高中物理實驗教學(xué)中學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

王建國

【摘要】物理是高中階段的基礎(chǔ)性科目，實驗是高中物理教學(xué)中不可忽視的重要環(huán)節(jié).在新課改背景下，教師帶領(lǐng)學(xué)生分析實驗現(xiàn)象和原理時，還要注重對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，結(jié)合實驗內(nèi)容與學(xué)生的基本學(xué)情設(shè)計針對性的問題，以此培養(yǎng)他們的科學(xué)思維和自主研究意識，實現(xiàn)學(xué)生物理綜合能力的全面提升.本文先分析物理學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵以及高中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的作用，而后針對具體的教學(xué)策略進行探析，以期為教育工作者提供參考.

【關(guān)鍵詞】高中物理;實驗教學(xué);核心素養(yǎng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐漸形成的滿足社會發(fā)展需求的必備品格和關(guān)鍵能力，主要體現(xiàn)在物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)責(zé)任與態(tài)度這四個方面.在高中物理教學(xué)中，實驗占據(jù)著至關(guān)重要的地位，也是培養(yǎng)學(xué)生探究能力和科學(xué)思維等核心素養(yǎng)的有效方式，通過課程內(nèi)容與實際操作的結(jié)合，能加深學(xué)生對理論知識的理解，對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展起到促進作用.

1 物理學(xué)科核心素養(yǎng)的概述

在新課改背景下，對于高中物理實驗教學(xué)的要求越來越高，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)成為教師開展教學(xué)工作的主要目標.物理核心素養(yǎng)共包含以下四點：第一，物理觀念，是指從物理學(xué)角度分析有關(guān)物質(zhì)、運動、能量等基本認知，是對概念知識和現(xiàn)象規(guī)律的總結(jié)與升華，也是解決實際問題的基礎(chǔ)；第二，科學(xué)探究，是學(xué)生了解自然規(guī)律、獲取專業(yè)知識的有效途徑之一，是根據(jù)實驗現(xiàn)象提出問題、形成假設(shè)、驗證推理得出最終結(jié)論，并針對結(jié)果進行反思和評價的基本能力；第三，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，是指在學(xué)習(xí)物理知識的同時逐漸對科學(xué)和技術(shù)形成正確的態(tài)度與責(zé)任感，主要包括科學(xué)本質(zhì)和社會責(zé)任等方面；第四，科學(xué)思維，是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律以及不同事物間的關(guān)聯(lián)性與差異性的反映.

物理核心素養(yǎng)強調(diào)從物理學(xué)視角出發(fā)，秉持科學(xué)性原則對客觀事物進行抽象的概括，經(jīng)過綜合分析、假設(shè)推理等方式完成知識的內(nèi)化，進而提出獨特的見解，充分鍛煉學(xué)生思維的創(chuàng)造性和發(fā)散性.

2 核心素養(yǎng)理念應(yīng)用于高中物理實驗教學(xué)的意義

實驗是高中物理教學(xué)的重要手段.將核心素養(yǎng)理念應(yīng)用于高中物理實驗教學(xué)中，重點培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、探究能力、科學(xué)思維以及科學(xué)責(zé)任與態(tài)度，在多元化的實驗的輔助下，有利于提高學(xué)生的綜合能力.詳細來說，在培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念時，通過實驗創(chuàng)設(shè)真實的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生通過觀察與分析能夠提出疑問并嘗試用所學(xué)內(nèi)容進行深入思考，提高解決問題的能力；在鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維時，學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象進行邏輯推理與歸納總結(jié)，整理出與本課內(nèi)容有關(guān)的理論知識，促進學(xué)生抽象概括能力的提升；科學(xué)探究不僅是一種綜合能力，更是學(xué)習(xí)物理的有效方式，借助實驗增強學(xué)生分析、比較、推理等基本技能，有助于學(xué)生創(chuàng)新精神和自主探究意識的培養(yǎng)；科學(xué)態(tài)度與責(zé)任則能使學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象和原理提出自己的見解，不盲目迷信權(quán)威、敢于質(zhì)疑，并且可以從不同視角分析問題，在小組合作中強化團結(jié)協(xié)作精神，養(yǎng)成尊重他人的情感態(tài)度以及保護資源的社會責(zé)任意識.可見，將核心素養(yǎng)理念應(yīng)用于高中物理實驗教學(xué)中，能促使教師及時轉(zhuǎn)變授課模式，為教育事業(yè)的發(fā)展指明了具體方向.

