創(chuàng)新中學(xué)物理實驗課堂滲透學(xué)科核心素養(yǎng)

李 潤

（甘肅省武威第八中學(xué)，甘肅武威 733000）

在物理課堂教學(xué)中，實驗的地位不言而喻。對此，我國的物理學(xué)家朱正元先生也曾明確指出：千言萬語說不清，一做實驗就分明。在高中物理學(xué)習(xí)中，通過實驗操作、探究、思考，有助于學(xué)生完成物理核心概念、物理規(guī)律等深奧知識的探究學(xué)習(xí)。同時，學(xué)生在物理實驗探究學(xué)習(xí)的過程中，也在很大程度上提升了自身的思維品質(zhì)，形成一定的科學(xué)探究能力、觀察能力、操作能力等，并強(qiáng)化自身的科學(xué)觀念，真正滿足高中物理核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo)。但在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，受到多種因素的制約，當(dāng)前高中物理教師在開展試驗教學(xué)時依然束縛在傳統(tǒng)的“以講代做”“紙筆實驗”中，或者是單純地觀看視頻代替實驗操作。在這種物理實驗教學(xué)模式下，學(xué)生缺乏實驗觀察、思考和動手操作，致使物理實驗流于形式，阻礙了物理核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、物理核心素養(yǎng)下實驗教學(xué)現(xiàn)狀

第一，對物理實驗教學(xué)重視程度不夠，過分開展理論教學(xué)。雖然物理新課程改革已經(jīng)實施了很長一段時間，但部分物理教師依然束縛在“高考第一”的理念中，圍繞高考組織教學(xué)，將課堂教學(xué)重點都集中在理論知識中，認(rèn)為實驗教學(xué)只會浪費寶貴的課時，學(xué)生只要知道實驗結(jié)論即可。甚至個別學(xué)校安排的物理實驗課時也非常少，缺乏物理實驗設(shè)施等。這些因素都在很大程度上弱化了物理實驗在教學(xué)中的地位，制約了物理實驗的教學(xué)效果。

第二，物理實驗教學(xué)過分強(qiáng)調(diào)演示實驗。在物理實驗教學(xué)中，雖然演示實驗占據(jù)一定的地位，但并不意味著演示實驗就是物理實驗的全部，還應(yīng)在演示實驗的基礎(chǔ)上增加一些探究實驗。但在教學(xué)實踐中，由于不少教師依然束縛在傳統(tǒng)的教學(xué)觀念中，在開展實驗教學(xué)的時候依然以講授、演示作為主要的模式。而在物理核心素養(yǎng)下，則對物理實驗教學(xué)提出了更高的目標(biāo)，即：思維品質(zhì)、科學(xué)探究能力、觀察實踐能力、科學(xué)態(tài)度等，而這些目標(biāo)和素養(yǎng)都需要經(jīng)過學(xué)生的主動探究、實踐操作才能完成。由此可見，單純地依靠演示實驗很難滿足核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo)。

第三，實驗流程呆板。物理核心素養(yǎng)下，教師還應(yīng)立足于實驗學(xué)習(xí)的特點，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力，旨在提升學(xué)生的物理綜合素養(yǎng)。但在教學(xué)實踐中，基本上都是按照教材上的流程，按部就班地照著流程操作一遍。在這種情況下，學(xué)生在固定的實驗流程中，極容易束縛自己的思維，難以發(fā)展自身的創(chuàng)新能力［1］。

二、創(chuàng)新物理實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)

（一）樹立正確的物理實驗教學(xué)觀念

在物理新課程改革的背景下，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)已經(jīng)成為當(dāng)前教育改革的重點。當(dāng)前，由于物理教師對其認(rèn)知仍處于淺層階段，致使在執(zhí)行時存在諸多問題。鑒于此，為了真正滿足高中物理核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo)，教師必須摒除傳統(tǒng)的教學(xué)觀念，樹立與“物理核心素養(yǎng)”、新課程改革相契合的教學(xué)觀念。

