利用高考物理實(shí)驗(yàn)題培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)

摘 要：以2023年重慶高考物理試卷中的實(shí)驗(yàn)題目為研究對(duì)象，深入分析學(xué)生在解題過程中核心素養(yǎng)的表現(xiàn)。研究指出，學(xué)生在解答高考物理實(shí)驗(yàn)題時(shí)，普遍遵循讀取題目、信息獲取、應(yīng)用所獲信息及已有知識(shí)來解決問題的步驟。分析結(jié)果表明，高考物理實(shí)驗(yàn)題對(duì)中學(xué)生的科學(xué)探究核心素養(yǎng)提出了明確要求。學(xué)生的答題表現(xiàn)反映了其已具備的綜合素質(zhì)和物理學(xué)科素養(yǎng)。研究對(duì)高中物理教學(xué)具有指導(dǎo)意義，有助于優(yōu)化教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：高考物理實(shí)驗(yàn)題；高中物理教學(xué)；核心素養(yǎng)；學(xué)生能力評(píng)估

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2024）9-0053-4

１ 引 言

在物理學(xué)領(lǐng)域，核心素養(yǎng)跨越了從概念理解到實(shí)際行動(dòng)、從推理到問題解決的全過程，以及從認(rèn)知到情感負(fù)擔(dān)的多個(gè)層次。為了準(zhǔn)確評(píng)估這些素質(zhì)，需采取恰當(dāng)?shù)姆椒?，這就使其成為教育研究的重要議題。物理課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)與評(píng)價(jià)方案均強(qiáng)調(diào)了物理學(xué)科專業(yè)核心能力發(fā)展的重要性，旨在提升學(xué)生的基本物理專業(yè)能力和學(xué)習(xí)技能，以滿足《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（２０１７年版２０２０年修訂）》的要求。通過對(duì)自然科學(xué)領(lǐng)域的“概念理解”“科研意識(shí)”“實(shí)踐能力”“科研方法與責(zé)任”等核心素質(zhì)的深入研究［１］，本文旨在準(zhǔn)確分析學(xué)生發(fā)展?fàn)顩r，從而有效指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，使其不僅能掌握知識(shí)，還能積極實(shí)踐所學(xué)內(nèi)容。物理課程標(biāo)準(zhǔn)在“學(xué)業(yè)水平考試與命題建議”中提到，高等院校招生錄取的學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試內(nèi)容應(yīng)涵蓋高中課程標(biāo)準(zhǔn)的必修和選擇性必修內(nèi)容，并體現(xiàn)其綜合性和應(yīng)用性［２］。為了培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)（圖１），我們需關(guān)注物理學(xué)最新進(jìn)展及其成果的應(yīng)用?；诖耍疚耐ㄟ^對(duì)２０２３年重慶高考物理實(shí)驗(yàn)題的分析，探討了中學(xué)生在解題過程中對(duì)核心素養(yǎng)的展現(xiàn)。側(cè)重于深入研究與實(shí)際問題相關(guān)的課程內(nèi)容，以增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。

２ 物理實(shí)驗(yàn)思維能力的培養(yǎng)與結(jié)構(gòu)界定

物理實(shí)踐能力由實(shí)驗(yàn)觀察能力、操作能力和思維能力三個(gè)要素構(gòu)成。其中，實(shí)驗(yàn)思維能力至關(guān)重要，它為實(shí)驗(yàn)觀察和操作提供了基礎(chǔ)性的指導(dǎo)功能。物理實(shí)驗(yàn)觀察需要實(shí)驗(yàn)思維的引導(dǎo)，以確保觀察結(jié)果的全面性和深度；物理實(shí)驗(yàn)操作，如實(shí)驗(yàn)儀器的選擇與組裝，同樣依賴實(shí)驗(yàn)思維的輔助。在此，從實(shí)例入手，通過分析高考對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)思維能力的考查情況和特點(diǎn)，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維能力、鞏固實(shí)驗(yàn)?zāi)芰A(chǔ)提供有效案例支持，充分發(fā)揮高考在“引導(dǎo)教學(xué)”和“以考促學(xué)”方面的作用。