3 高中物理實驗教學(xué)中學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)策略

3.1 轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，樹立物理觀念

物理觀念是核心素養(yǎng)的重要組成部分，是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運動、相互作用以及能量等的基本認識，是對物理概念、規(guī)律的提煉與升華，也是每名高中生都應(yīng)具備的基本素養(yǎng).基于此，教師要發(fā)揮自身的引導(dǎo)作用，創(chuàng)設(shè)真實的教學(xué)情境，將實驗涉及的理論知識與注意事項詳細介紹給學(xué)生，并針對實驗步驟進行提問，鼓勵他們大膽地提出假設(shè)，而后通過親自操作驗證自己的想法，初步形成學(xué)科思想.在實驗過程中，教師要為學(xué)生提供正確的指引，幫助他們完成操作，并對實驗現(xiàn)象加以總結(jié)，同時結(jié)合所學(xué)內(nèi)容作出科學(xué)的解釋.這樣一來，學(xué)生便能利用所學(xué)內(nèi)容解釋自然現(xiàn)象和實際問題，并能用物質(zhì)觀念、運動觀念等闡述自然界的事物，達到樹立物理觀念的教育目的.

例如 以人教版高一必修第一冊“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例，教師要轉(zhuǎn)變以自身為主體的授課方式，而是讓學(xué)生作為實驗的設(shè)計者和操作者，引導(dǎo)他們結(jié)合之前學(xué)過的內(nèi)容以小組合作的方式探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.經(jīng)過討論使其明確，實驗中需要測定加速度a、力F、質(zhì)量m，其中滑塊質(zhì)量m用天平測量，合外力F用重物重力的大小代替，加速度用Δx=aT2公式計算.在反復(fù)的交流與溝通中，各小組提出自己的實驗方案，例如，以氣墊導(dǎo)軌、兩個光電門、數(shù)字計時器、滑塊等為器材研究滑塊的運動.用天平測出滑塊的質(zhì)量m，測出小桶與小桶中砝碼的質(zhì)量m1，把小桶與小桶中砝碼的總重力m1g當(dāng)作滑塊受到的拉力F，用電光門和數(shù)字計時器自動測出滑塊運動經(jīng)過兩個光電門時的速度v0，vt，以及這一過程所用的時間t，在通過公式a=vt－v0/t算出滑塊的加速度a.通過合作探究的方式使學(xué)生樹立一定的物理觀念，學(xué)會從物理學(xué)視角分析問題，為核心素養(yǎng)的提高打下堅實基礎(chǔ).

3.2 設(shè)置自主實驗，培養(yǎng)探究能力

科學(xué)探究能力是物理核心素養(yǎng)的重要組成部分，要求學(xué)生能夠根據(jù)主要教學(xué)內(nèi)容提出問題，通過親自操作驗證自己的猜想，通過總結(jié)實驗結(jié)果歸納重點知識.這樣能充分鍛煉學(xué)生的自主探究意識，在實驗中促進學(xué)生探究能力的提高.為了實現(xiàn)這一目標，教師應(yīng)積極組織學(xué)生開展探究性實驗，突出學(xué)生的課堂主體地位，為他們提供多元化的實踐機會，使每個人都能積極參與其中，通過發(fā)現(xiàn)問題—深入思考—設(shè)計實驗—收集數(shù)據(jù)—合作分析的流程得出最終結(jié)論，保證實驗的整體質(zhì)量，以此培養(yǎng)學(xué)生的自主探究意識.

例如 以人教版高一必修第二冊“曲線運動”為例，本課的重難點在于知道曲線運動的速度方向，掌握物體做曲線運動的條件.在探究物體做曲線運動的條件時，教師提出思考問題：“既然曲線運動是變速運動，那么由a=Δv/Δt可知具有加速度，又由F=ma可知受力不為0，那到底具有怎樣的特點呢？”同時，教師給出一定提示，拿出提前準備好的光滑玻璃板、小鋼球和磁鐵，讓小鋼球在水平玻璃板上做勻速直線運動，引導(dǎo)學(xué)生分析在有磁鐵的情況下，如何使小鋼球（1）加速仍做直線運動；（2）減速仍做直線運動；（3）做曲線運動.實驗具體流程由學(xué)生制定，教師負責(zé)輔助他們根據(jù)實驗結(jié)果分析論證：（1）直線加速：F的方向與v的方向；（2）直線減速：F的方向與v的方向；（3）曲線運動：F的方向與v的方向.經(jīng)過學(xué)生的獨立思考與小組合作順利完成實驗，充分鍛煉其科學(xué)探究能力，使他們對所學(xué)內(nèi)容有了進一步的理解，提高了他們的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