第一，從觀念上重視物理實驗教學(xué)。物理是一門建立在實驗基礎(chǔ)之上的學(xué)科，復(fù)雜的物理規(guī)律和物理概念都是從物理實驗中總結(jié)出來的。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，唯有通過大量的物理實驗，才能在物理實驗操作和觀察中，通過分析實驗數(shù)據(jù)等，總結(jié)出相應(yīng)的物理規(guī)律和物理概念等。在這一過程中，學(xué)生也會發(fā)現(xiàn)新的問題，并通過思考這一方式，探索問題的解決方法。由此可見，教師應(yīng)從思想觀念上重視實驗教學(xué)，明確兩者的內(nèi)在聯(lián)系，并逐漸增加物理實驗的課時，鼓勵學(xué)生多操作實驗、多思考。

第二，指向物理核心素養(yǎng)設(shè)計實驗教學(xué)目標(biāo)。物理核心素養(yǎng)的提出，使得物理教學(xué)目標(biāo)不再局限于“三維目標(biāo)”，更加關(guān)注學(xué)生在物理實驗中的科學(xué)探究、創(chuàng)新、思維等，更加關(guān)注學(xué)生是否能夠通過物理學(xué)習(xí)，獲得能夠促進(jìn)自己發(fā)展的能力和品質(zhì)等。鑒于此，教師必須要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)設(shè)計目標(biāo)，指向?qū)W生的物理核心素養(yǎng)，將學(xué)生的“問題提出、科學(xué)論證、反思交流”等都納入實驗教學(xué)中，引領(lǐng)學(xué)生通過“觀察分析—提出問題—分析問題—解決問題”這一探究流程，提升自身的綜合素養(yǎng)。

第三，基于生本理念優(yōu)化實驗教學(xué)過程。高中物理新課改也明確了“以生為本”的教育理念，對物理課堂教學(xué)提出了更加明確的要求：結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，靈活開展實驗教學(xué)，給學(xué)生提供足夠的時間和機(jī)會進(jìn)行操作，使其在經(jīng)歷實驗操作和分析的過程中高效達(dá)成物理實驗教學(xué)目標(biāo)。

第四，創(chuàng)設(shè)良好的物理實驗條件。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，缺乏物理設(shè)備是制約物理實驗開展的重要因素。在多數(shù)學(xué)校中，學(xué)生只有在實驗課上才能走進(jìn)物理實驗室，其他時間實驗室并不對外開放。甚至當(dāng)前物理實驗室中大量的物理器材出現(xiàn)了閑置的現(xiàn)象。不僅如此，由于學(xué)生在課外難以走進(jìn)物理實驗室中，導(dǎo)致學(xué)生在課后無法進(jìn)行實驗，也無法對疑惑的問題進(jìn)行探究，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)效果。鑒于此，學(xué)校不僅要加強(qiáng)物理實驗器材的投入，完善更新物理實驗器材，并適當(dāng)放開物理實驗室，以更好地滿足物理核心素養(yǎng)下的教學(xué)目標(biāo)［2］。

（二）優(yōu)化物理演示實驗，培養(yǎng)物理基本觀念

在高中物理實驗教學(xué)中，按照實驗的性質(zhì)可將其劃分為探究性實驗和演示實驗。演示實驗是實驗教學(xué)中不可或缺的一個部分，是對物理原理、物理概念、物理規(guī)律進(jìn)行驗證的主要方式。同時，物理演示實驗也是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵途徑。但演示實驗并不意味著只要按照教材上的實驗方案重新操作一遍即可，而是結(jié)合物理核心素養(yǎng)下的要求，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生在演示物理實驗學(xué)習(xí)的過程中，通過“真聽”“真看”“真感受”等感悟其種蘊含的物理知識、規(guī)律和方法，逐漸在學(xué)習(xí)中形成強(qiáng)烈的物理觀念。而要達(dá)到這一目標(biāo)，高中物理教師在日常教學(xué)中，必須要結(jié)合物理實驗教學(xué)內(nèi)容科學(xué)選擇物理實驗對象，以貼近學(xué)生實際生活的素材出發(fā)，優(yōu)化演示實驗教學(xué)。

