基于科學(xué)思維發(fā)展的高中物理實驗“考、教”研究

王秀麗

摘 要：自從國家頒布了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》后，在課程目標(biāo)、學(xué)業(yè)質(zhì)量等方面，明確提出科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展考查要求，給高中物理實驗教學(xué)帶來了較大影響。在此背景下，教師要想提高高中物理實驗教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)以科學(xué)思維發(fā)展為基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生物理學(xué)習(xí)表現(xiàn)探尋合理的“考、教”實施策略，確保學(xué)生在學(xué)習(xí)物理實驗中能夠有效發(fā)展科學(xué)思維。本文主要研究了基于科學(xué)思維發(fā)展的高中物理實驗“考、教”實施策略。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維發(fā)展；高中物理實驗；“考、教”研究

物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗又是高考年年必考內(nèi)容，所以在平時教學(xué)中的實驗部分是教學(xué)的主要內(nèi)容，也是學(xué)生必須掌握的一項實踐技能，對發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維具有重要作用。近年隨著新課標(biāo)實施，教育部要求教師轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，加強(qiáng)高中物理實驗教學(xué)力度，注重學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展。對此，教師應(yīng)按照新課標(biāo)提出的教學(xué)要求，以學(xué)生物理學(xué)習(xí)現(xiàn)狀為前提，設(shè)計多樣化高中物理實驗“考、教”模式，優(yōu)化實驗教學(xué)方法，使學(xué)生在物理實驗中能夠不斷發(fā)展科學(xué)思維。

一、科學(xué)思維概念

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中提到，科學(xué)思維是從物理學(xué)視角，對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律以及相互關(guān)系的認(rèn)識方式，是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運用，是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格。該定義認(rèn)為科學(xué)思維是認(rèn)識方式、過程、運用、能力和品格的統(tǒng)一。教師基于科學(xué)發(fā)展思維開展高中物理實驗“考、教”時，能夠有效改變學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，使學(xué)生從原來的旁觀者狀態(tài)轉(zhuǎn)向主動參與的狀態(tài)，進(jìn)而協(xié)助學(xué)生更加清晰了解物理現(xiàn)象，得出準(zhǔn)確的物理結(jié)論，從中找出新型物理知識理解方法，從而有效培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識[1]。

二、目前高中物理實驗教學(xué)中存在的問題

（一）物理實驗課時較少

由于高中課程較多，學(xué)校在安排課程教學(xué)計劃時，通常會將大部分時間安排到理論課上，很少針對科學(xué)思維發(fā)展需求，安排足夠時長的物理實驗課程。在此背景下，因為高中物理實驗教學(xué)課時較少，教師習(xí)慣通過演示操作的方式，向?qū)W生展示實驗過程以及實驗現(xiàn)象，學(xué)生缺乏親自操作的機(jī)會。對于部分理解難度較高的物理實驗，教師經(jīng)常運用多媒體設(shè)備播放相關(guān)物理實驗操作視頻，沒有按照學(xué)生學(xué)習(xí)需求，深入講解各個環(huán)節(jié)的實驗操作方法以及注意事項，導(dǎo)致學(xué)生對有關(guān)物理實驗了解程度較低，影響了物理實驗教學(xué)質(zhì)量[2]。

（二）教學(xué)方式存在不足

當(dāng)前高中物理實驗教學(xué)中存在最為嚴(yán)重的問題是，部分教師沒有掌握有關(guān)高中物理實驗操作方法，對部分實驗操作和實驗設(shè)備缺乏充分了解，無法根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)，及時提供準(zhǔn)確的物理實驗操作知識。在此情形下，部分教師為了提高教學(xué)效率，會通過口頭灌輸教材文本的方式，告訴學(xué)生高中物理實驗中涉及的知識點，沒有按照科學(xué)思維發(fā)展需求，設(shè)計探究性物理實驗，也沒有將翻轉(zhuǎn)課堂、小組合作等教學(xué)方式運用到高中物理實驗中來，習(xí)慣通過試卷考試，檢查學(xué)生對物理實驗的掌握程度。這種教學(xué)方式不僅不符合物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)理論，還對學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展造成不利影響，降低了高中物理實驗教學(xué)效果。

（三）實驗過程過于程序化

現(xiàn)今部分教師在高中物理實驗“考、教”中，習(xí)慣先對物理實驗?zāi)康倪M(jìn)行分析闡述，然后簡單介紹相關(guān)實驗器具操作方法，結(jié)合教學(xué)需求制定物理實驗操作方案，在方案中細(xì)化了各項物理實驗步驟。雖然物理實驗操作方案降低了學(xué)生實驗難度，但是存在程序化缺陷，無法有效發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維。然而教師在高中物理實驗“考、教”中忽視了這一缺陷，通常要求全體學(xué)生用同樣的器具，按照自身展示的物理實驗過程，按部就班完成物理實驗任務(wù)。物理實驗過程過于程序化，缺乏針對性研究，導(dǎo)致學(xué)生無法從實驗中有效發(fā)展科學(xué)思維[3]。