3.3 提出拓展問題，強化科學(xué)思維

科學(xué)思維對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果起到直接影響，對未來長遠的學(xué)習(xí)之路也有著不可替代的重要作用.因此，教師必須重視對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，在實驗教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度進行分析，讓學(xué)生經(jīng)過交流與討論得出最終答案.學(xué)生在進行實驗操作時，教師可以針對具體的知識點進行拓展，滿足他們的學(xué)習(xí)需求，同時提高他們思維的靈活性和深刻性.需要注意的是，在知識拓展過程中，面對比較淺顯的知識點時，教師可以擺脫教材內(nèi)容的束縛，引導(dǎo)學(xué)生重新設(shè)計操作流程，使實驗變得更具有探究性和實踐性，以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，在無形中突顯出拓展問題的重要性，保證實驗教學(xué)的質(zhì)量與效率，對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提高起到推動作用.

例如 以人教版高一必修第三冊“導(dǎo)體電阻率的測量”為例，本節(jié)課的實驗?zāi)康氖菧y定金屬絲的電阻率，掌握測金屬絲電阻的電路連接，并使學(xué)生學(xué)會使用電流表、電壓表.開始操作之前，教師提出問題：“我們應(yīng)當(dāng)從何處入手，測量導(dǎo)體的電阻率？有哪些物理量是需要測量的？”利用拓展性問題使學(xué)生明確實驗原理，知道正確運用公式R=ρl/S→ρ=SR/l，需要測量的物理量有電阻R，長度l，直徑d.明確以上信息后，教師繼續(xù)提問：“在實驗中應(yīng)當(dāng)遵循什么樣的步驟？”要求學(xué)生運用科學(xué)思維進行分析，首先選用螺旋測微器來測量金屬絲的直徑，其次按電路圖連接好電路，而后利用毫米刻度尺測量金屬絲的有效長度，最后將測得的電阻阻值、金屬絲長度以及直徑代入公式進行計算.在這個過程中充分鍛煉了學(xué)生思維的科學(xué)性和發(fā)散性，在問題引導(dǎo)下使其明確實驗的具體操作流程，提高科學(xué)思維的同時切實提高了物理學(xué)習(xí)效率.

3.4 注重實驗過程，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

在高中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度就是為了讓他們在日后的學(xué)習(xí)或生活中養(yǎng)成自主探究、勤于思考的良好習(xí)慣，學(xué)會從理性的角度思考問題，逐漸形成批判性思維.因此，教師應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生認真學(xué)習(xí)理論知識，利用辯證思維開展實驗操作，以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度.這就意味著，在操作過程中，教師要以嚴謹?shù)膽B(tài)度對待各個環(huán)節(jié)，認真研讀教材中提供的文字信息，結(jié)合實際內(nèi)容進行拓展延伸，以科學(xué)細致、辯證理性的態(tài)度起到榜樣示范作用，以此增強學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任意識.

例如 以人教版選擇性必修第一冊“驗證動量守恒定律”為例，實驗主題是驗證動量守恒定律，為了證明m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′，教師要格外注重實驗過程，要求學(xué)生以合作的方式進行探究，經(jīng)過討論得出兩種方案：（1）利用光電門測速v=Δx/Δt，其中Δx為滑塊上擋光片的寬度，Δt為光電計時器顯示的擋光片經(jīng)過光電門的時間，其中要注意，必須利用水平儀確保導(dǎo)軌處于水平狀態(tài)；（2）單擺測速，如圖1所示.

把兩個小球用細線懸掛起來，一個小球靜止，拉起另一個小球，放開后讓它們相碰，速度用v=2gl（1－cosθ）計算，其中l(wèi)為單擺擺長，θ為小球被拉起或被撞小球擺起的角度.因為涉及計算問題，學(xué)生必須以嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度完成實驗操作，利用邏輯思維發(fā)表自己的見解，善于從多個角度思考問題，這不僅有利于學(xué)生科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)，還在無形中促進學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.

4 結(jié)語

綜上所述，在新課改背景下，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是教師開展教學(xué)工作的主要任務(wù).高中物理教師在課堂中不僅要提高對實驗的重視程度，精心設(shè)計各個環(huán)節(jié)，還應(yīng)秉持“以生為本”的教育理念，充分尊重他們的主體身份，為每個人提供親自實踐的機會，拉近同學(xué)間、師生間的距離，并借助多元化的教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的探究熱情，使他們主動參與實驗，實現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的進一步發(fā)展.

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