基于科學探究素養(yǎng)觀培養(yǎng)的物理創(chuàng)新實驗開發(fā)策略研究

蔡嫦芳

摘 要：物理是一個以實驗為基礎的學科，利用觀察、操作等形式，不但可以讓學生理解物理學方面的理論概念、基本規(guī)律，同時還可以強化其科學探究能力，培養(yǎng)學生的科學思維、科學態(tài)度與責任，形成科學探究素養(yǎng)觀?；诖?，文章闡述了開發(fā)物理創(chuàng)新實驗的意義，又對高中階段學生科學探究素養(yǎng)和實驗創(chuàng)新能力存在的問題進行了分析，從四個不同方面提出了開發(fā)物理創(chuàng)新實驗的策略，即基于生活實踐創(chuàng)新物理實驗，激發(fā)學生科學探究思維；創(chuàng)新模擬實驗，端正學生科學態(tài)度與責任；引導學生自創(chuàng)實驗，強化學生科學思維能力；依托于先進技術創(chuàng)新實驗方法，培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)觀。

關鍵詞：開發(fā)；物理實驗；創(chuàng)新；學生；科學探究素養(yǎng)觀

近些年，物理學科課程改革工作日益深化，素質教育理念大范圍推廣，通過開發(fā)物理創(chuàng)新實驗來培養(yǎng)學生科學探究能力已經(jīng)成為物理學科在改革發(fā)展過程中的一個主流趨勢。在新型教育方針的指導下，科學探究素養(yǎng)主要表現(xiàn)為學生在參與物理實驗活動的過程中，逐步形成有助于個人終身科學學習的一種科學探究能力，此能力的培養(yǎng)不但是目前高中物理課程改革工作的重點，而且也是每一位物理教師在開展物理實驗教學過程中需要重點關注的一項內(nèi)容。但是在教學實踐過程中，由于多方面因素的影響，物理實驗教學方面仍存在諸多問題，對學生科學探究素養(yǎng)觀的培育形成了一定的不良影響，本文針對這些問題進行了深入化探析，并提出了優(yōu)化策略，旨在進一步改善物理實驗教學質量，提高學生的科學探究素養(yǎng)觀[1]。

一、開展物理創(chuàng)新實驗的意義

第一，有助于學生形成更嚴謹?shù)目茖W探究素養(yǎng)觀與責任觀。學生在參與物理創(chuàng)新實驗開發(fā)活動的過程中，在教師的正確引導下，通過小組合作設計實驗、演示并講解實驗、觀察實驗現(xiàn)象、收集實驗證據(jù)、分析論證、質疑交流、不斷改進實驗方案等多個探究環(huán)節(jié)，可以極大地激發(fā)學生的學習激情和自主性，提升了學生的思維能力、交流與合作能力、實踐能力、表達能力、創(chuàng)新能力、科學推理能力，形成更嚴謹?shù)目茖W探究素養(yǎng)觀與責任觀[2]。

第二，有助于促進教師成長發(fā)展，更好地開展個性化教學。教師鼓勵、引導學生參與到物理創(chuàng)新實驗開發(fā)過程中，體現(xiàn)了教師教學觀念和方式的改變，實現(xiàn)了學生學習方式的變革，教師通過在教學過程中落實學生的“四動”，即動手、動口、動筆和動腦，培養(yǎng)學生正確的價值觀念，形成必備的品格和關鍵能力，更好地落實學生物理學科科學探究素養(yǎng)的培育工作，而教師也可以從學生的創(chuàng)造性勞動中得到啟迪，獲得靈感，有利于促進自身發(fā)展和個性化教學。

第三，有助于構建高效化物理實驗教學課堂。在物理創(chuàng)新實驗探究課堂中，師生共同參與其中，創(chuàng)新性地開發(fā)和利用各種與生活、社會、自然的實驗資源，使得原本枯燥、乏味的實驗教學融入了師生的生活體驗，成為師生共同探求新知的過程，加強了師生之間的交流、溝通，真正實現(xiàn)了師生共研、積極互動、共同發(fā)展，學生也逐漸消除了對教師的畏懼心理，促進了民主、平等、和諧的課堂形成。

