核心素養(yǎng)視域下物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐研究

潘 益

(江蘇省灌云高級(jí)中學(xué),江蘇 連云港 222200)

通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn),讓抽象內(nèi)容形象化.在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,學(xué)生能夠提煉出物理模型并進(jìn)行歸納總結(jié),且能夠用于解決物理實(shí)際問(wèn)題.在操作中探索自然規(guī)律,并能夠經(jīng)歷隱形規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與總結(jié)過(guò)程,還能融合信息技術(shù)手段,模擬出微觀世界的變化.這對(duì)學(xué)生掌握物理知識(shí)、進(jìn)階物理思維、生成物理觀念,從而全面發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)起到了基礎(chǔ)性作用.

1 端本正源,探析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

1.1 顯化抽象知識(shí),進(jìn)階思維

在物理教材中,對(duì)現(xiàn)象原理描述時(shí),通常會(huì)采用圖文形式,而學(xué)生單從圖文解釋中很難對(duì)抽象知識(shí)形成感性認(rèn)知,導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生思維瓶頸,影響后續(xù)內(nèi)容的拓展.因此,開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)教學(xué),能夠有效顯化抽象知識(shí),讓學(xué)生進(jìn)行感性認(rèn)知,并從實(shí)驗(yàn)探索中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律,間接進(jìn)階學(xué)生的物理科學(xué)思維[1].

例如,在“速度變化快慢的描述—加速度”這一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)中,為了讓學(xué)生更好地理解“加速度”概念,拓展與“加速度”相關(guān)內(nèi)容的計(jì)算,筆者采用實(shí)驗(yàn)操作的形式讓學(xué)生認(rèn)知“加速度”.在先前的學(xué)習(xí)中,學(xué)生已經(jīng)了解了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)功能,打點(diǎn)的時(shí)間間隔為0.02 s,之后學(xué)生便依據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟開(kāi)始操作.學(xué)生先將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝到長(zhǎng)木板上,再將一條細(xì)繩拴在小車(chē)上,使細(xì)繩跨過(guò)定滑輪,下邊懸掛適合的鉤碼,把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,且將紙帶的另一端固定在小車(chē)的后端.然后接通電源,放開(kāi)小車(chē),讓小車(chē)拖著紙帶運(yùn)動(dòng),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打出一列小點(diǎn),重復(fù)實(shí)驗(yàn).觀察結(jié)果,根據(jù)紙帶上被打出的小點(diǎn),學(xué)生感知到物體下落是不斷加速的過(guò)程.除此之外,筆者還讓學(xué)生在得到的紙帶上計(jì)算出加速度的具體數(shù)值.

引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作的形式感知實(shí)驗(yàn)原理,將抽象的物理概念與原理通過(guò)現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)的形式具體化,學(xué)生則能夠通過(guò)現(xiàn)實(shí)情境真切地經(jīng)歷知識(shí)形成的過(guò)程,且能夠?qū)τ谠砀拍畹膬?nèi)涵實(shí)質(zhì)形成認(rèn)知.經(jīng)歷此過(guò)程,學(xué)生的物理思維能力也能夠得到合理的進(jìn)階.

1.2 指導(dǎo)動(dòng)手實(shí)踐,積極創(chuàng)新

開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)秉承的宗旨,是要突出學(xué)生自主動(dòng)手實(shí)踐的主體作用,學(xué)生在教師的指導(dǎo)下動(dòng)手實(shí)踐,所經(jīng)歷的探究過(guò)程以及對(duì)器材的認(rèn)知學(xué)習(xí),均能夠最大程度地提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力.在實(shí)踐中堅(jiān)持“以生為本”的教學(xué)原則,學(xué)生邊思考邊實(shí)踐,能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.

例如,在“法拉第電磁感應(yīng)”相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)時(shí),筆者便注重學(xué)生自主動(dòng)手操作實(shí)踐過(guò)程,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作感悟電磁感應(yīng)的知識(shí).重點(diǎn)實(shí)踐探索內(nèi)容是探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)之間的關(guān)系、探究感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通量變化之間的關(guān)系.在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí),筆者引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)教材的指引,做關(guān)于“控制線圈匝數(shù)變化”的實(shí)驗(yàn),利用實(shí)驗(yàn)室不同匝數(shù)的線圈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)每次均需重新連接電路,步驟較為繁瑣且容易出現(xiàn)問(wèn)題.學(xué)生仔細(xì)考慮其工作原理后,認(rèn)為可以使用可拆卸變壓器線圈,只需要更換一個(gè)連線柱便可以改變線圈匝數(shù),簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟.在探究“磁通量變化對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)影響”細(xì)節(jié)的實(shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生為控制磁通量變化的快慢,采用成倍增加的條形磁鐵個(gè)數(shù),使磁通量成倍增加.現(xiàn)實(shí)操作時(shí),條形磁鐵的自身重量以及磁性的強(qiáng)弱又會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾,因此學(xué)生認(rèn)為可以使用方形小磁鐵用于實(shí)驗(yàn)操作,通過(guò)增加或減少小磁鐵的數(shù)量來(lái)改變磁通量,使問(wèn)題更易解決.

在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,將一些演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn),讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作,學(xué)生能夠從操作中以主動(dòng)實(shí)踐、主動(dòng)探究的形式將知識(shí)轉(zhuǎn)化為自身內(nèi)在經(jīng)驗(yàn).經(jīng)歷此過(guò)程,學(xué)生還能夠在操作中發(fā)現(xiàn)不足,積極思考創(chuàng)新性的解決方案,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有一定的積極作用.