例如，在“反沖運動”的新課程教學(xué)中，為了強(qiáng)化學(xué)生的物理觀念，教師可以結(jié)合本章節(jié)的知識內(nèi)容，從學(xué)生的實際生活出發(fā)，給學(xué)生演示三個物理實驗，即：給氣球充氣，讓氣球朝著不同的方向飛行，觀察其飛行的方向；給學(xué)生播放火箭發(fā)射的視頻；自制一個反擊式水流機(jī)。這三個物理演示實驗包含了三種不同的物理觀念，即：物質(zhì)觀念、相互作用觀念和運用觀念等。如此，借助優(yōu)化的演示實驗，即可達(dá)到物理核心素養(yǎng)下的實驗教學(xué)目標(biāo)。

同時，教師還應(yīng)堅持“化抽象為直觀”的原則，利用實物給學(xué)生建立模型，使得學(xué)生在直觀的實驗感知中達(dá)到實驗教學(xué)的要求。例如，在“磁場”的物理實驗教學(xué)中，由于這一部分知識具備極強(qiáng)的抽象性，學(xué)生摸不著也看不到，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)中常常處于茫然的狀態(tài)?；诖?，物理教師在開展演示實驗的時候，就可以找來一根條形的磁鐵以及多個小磁針，并將小磁針排列在條形磁鐵的周圍。如此，借助一定的模型，學(xué)生在實物觀察中就能清晰感知到磁場的方向。

（三）設(shè)置梯度性的問題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

物理核心素養(yǎng)下，實驗教學(xué)還承擔(dān)著訓(xùn)練學(xué)生思維能力的重任，使其在實驗探究中一邊操作實驗一邊思考問題，最終在問題的引領(lǐng)下發(fā)展自身的思維品質(zhì)。鑒于此，教師應(yīng)緊緊圍繞實驗教學(xué)的具體內(nèi)容，從學(xué)生實際學(xué)情出發(fā)，設(shè)計出具備挑戰(zhàn)性、探究性的問題，使得學(xué)生在問題的引領(lǐng)下，完成物理實驗的深度探究。

例如，在“自感”的物理實驗教學(xué)中，為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，教師就可以從學(xué)生“被電”的過程出發(fā)，遵循從“簡單到復(fù)雜”的原則，給學(xué)生設(shè)計出具備梯度性的實驗問題，即：“我們?nèi)绾尾拍軐ⅰ浑姟母杏X運用電學(xué)元件體現(xiàn)出來？”在這一問題的驅(qū)動下，學(xué)生結(jié)合這一物理實驗的內(nèi)容以及所學(xué)的物理知識，提出了“運用小燈泡代替人的感受，用小燈泡的亮度將電壓的高低情況呈現(xiàn)出來”。接著，教師再次提出問題：“電建斷開之后，小燈泡的亮度會發(fā)生什么樣的變化？其變化發(fā)生的原因是什么？如果要想探究小燈泡中的電流方向，還應(yīng)在電路中加入一個什么電學(xué)元件？”這三個問題層層遞進(jìn)，使得學(xué)生逐漸進(jìn)入到物理規(guī)律和知識探究的內(nèi)部，不僅契合了學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，也有助于學(xué)生在觀察、分析和探究的過程中，形成一定的科學(xué)思維。最后，教師再次提出問題：“以展示的實驗電路作為基礎(chǔ)，自己動手實驗，如何增加電學(xué)元件設(shè)計，設(shè)計出一個能夠直接表達(dá)自感現(xiàn)象的電路？”由于學(xué)生之前已經(jīng)具備了一定的知識，這一問題要求學(xué)生從已有的經(jīng)驗出發(fā)，發(fā)動自己的腦筋進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)一步強(qiáng)化了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

（四）親自探究實驗，培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)

學(xué)生唯有親身參與到物理實驗中，通過物理實驗操作、思考和探究，才能在親身經(jīng)歷的過程中感悟物理實驗現(xiàn)象，了解實驗知識的生成和論證過程，從而最終在物理規(guī)律的探究中，提升自身的綜合素養(yǎng)?；诖?，高中物理教師應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實驗教育模式，將物理實驗課堂交給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生以學(xué)習(xí)小組作為載體，在明確的分工中共通合作共同完成實驗探究。如此，學(xué)生才能真正從被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)下解放出來，以知識建構(gòu)者的身份經(jīng)歷知識的生成、發(fā)展等過程，提升自身的物理核心素養(yǎng)。

