設(shè)真實(shí)物理實(shí)驗(yàn)情境，把電學(xué)和力學(xué)聯(lián)系起來，讓學(xué)生用對比與聯(lián)系的方法來探究電學(xué)知識。教師可以先把兩條粘在桌子上的透明膠帶飛速拉起并且靠近，這時候兩條透明膠帶互相排斥;之后，在分別用毛皮摩擦過的橡膠棒和絲綢摩擦過的玻璃棒接觸驗(yàn)電器，這時候驗(yàn)電器會張開一定角度。以上都是教師教師自創(chuàng)的小實(shí)驗(yàn)，這種動態(tài)化的實(shí)驗(yàn)活動能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，教師可以把這個實(shí)驗(yàn)過程用視頻的方式錄制下來，讓學(xué)生反復(fù)思考與觀看，激發(fā)學(xué)生的知識探究欲。這些小實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，學(xué)生通過趣味物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，能夠提出很多問題：“日常的透明膠帶是如何帶電的？兩條膠帶排斥是否因?yàn)閹е嗤碾姾?？橡膠棒和玻璃棒是怎樣給驗(yàn)電器帶電的？”通過這些問題提出、解決，最終得出結(jié)論：“電荷間存在相互作用力，這種現(xiàn)象主要是電荷間相互作用引發(fā)的?！?/p>

9.利用信息化、數(shù)字化技術(shù)，優(yōu)化教學(xué)效果

隨著時代的快速發(fā)展，基于信息技術(shù)的多媒體、電子白板、微課、數(shù)字化教學(xué)得到了廣泛應(yīng)用，為物理課程開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)指明了方向。這一新技術(shù)的應(yīng)用，讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加多元化，燃起學(xué)生的興趣，且信息技術(shù)擁有豐富的資源，能夠?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行全方位講解，讓學(xué)生有效掌握步驟，洞悉實(shí)驗(yàn)的原理。因而，要想創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)，物理教師就要充分運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)字化，構(gòu)建出多元化實(shí)驗(yàn)情境，有力激發(fā)學(xué)生的探究意識，幫助學(xué)生進(jìn)一步探析物理的原理，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率的提升。如在“電容器電容”的實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)下學(xué)生根本無法有效測量出電容器所帶電荷量與兩極板間的電勢差，學(xué)生也就難以定量實(shí)現(xiàn)對電容器電容的研究及分析。這時教師就可以采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，讓學(xué)生利用電流傳感器、電壓傳感器及計(jì)算機(jī)軟件，直觀地展現(xiàn)出電容器的放電過程，并結(jié)合數(shù)據(jù)測繪出電容器的充電、放電u-t、i-t曲線，然后讓學(xué)生分析圖象得到電勢差，并計(jì)算出電荷量，然后對此過程重復(fù)4次。通過利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)工具、流程的創(chuàng)新，并通過直觀的數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證學(xué)生的猜想，讓學(xué)生經(jīng)歷一個假設(shè)、分析的過程，既發(fā)散學(xué)生的創(chuàng)新能力，也能有效提升學(xué)生的圖像信息處理能力。

10.課前通過微課預(yù)習(xí)展示實(shí)驗(yàn)流程

智慧課堂與傳統(tǒng)物理教學(xué)基本模式的一大顯著區(qū)別，即把幫助學(xué)生吸收知識的環(huán)節(jié)放在課前階段，為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)創(chuàng)建更廣闊的思考時間和空間，很大程度上促進(jìn)學(xué)生參與物理實(shí)驗(yàn)探究活動的自發(fā)性。例如，運(yùn)用微課實(shí)施智慧課堂，教師根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，設(shè)計(jì)需要學(xué)生預(yù)習(xí)的微課，有助于增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與感。以“感應(yīng)電流的方向”為例，該實(shí)驗(yàn)是學(xué)生掌握“楞次定律”的重要鋪墊，也是物理知識的難點(diǎn)。教師應(yīng)提前對該實(shí)驗(yàn)展開分析，尋找突破點(diǎn)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為微課視頻的重要內(nèi)容，制作學(xué)習(xí)指導(dǎo)單，讓學(xué)生利用課余實(shí)際完成預(yù)習(xí)。微課視頻包括：復(fù)習(xí)回顧感應(yīng)電流產(chǎn)生條件和對磁通量的理解與展示磁鐵N插入線圈，觀察電流計(jì)的表針變化，N撥出，S插入等情況下電流表指針變化情況。引導(dǎo)學(xué)生填寫學(xué)習(xí)指導(dǎo)單，思考引起變化的原因，為課堂教學(xué)做好知識鋪墊，引發(fā)學(xué)生積極深入思考。

11.通過智慧課堂布置課件作業(yè)

智慧課堂是當(dāng)今新穎且高效的教學(xué)形式之一。第一，教師要通過作業(yè)來打開學(xué)生的物理視野，在實(shí)驗(yàn)中，并不是所有的實(shí)驗(yàn)都是嚴(yán)謹(jǐn)嚴(yán)肅的，也有一些趣味性實(shí)驗(yàn)，教師可以從學(xué)生的日常生活出發(fā)，結(jié)合學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)布置生活物理實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)拓展學(xué)生的知識面。教師所布置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，只要和物理知識相關(guān)即可，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中充分地發(fā)揮自身的想象力，然后教師可以對匯總的方案進(jìn)行分析，選擇幾個比較合適的項(xiàng)目進(jìn)行投票表決，確定出方案后，教師可以讓學(xué)生以視頻記錄的方式完成實(shí)驗(yàn)，對于學(xué)生不太理解的地方，教師要仔細(xì)講解，同時讓學(xué)生用自己的邏輯去理順整個實(shí)驗(yàn)流程，對于其中不合理的地方，教師要加以引導(dǎo)，提升其項(xiàng)目的執(zhí)行能力，提高物理學(xué)習(xí)的熱情。第二，教師要讓學(xué)生在作業(yè)中回顧實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容以及知識內(nèi)化，教師應(yīng)結(jié)合近幾年的考題布置實(shí)驗(yàn)作業(yè)，在學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，教師可以向?qū)W生教授相應(yīng)的整理方式，讓學(xué)生嘗試對實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行整合，讓學(xué)生學(xué)會用文字去表述其中的環(huán)節(jié)，從而讓學(xué)生能夠了解到實(shí)驗(yàn)涉及的知識點(diǎn)，以及應(yīng)該如何應(yīng)用這些知識點(diǎn)解決難題，進(jìn)而順利地完成練習(xí)。第三，在一些課外的實(shí)驗(yàn)活動或者生活實(shí)驗(yàn)活動中，教師可以讓學(xué)生結(jié)合已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，在生活中進(jìn)行實(shí)踐，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)過程，并且通過實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證自己的猜想，幫助學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)思維，學(xué)會用物理知識解決實(shí)際問題。

結(jié)語

實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中起到了重要的支撐作用，對于課堂的教與學(xué)發(fā)展有著很大的促進(jìn)意義。因此，教師在教學(xué)中要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生展開創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與設(shè)計(jì)，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新表達(dá)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的同時提升其物理綜合水平。