2 躬身實(shí)踐,探析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容

2.1 建立模型,發(fā)展科學(xué)思維

引導(dǎo)學(xué)生在物理課堂上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作,要注重學(xué)生建構(gòu)物理模型能力的培養(yǎng),在學(xué)生歷經(jīng)實(shí)驗(yàn)操作,科學(xué)思維能力一定會(huì)得到提升.通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,提煉出物理模型,從而促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的內(nèi)化能力的形成,使學(xué)生的物理科學(xué)思維得到不斷發(fā)展.

引導(dǎo)學(xué)生將驗(yàn)證性演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)手操作的探究性實(shí)驗(yàn),既能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,也能夠在實(shí)踐操作時(shí),讓學(xué)生通過(guò)邏輯推理,經(jīng)歷知識(shí)的形成過(guò)程,總結(jié)歸納出物理模型,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生物理科學(xué)思維的目的.

2.2 創(chuàng)新解題,深化責(zé)任意識(shí)

高中物理課程開(kāi)設(shè)的目的是要引導(dǎo)學(xué)生解釋生活現(xiàn)象的原理并提高運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.在實(shí)際教學(xué)中,要鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作,創(chuàng)新解題方式,在操作中不斷深化責(zé)任意識(shí),能夠訓(xùn)練學(xué)生尊重科學(xué)的探究習(xí)慣,形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度[2].

例如,在“力的合成與分解”相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí),筆者在切入教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容時(shí),首先讓學(xué)生思考生活中與“力的合成與分解”相關(guān)的現(xiàn)象.如利用斧子能很好地切斷物品,斧子的橫截面為斜面等,讓學(xué)生嘗試對(duì)斧子的工作原理進(jìn)行分析,學(xué)生觀察后發(fā)現(xiàn)斧子可以將人的作用力分解為兩個(gè)最大的分力.隨后,筆者引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)探索“平行四邊形定則”,引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐探索.筆者演示示范,用平行四邊形演示器O點(diǎn)孔套在坐標(biāo)盤(pán)中心桿上,調(diào)整平行四邊形重合實(shí)驗(yàn)所形成的四邊形,用緊固螺帽壓緊,在演示器上進(jìn)行矢量作圖.然后學(xué)生進(jìn)行操作,將白紙固定在方木板上,橡皮筋一端用圖釘固定在白紙上,另一端拴上兩根細(xì)繩套,用兩只測(cè)力計(jì)沿著不同方向拉細(xì)繩套,記錄下橡皮筋伸長(zhǎng)到的位置O,作出兩個(gè)分力與理論上的合力F′的圖示,比較F′與F的大小與方向.

3 匠心獨(dú)運(yùn),探析實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略

3.1 引導(dǎo)自主探究,發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律

實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)學(xué)生自主探究的重要性,在物理教學(xué)中要堅(jiān)持“以生為本”的原則,讓學(xué)生參與到知識(shí)探索的各個(gè)階段.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí),要鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)自主探究的形式發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律,并予以驗(yàn)證,這樣學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力、推理論證能力以及科學(xué)思維能力才能夠穩(wěn)步提升[3].

學(xué)生通過(guò)自主探究的學(xué)習(xí)形式,從問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)到猜想的提出,再到實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),學(xué)生層層遞進(jìn),完成策劃與推理.在這一過(guò)程中,學(xué)生充分發(fā)揮自主解決問(wèn)題的能力,對(duì)培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)起到?jīng)Q定性的作用.

3.2 融合信息技術(shù),模擬宏觀微觀

在開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,總有一些實(shí)驗(yàn)存在基礎(chǔ)設(shè)施不足或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象不夠明顯的問(wèn)題,導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法客觀地進(jìn)行感知學(xué)習(xí).因此,在實(shí)際教學(xué)中,教師可在開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)充分融合信息技術(shù),模擬宏觀與微觀,讓學(xué)生動(dòng)態(tài)感知,能夠幫助學(xué)生對(duì)抽象概念的理解與掌握,從而加速知識(shí)的內(nèi)化吸收.

例如,在“LC電磁振蕩電路”相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí),關(guān)于“振蕩過(guò)程”的講解,課堂中無(wú)法采用實(shí)驗(yàn)的形式讓學(xué)生展開(kāi)探究.此時(shí),筆者便運(yùn)用電腦制圖的動(dòng)畫(huà)功能,模擬“充電”與“放電”的物理變化過(guò)程,讓學(xué)生體會(huì)LC回路工作過(guò)程的特點(diǎn)與電磁振蕩的變化規(guī)律,即總能量守恒=電場(chǎng)能+磁場(chǎng)能=恒量,電場(chǎng)能與磁場(chǎng)能交替轉(zhuǎn)化,并從動(dòng)畫(huà)演示中繪制出變化規(guī)律的圖像,凸顯出圖像的對(duì)稱性與周期性,讓學(xué)生感知到隨著電容的充電與放電的進(jìn)行,LC回路中的電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能之間的周期性變化,振蕩電流的大小和方向變化的全過(guò)程,既安全又逼真,還能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)物理積極性,從而對(duì)系統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行了全面掌握,完成階段性內(nèi)容的學(xué)習(xí).

應(yīng)用具有可行性的信息技術(shù)手段輔助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)于物理現(xiàn)象原理的認(rèn)知,演示一些無(wú)法在課堂教學(xué)中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作,能有效拓寬學(xué)生的認(rèn)知視野,并能夠調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,弱化對(duì)于微觀變化的抽象認(rèn)知,使學(xué)生的物理核心素養(yǎng)得以發(fā)展.

4 結(jié)束語(yǔ)

在物理教學(xué)中,教師開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生能夠主動(dòng)參與知識(shí)探究的整個(gè)過(guò)程,并且要讓學(xué)生充分發(fā)揮自主探究能力、實(shí)踐能力、推理能力以及科學(xué)思維能力,還要讓學(xué)生真正深度參與新知探究,從而促使學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)在潛移默化中得以提升.