例如，在學(xué)習(xí)了“牛頓運動定律和機(jī)械守恒定律”之后，為了發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，教師可以給學(xué)生展示一座非常老式的落地擺鐘，上好發(fā)條之后，這座老式的擺鐘就開始工作了。此時，教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察擺鐘工作的狀態(tài)，并在觀察中提出問題，開展探究。在學(xué)生觀察和小組商量的過程中，教師提出了一系列的問題，包括：擺鐘在擺動過程中能量的轉(zhuǎn)化是怎么樣的？如何能夠讓擺鐘長時間擺動？擺動一次的時間和什么因素相關(guān)？接著，引導(dǎo)學(xué)習(xí)小組依據(jù)自己提出來的問題結(jié)合牛頓運動定律和機(jī)械守恒定律理論知識，通過思考和交流，確定實驗方案、實驗步驟，并結(jié)合實驗方案選擇實驗儀器。之后，再引導(dǎo)學(xué)生按照實驗方案操作，觀察實驗現(xiàn)象，圍繞實驗觀察的數(shù)據(jù)展開分析。如此一來，學(xué)生在小組實驗的過程中，不僅感悟到物理實驗的魅力，也在上述的實驗過程中強(qiáng)化了“單擺周期和能量轉(zhuǎn)化”的相關(guān)理論知識，高效達(dá)成了物理核心素養(yǎng)下的知識目標(biāo)。同時，學(xué)生在物理實驗操作、觀察和分析探究的過程中，也拓展了自身的思維素養(yǎng)、綜合探究能力等，并形成了基本的物理觀念。

（五）基于實驗創(chuàng)新，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)

新課標(biāo)下，物理教師在優(yōu)化實驗教學(xué)時，還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新能力，使得學(xué)生在實驗探究學(xué)習(xí)中產(chǎn)生一定的創(chuàng)新意識，形成一定的創(chuàng)新能力。以往的實驗教學(xué)模式中，很少有學(xué)生會經(jīng)過思考，提出新的觀點和想法，不敢對實驗方案進(jìn)行創(chuàng)新。而在物理核心素養(yǎng)下，高中物理教師要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的“教材觀”。鑒于高中生在以往的學(xué)習(xí)中已經(jīng)掌握了一定的物理知識，思維也異常活躍，在日常的實驗教學(xué)中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生對教材中的實驗方案進(jìn)行創(chuàng)新。另外，高中物理教師也應(yīng)在實驗課堂中給學(xué)生留有足夠的空間進(jìn)行創(chuàng)新。

例如，在“牛頓第二定律”的實驗教學(xué)中，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生先結(jié)合傳統(tǒng)實驗方案對教材上的傳統(tǒng)實驗方案進(jìn)行操作，并思考“這一實驗方案是否完美？還存在哪些弊端？”學(xué)生結(jié)合實驗操作和思考，提出了：傳統(tǒng)實驗方案中常常會產(chǎn)生兩個系統(tǒng)誤差，即在操作中常常無法滿足“小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量、平衡摩擦力過程時總會出現(xiàn)過度和不夠的情況”。針對這些問題，教師要指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)的知識進(jìn)行思考，敢于打破教材的束縛，對其進(jìn)行創(chuàng)新。

三、結(jié)語

綜上所述，面對物理核心素養(yǎng)下的要求，如何提升實驗教學(xué)質(zhì)量，如何借助實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，是擺在所有物理教師面前的一道難題。鑒于此，高中物理教師應(yīng)結(jié)合新課程下的要求，對當(dāng)前物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行理性的思考和審視，樹立正確的實驗教學(xué)觀念，優(yōu)化實驗教學(xué)模式，不斷提升物理實驗教學(xué)質(zhì)量，促使學(xué)生在多樣化的實驗學(xué)習(xí)中形成一定的物理核心素養(yǎng)。