第四，有助于促進物理新課程改革工作。學生通過參與高中物理創(chuàng)新實驗開發(fā)活動，有利于節(jié)約實驗經(jīng)費開支并為研發(fā)教具打下基礎，為教師在實際實驗教學中應用“自主探究”實驗教學模式開展實驗教學提供參考素材，成為物理新課程改革方面的一條新思路[3]。

二、高中生科學探究素養(yǎng)培養(yǎng)現(xiàn)狀

（一）學生科學思維意識不強

學生已經(jīng)初步形成抽象思維，能基本完成對抽象理論的理解甚至表達，但在實際操作過程中，不能有效地進行科學分析，對實驗操作、實驗方案等缺乏批判意識，物理模型構建的水平太低，更沒有積極思考創(chuàng)新的習慣。足以看出在日常的實驗活動中，教師在對學生思維方法、品質的培養(yǎng)這一方面是欠缺的，更有甚者，教師與學生對核心素養(yǎng)的了解程度都不高。

（二）學生物理觀念固化

學生對物理實驗的作用認同度很高，普遍對物理實驗抱有很大的熱情，但實際操作時又顯得有所顧慮，畏首畏尾。對物理知識的理解深度不到位，知識掌握的精度與深度完全不夠；所學知識零散不系統(tǒng)，嚴重缺乏綜合性，學生無法形成物理觀念，導致其應用能力不強；學習缺乏自己的主觀思維，習慣于學校灌輸?shù)膶W習方式，部分學生甚至認為這種方式更快捷、有效[4]。

（三）學生科學探究能力不足

目前，由于多方面因素的影響，國內(nèi)諸多學校的物理課程仍以傳統(tǒng)應試教育模式進行講授，師生對科學探究的態(tài)度不端正，認識不足，教師講實驗的情況時有發(fā)生，導致學生探究能力不足，實驗教學的結果不明顯；部分學生實驗前缺乏準備，實驗中出現(xiàn)問題不提問、不思考，實驗結束后不總結、不反思，沒能有效地利用實驗機會。實際上部分教師在這方面也存在短板，教師相關的實驗培訓較少，甚至教師資格證考試和教師招聘考試，實驗的考查都很少，甚至不考查。很多學校的實驗教師與理論教師并非同一人，雙方直接的溝通交流也較少，所以時常出現(xiàn)實驗課程、理論內(nèi)容“不匹配”的問題。

三、基于科學探究素養(yǎng)觀培養(yǎng)的物理創(chuàng)新實驗開發(fā)策略

（一）基于生活實踐創(chuàng)新物理實驗，激發(fā)學生科學探究思維

物理學知識“遍布”生活的方方面面，物理教材中的文本內(nèi)容也可以在現(xiàn)實生活中找到與之相對應的物理現(xiàn)象。所以，教師在對物理實驗進行設計的過程中，可以把其中的一些生活現(xiàn)象用物理實驗模型直觀地表現(xiàn)出來，更好地開展物理教學工作。例如：教師可以把打籃球時的投籃動作轉變?yōu)槲锢韺W中的“斜拋”，引導學生基于物理知識思考通過何種動作、如何發(fā)力才可以提高籃球投射過程中的命中率，以便強化學生關于物理理論知識的理解與記憶，實現(xiàn)物理知識的靈活化應用，并以此為基礎設計一個與之相關的實驗模型，基于學生生活實際創(chuàng)新設計的實驗模型，將可以激發(fā)學生在物理學習方面的興趣以及科學探究思維[5]。