（四）部分學(xué)生實驗興趣較低

部分學(xué)生由于對高中物理實驗“考、教”缺乏正確認(rèn)識，認(rèn)為其會占用自身做題時間，缺乏良好的實驗興趣，在面對小組物理實驗時，習(xí)慣在小組合作中，站到旁邊觀察小組成員如何做，自身并未認(rèn)真觀察實驗過程，也沒有做好實驗數(shù)據(jù)記錄工作，甚至在實驗結(jié)束后，未能準(zhǔn)確理解相關(guān)物理實驗現(xiàn)象。但是部分教師在高中物理實驗教學(xué)中，并未根據(jù)學(xué)生的實驗表現(xiàn)提出改正意見，習(xí)慣將重心放到各個小組是否有效完成實驗任務(wù)上來，從而導(dǎo)致物理實驗教學(xué)成為形式，降低了高中物理實驗教學(xué)質(zhì)量。

三、基于科學(xué)思維發(fā)展的高中物理實驗“考、教”策略

（一）創(chuàng)新教育教學(xué)理念

教育教學(xué)理念影響著新課堂建設(shè)效果。教師要想充分利用現(xiàn)有教學(xué)課時，提高課堂教學(xué)效率，應(yīng)根據(jù)新課標(biāo)和新教材創(chuàng)新傳統(tǒng)育人觀念，將學(xué)生放到課堂建設(shè)首要位置，按照學(xué)生學(xué)習(xí)需求建設(shè)課堂教學(xué)目標(biāo)、講課內(nèi)容和教學(xué)方法等。同時，教師在創(chuàng)新教育教學(xué)理念時，應(yīng)積極向優(yōu)秀同行請教，學(xué)習(xí)同行的教學(xué)理念，引導(dǎo)同行分享成功案例，從中汲取可行性高的新理念，在后期基于科學(xué)思維發(fā)展實施高中物理實驗“考、教”時，保障新型教學(xué)理念符合新課標(biāo)和新教材實施需求，為提高高考物理實驗教學(xué)效果打好基礎(chǔ)。此外，教師在創(chuàng)新教學(xué)理念時，應(yīng)立足科學(xué)思維發(fā)展，做好教學(xué)設(shè)計。教師應(yīng)設(shè)計教學(xué)評一體化實施方法，并根據(jù)課程內(nèi)容做好課時設(shè)計，按照教學(xué)大綱、學(xué)生學(xué)習(xí)能力以及教學(xué)經(jīng)驗等，設(shè)計合適的教學(xué)模式，保障學(xué)生在有限時間內(nèi)實現(xiàn)高效學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（二）運用翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化教學(xué)方式

翻轉(zhuǎn)課堂是指重新調(diào)整課堂內(nèi)外時間，教師不再占用課堂時間講解知識，相關(guān)信息需要學(xué)生課前通過看視頻等方式自主學(xué)習(xí)。教師在課堂上主要是以講授法和協(xié)作法的方式，幫助學(xué)生進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)。相比傳統(tǒng)教學(xué)方式而言，翻轉(zhuǎn)課堂更具開放性，學(xué)生參與度更高。學(xué)生可以在參與講課中，及時發(fā)現(xiàn)自身存在的理解缺陷，在教師協(xié)助下快速完善知識體系，為發(fā)展科學(xué)思維奠定良好基礎(chǔ)[4]。因此，教師開展高中物理實驗“考、教”時，可以運用翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化教學(xué)方式，先將有關(guān)教學(xué)內(nèi)容編輯成多媒體課件，按照多媒體課件編輯需求以及學(xué)生理解能力，有計劃整合課內(nèi)外資源，并結(jié)合多媒體課件中的具體內(nèi)容，設(shè)計有關(guān)物理實驗報告，在報告中以表格的形式，闡明物理實驗過程、步驟以及器材類型等，讓學(xué)生課前按照多媒體課件和物理實驗報告提示，在實驗室進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。課堂上讓學(xué)生以小組為單位，扮演教師角色講解實驗過程以及結(jié)果。教師可以根據(jù)學(xué)生講課表現(xiàn)進(jìn)行補(bǔ)充教學(xué)，使學(xué)生在課堂上能夠有效發(fā)展科學(xué)思維。