比如：當對“力與平衡”方面的內(nèi)容開展實驗教學的過程中，教師便可以引導學生回想自己在日常生活中做出穩(wěn)定身體動作過程中，哪些因素能夠幫助自己更好地完成這些動作，當學生自主分享答案之后，教師便可以引出最終結論，同時教師可以讓學生利用橡皮筋、鉛筆、文具盒等工具現(xiàn)場建構一個簡單的“力平衡模型”，使學生切身感受到“力與平衡”的現(xiàn)象。再比如：開展《超重與失重》一課教學的過程中，首先讓學生思考如何讓重錘扯斷紙帶并進行實際操作，其次讓學生觀察電梯向上運動過程中，粘在電梯上的手機傳感器拉力示數(shù)的變化，引發(fā)關于超重和失重的思考。同時，在課堂上讓學生拿著手機做“下蹲—起立”的動作，利用手機傳感器所測得的實驗數(shù)據(jù)驗證學生的猜想，并檢驗學生的學習效果。引導學生建立失重與重力之間的邏輯關系，為后面的分析奠定基礎，通過將創(chuàng)新實驗引入物理新課教學的模式，可以深化學生關于物理知識的理解，進一步拓寬學生的認知范圍，讓學生在學習物理知識的過程中不再僅僅局限于教材內(nèi)容，而是找出現(xiàn)實生活中與之呈對應關系的模型，激發(fā)學生科學探究思維。

（二）創(chuàng)新模擬實驗，端正學生科學態(tài)度

基于課本內(nèi)容創(chuàng)新模擬實驗，并將物理知識應用于現(xiàn)實生活，實現(xiàn)學以致用的效果，使學生形成科學態(tài)度以及責任感。比如：當對“光導纖維及其應用”方面的內(nèi)容進行教學的過程中，若教師直接向學生講授光導纖維方面的內(nèi)容，即便學生掌握了最終的結論，也是通過死記硬背的形式掌握的，不但不能激發(fā)學生在學習方面的興趣，也不利于培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)觀?；诖?，教師可以針對該方面內(nèi)容精心設計一個創(chuàng)新型實驗，用激光照射從礦泉水瓶和彎曲的吸管流出的水產(chǎn)生的現(xiàn)象對“丁達爾實驗”進行模擬。首先用剪刀在礦泉水瓶底部側壁剪開一個小孔，然后將一小段彎曲的吸管插入其中，并利用膠帶進行固定，然后向瓶子內(nèi)部灌水，當瓶中的水裝滿之后，吸管便會噴射一股水流，將激光筆對準水瓶下部的吸管小孔，并利用手指直接擋住吸管另外一端的水柱，手指上便會形成十分明亮的光斑。

當學生觀看到該物理實驗之后，便會發(fā)現(xiàn)激光可以從流著水的彎曲吸管中射出來，一些學生發(fā)現(xiàn)該種現(xiàn)象之后便會提出疑問，即光不是直線傳播嗎？為什么手指的位置會顯現(xiàn)出光斑呢？而激光筆照射的光束為什么會沿著水柱呈現(xiàn)出“彎曲傳播”呢？此時學生的心中將充滿疑問，教師便可以引入光的全反射原理，同時教師還可以借此繼續(xù)向學生提問，即光沿著水柱進行“彎曲傳播”可以應用在現(xiàn)實生活中的哪些方面呢？開展光纖應用方面的教學，將可以使學生直觀地感受到物理知識在現(xiàn)實生活中的應用，培養(yǎng)學生學以致用的思維，強化學生的科學探究思維，端正物理實驗學習方面的態(tài)度。

（三）引導學生自創(chuàng)實驗，強化學生科學思維能力

物理實驗包含兩種類型，其一是驗證性實驗，其二是探索性實驗。其中對于驗證性實驗來講，主要是對物理概念、物理規(guī)律等進行驗證，此種實驗雖然可以幫助學生深化物理知識的理解，但是不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新與探索能力。而對于探索性實驗來講，主要是由學生基于問題設計實驗方案，積極主動地探究相關物理問題，獲取物理知識，此種實驗類型有助于培養(yǎng)學生的獨立思考意識、科學探究能力，使學生掌握物理實驗研究方法。而教師在開展物理實驗教學的過程中，要引導學生對驗證性實驗進行創(chuàng)新，鼓勵學生將驗證性實驗轉變?yōu)樘剿餍詫嶒灒岣邔W生在參與物理創(chuàng)新實驗方面的成就感以及價值感。另外，教師也可以將物理作業(yè)作為切入點，由學生自主設計一個簡單的物理創(chuàng)新實驗。