例如：講到《串聯(lián)電路和并聯(lián)電路》時，教師在制作多媒體課件的過程中，應(yīng)將串聯(lián)電路和并聯(lián)電路連接特點、畫圖方法以及電池阻、小燈泡、開關(guān)和導(dǎo)線等引入其中，并從互聯(lián)網(wǎng)中查找有關(guān)實驗操作視頻。與此同時，教師可以根據(jù)多媒體課件所講內(nèi)容，適當(dāng)引入全國統(tǒng)考高考真題，如2023年全國甲卷第22題，“某同學(xué)用伏安法測繪一額定電壓為6V，額定功率為3W的小燈泡的伏安特性曲線，實驗所用電壓表內(nèi)阻約為6KΩ，電流表內(nèi)阻約為1.5Ω，實驗中有圖（a）和圖（b）兩個電路圖供選擇?！边@道題目的考法是以填空題為主，考點以電路圖中的電池阻和畫圖方法等為主。當(dāng)教師制作好多媒體課件后，可以設(shè)計相關(guān)物理實驗報告，并要求學(xué)生根據(jù)高考真題的考點，自主結(jié)合多媒體課件所講內(nèi)容進(jìn)行實驗操作，在實驗操作中會連接簡單的串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，會畫簡單的串、并聯(lián)電路圖。此后，教師可以將多媒體課件和實驗報告發(fā)送到學(xué)習(xí)群，讓學(xué)生課前前往實驗室自主學(xué)習(xí)。課堂上，教師可以按照物理學(xué)習(xí)能力分組，讓每個小組輪流講解多媒體課件內(nèi)容和高考真題解答步驟，演示物理實驗操作過程。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)講解錯誤的情況時，教師應(yīng)及時補(bǔ)充，根據(jù)學(xué)生回答深入講解這道高考真題中的理論知識，使學(xué)生在理解知識中能夠有效明確前期物理實驗與相關(guān)知識之間的關(guān)聯(lián)，從而不斷發(fā)展科學(xué)思維。其實這樣的高考題有很多，教師加以整合都可以作為上課的素材選取應(yīng)用。

（三）借助探究性實驗培養(yǎng)思考能力

探究性實驗是指學(xué)生在不知道某種現(xiàn)象產(chǎn)生原因的前提下，先對該現(xiàn)象的產(chǎn)生做出合理假設(shè)，然后通過操作、觀察、比較、分析等方式來驗證假設(shè)的過程。經(jīng)教學(xué)發(fā)現(xiàn)，探究性實驗?zāi)軌蛴行囵B(yǎng)學(xué)生思考能力，可以有效發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維。這種實驗教學(xué)方法不僅可以提高育人效果，還能有效解決實驗過程程序化問題，符合高中物理實驗“考、教”需求。因此，教師基于科學(xué)發(fā)展思維組織教學(xué)時，可以借助探究性實驗培養(yǎng)思考能力，根據(jù)高中物理實驗試題設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生做出合理假設(shè)，然后向?qū)W生講明各類實驗器材使用方法，讓學(xué)生通過分組協(xié)作的方式，共同探究實驗假設(shè)是否正確。教師可以在學(xué)生實驗中，用心觀察學(xué)生實驗過程，及時給予學(xué)生操作指導(dǎo)，提高學(xué)生探究性實驗質(zhì)量。

例如：講到《測金屬絲的電阻率》實驗時，教師可以從全國統(tǒng)考高考真題中選擇合適的題目，如2023年全國乙卷第23題，“一學(xué)生小組測量某金屬絲（阻值約十幾歐姆）的電阻率，現(xiàn)有實驗器材：螺旋測微器、米尺、電源E、電壓表（內(nèi)阻非常大）、定值電阻R0（阻值10.0Ω）、滑動變阻器R、待測金屬絲、單刀雙擲開關(guān)K、開關(guān)S、導(dǎo)線若干?！边@道高考真題考法以填空題為主，考點涉及電壓、電流和電阻等知識。教師可以先針對第一個填空前后的相關(guān)信息，詢問學(xué)生題干中各類信息之間的關(guān)聯(lián)是什么？通過圖畫可以假設(shè)流過待測金屬絲的電流是多少？具體假設(shè)由學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識進(jìn)行設(shè)計。此后，教師可以根據(jù)題目中的具體信息，帶領(lǐng)學(xué)生前往實驗室，并按照學(xué)號分組，讓每個小組自主在實驗室整理有關(guān)器具。教師可以先在講臺上系統(tǒng)演示各類器具使用方法，講明實驗過程，告訴學(xué)生需要注意的安全問題。當(dāng)學(xué)生對該實驗步驟有了基本認(rèn)識后，教師可以讓每個小組結(jié)合問題進(jìn)行探究實驗，要求學(xué)生將實驗步驟、所得數(shù)據(jù)以及實驗現(xiàn)象等全部記錄下來，并讓每個小組輪流共享實驗成果。教師可以根據(jù)這道題目中的填空，告訴學(xué)生問題正確答案，并講明哪些實驗數(shù)據(jù)屬于正確數(shù)據(jù)，指出部分學(xué)生實驗結(jié)果與假設(shè)之間存在差異的原因，使學(xué)生在重新驗證假設(shè)中能夠有效培養(yǎng)思考能力，不斷發(fā)展科學(xué)思維。