比如：當對“重力與重心”方面的知識進行講授的過程中，教師可以針對穩(wěn)度影響因素探究方面的課后作業(yè)，引導學生利用控制變量法的形式設計一種演示器，并基于控制變量法開展實驗活動。其中學生可以利用胡蘿卜、膠水、瓶蓋等器材開展創(chuàng)新型實驗。首先用一根竹簽串上半根胡蘿卜，然后將竹簽的另一端插入瓶蓋之上，當把胡蘿卜向下移動至瓶口位置時，瓶子整體相對較為穩(wěn)定。若將胡蘿卜移動至竹簽頂端位置時，瓶子整體將不再穩(wěn)定，輕微一碰便會傾斜，由此可知，當支持面保持不變時，重心越高，那么穩(wěn)度便越差；此時若將一大塊泡沫中間挖出一個空洞，并把水瓶底部放入其中，那么此時瓶子的底部面積將明顯增大，瓶子便不再容易傾倒，由此可知，當重心高度保持不變時，底部支持面積越大，則穩(wěn)度越好。在開展該探究性實驗的過程中，學生需要思考多個問題，比如：如何通過控制變量法使支持面不變對重心進行調(diào)整；如何保持重心不變改變支持面；選取何種材料才可以獲得更好的實驗效果。此過程不但可以強化學生動手能力，還可以提高學生的科學探究能力。

（四）依托于先進技術創(chuàng)新實驗方法，培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)觀

物理是一個充滿獨特魅力的學科，可以利用讓學生參與物理創(chuàng)新實驗的方式幫助學生深化關于物理知識的理解，提升學生的科學探究能力，培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)觀。但是，教師在開展高中物理實驗教學時，個別實驗載體相對較為復雜或者課堂時間不充足，導致無法完成整個實驗過程，對實驗教學效果形成了一定的不良影響。而在教育信息化快速化發(fā)展的時代環(huán)境下，高中物理教師要樹立開放、自由的教育理念，積極利用現(xiàn)代化先進教學技術開展形式多樣化的演示實驗，調(diào)動學生在物理實驗學習方面的積極主動性，培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)觀。

比如：當對“分子及其熱運動”方面的內(nèi)容進行講授的過程中，大部分比較關注布朗運動，但是關于布朗運動的實際情況，因無法用肉眼對布朗運動進行觀察、分析，學生只能進行猜測、想象，即便在實驗過程中利用光學顯微鏡進行分析，但是由于課堂時間較短，學生也表示“不過癮”。針對該方面狀況，教師可以利用微機室中的電腦來通過虛擬實驗軟件讓學生自主探究，學生可以基于個人興趣愛好選取不同的顆粒，然后利用虛擬軟件模擬不同顆粒的運動形態(tài)，讓學生更加仔細地觀察布朗運動形式，改善課堂教學效果。再比如：當對“摩擦力”方面的內(nèi)容進行講授的過程中，可以利用拉力傳感器、計算機軟件的方式開展教學，使學生在計算機軟件的輔助之下感受摩擦力的變化情況，得到清晰的實驗圖像，學生可以感受到物理的神奇之處，激發(fā)個人在科學探究方面的興趣，逐步培養(yǎng)學生的科學探究素養(yǎng)觀。

結束語

總而言之，物理教師應立足于教材內(nèi)容對物理實驗進行創(chuàng)新，并引導學生積極探究物理實驗，逐步形成物理觀念以及科學思維，強化學生的科學探究能力、端正科學態(tài)度，實現(xiàn)提高學生科學探究素養(yǎng)觀的目的。在未來教學過程中，教師、學生應當繼續(xù)以科學嚴謹?shù)膽B(tài)度繼續(xù)探索，用心領悟、親自實踐，以便讓學生在參與物理創(chuàng)新實驗的過程中逐步形成科學探究素養(yǎng)觀。

參考文獻

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