（四）通過陣營比賽調(diào)動實驗興趣

實驗興趣與教學(xué)效果具有直接關(guān)聯(lián)。陣營比賽靈活性強(qiáng)，極具趣味性，學(xué)生可以在環(huán)境影響下，以良好態(tài)度投入高中物理實驗中來。同時，陣營比賽可以使學(xué)生在比賽中感受到學(xué)習(xí)樂趣，激發(fā)學(xué)生實驗積極性。因此，教師基于科學(xué)發(fā)展思維開展高中物理實驗“考、教”時，可以通過陣營比賽引發(fā)學(xué)生實驗興趣，設(shè)計與以往高中物理實驗習(xí)題有關(guān)的比賽實驗，教導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實驗課題，運用所學(xué)知識進(jìn)行實驗操作。

例如：講到《描繪小燈珠伏安特性曲線》時，教師可以在理論知識教授完畢后，選擇相應(yīng)高考物理實驗真題，如2022年全國乙卷第23題，“一同學(xué)探究阻值約為550Ω的待測電阻Rx在0～5mA范圍內(nèi)的伏安特性?？捎闷鞑挠须妷罕鞻（量程為3V，內(nèi)阻很大），電流表A（量程為1mA，內(nèi)阻為300Ω），電源E（電動勢能約為4V，內(nèi)阻不計），滑動變阻器R（最大限值可選10Ω），定制電阻R0（阻值可選75Ω），開關(guān)S，導(dǎo)線若干?！边@道高考真題考法是以填空題為主，考點涉及電路原理圖、滑動變阻阻值以及電壓表等。教師可以根據(jù)該題目，向?qū)W生闡明該類電學(xué)實驗操作方法，然后將全班學(xué)生分成多個陣營，要求每個陣營按照題目提示，合作完成實驗操作任務(wù)。教師可以按照每個陣營在比賽中使用時長以及實驗結(jié)果進(jìn)行打分。當(dāng)實驗比賽結(jié)束后，對于表現(xiàn)良好且綜合成績第一的陣營，教師應(yīng)對其進(jìn)行夸贊，并在班級上分享該陣營相互協(xié)作技巧以及實驗操作優(yōu)勢，使其他學(xué)生在學(xué)習(xí)該陣營實驗操作優(yōu)點期間，能夠有效發(fā)展科學(xué)思維；對于表現(xiàn)較差且綜合成績一般的陣營，教師應(yīng)指出其協(xié)作實驗中存在的不足，并再次講解這類實驗操作方法，確保這部分學(xué)生在教師教導(dǎo)下能夠有效發(fā)展科學(xué)思維。

（五）采用先學(xué)后教模式發(fā)展科學(xué)思維

在高三實驗復(fù)習(xí)課時，可以采用先學(xué)后教的課堂模式，由于授課對象是高三學(xué)生，他們在高一高二已經(jīng)學(xué)過這些知識，可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，教師提前將課堂要復(fù)習(xí)的內(nèi)容提前發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生在課下提前溫習(xí)知識點進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，在課堂上邀請學(xué)生上臺獨立講解。實驗題會需要有實驗器材選取，這在學(xué)生備課時與教師一起在實驗室里選擇器材，一起完成實驗，更能提升學(xué)生實驗的自主性和參與度。同時由于學(xué)生站在學(xué)生角度更容易發(fā)現(xiàn)問題，解決自己在做實驗時出現(xiàn)的困惑。

結(jié)束語

綜上，在高中物理實驗“考、教”教學(xué)中，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，是提高學(xué)生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。教師應(yīng)在教學(xué)中基于科學(xué)思維發(fā)展，按照目前教學(xué)中存在的問題，設(shè)置合適的高中物理實驗“考、教”策略，創(chuàng)新教育教學(xué)理念、運用翻轉(zhuǎn)課堂優(yōu)化教學(xué)方式、借助探究性實驗培養(yǎng)思考能力、通過陣營比賽調(diào)動實驗興趣、采用先學(xué)后教模式發(fā)展科學(xué)思維，利用多種方法改善教學(xué)模式，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中不斷發(fā)展科學(xué)思維。

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