隨著“創(chuàng)新”概念的普及，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭巡辉龠m應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展需求。因此，我們應(yīng)高度重視并加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使他們更好地理解和掌握“萬眾創(chuàng)新”的理念，以便更好地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。具體在教學(xué)中，教師可采用多樣化的教學(xué)手段，例如，將物理實(shí)驗(yàn)與思維導(dǎo)圖相結(jié)合，通過設(shè)計(jì)性思考的實(shí)驗(yàn)［３］，有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和發(fā)散思維。這種方法打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，有助于我們更高效地完成教學(xué)任務(wù)。高中物理教師，尤其是剛步入教學(xué)課堂的教師，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和思維導(dǎo)圖的運(yùn)用，不斷探索并完善它們的功能，以便更有效地指導(dǎo)學(xué)生制訂和執(zhí)行實(shí)驗(yàn)方案?；诖祟惤虒W(xué)前提，孕育教學(xué)機(jī)遇，從而顯著提升物理課堂教學(xué)的質(zhì)量。

３ 研究對(duì)象的選取——高考物理實(shí)驗(yàn)試題

２０２３年重慶高考物理試卷中的實(shí)驗(yàn)題包含一道運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)和一道電學(xué)實(shí)驗(yàn)。高中物理實(shí)驗(yàn)題通常涉及力學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)等領(lǐng)域，解決這些問題時(shí)，學(xué)生需要將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖表，通過分析圖像（如斜率、截距等）來求得題目中未直接給出的物理量。例如，在解決運(yùn)動(dòng)學(xué)問題時(shí)，關(guān)鍵在于深入理解一系列概念和規(guī)律。對(duì)于電學(xué)實(shí)驗(yàn)，其核心在于掌握電路的基本原理和運(yùn)作規(guī)律。對(duì)于力學(xué)實(shí)驗(yàn)，其主要焦點(diǎn)在于動(dòng)力學(xué)相關(guān)公式的應(yīng)用和理解。接下來，對(duì)２０２３年重慶高考物理部分的運(yùn)動(dòng)學(xué)實(shí)驗(yàn)題進(jìn)行詳細(xì)分析。

原題轉(zhuǎn)述 某實(shí)驗(yàn)小組使用單擺測量重力加速度。實(shí)驗(yàn)器材如圖２所示。題目要求如下：

（１）略

（２）使用擺線和擺球組成單擺，如圖２乙所示。當(dāng)擺線長度為L＝９９０．１ ｍｍ時(shí)，記錄并分析單擺的振動(dòng)視頻，得到振動(dòng)周期Ｔ＝２．００ ｓ，求重力加速度ｇ（保留３位有效數(shù)字）。

此題考查了學(xué)生對(duì)游標(biāo)卡尺和單擺知識(shí)點(diǎn)的掌握。第一問是基礎(chǔ)題，學(xué)生只要掌握游標(biāo)卡尺的讀法即可得分。第二問需要學(xué)生從給定的振動(dòng)周期和擺線長度計(jì)算重力加速度。首先，計(jì)算單擺的擺長Ｌ＝９９０．１ ｍｍ＋１×１９．２０/２ ｍｍ＝９９９．７ ｍｍ。然后，利用公式Ｔ＝２π，得到ｇ＝，代入Ｔ＝２ ｓ和Ｌ＝０．９９９ ７ ｍ，計(jì)算得到ｇ＝９．８６ ｍ/ｓ２。分析表明，只要學(xué)生分析問題的能力過關(guān)，就能解決這類基礎(chǔ)題目。由此可以看出，高考物理主要還是考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的分析運(yùn)用能力。

為了深入了解學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)題時(shí)的思維過程，并指導(dǎo)未來高考學(xué)生的學(xué)習(xí)，為學(xué)生的物理思維能力提升奠定基礎(chǔ)，基于能力導(dǎo)向，我們采用問卷調(diào)查和演繹推理的方法對(duì)已參加高考的學(xué)生進(jìn)行了分析。以下為研究方法及問卷結(jié)果展示分析。

４ 研究方法

演繹推理法是一種先進(jìn)的推理技術(shù)（圖3），通過應(yīng)用這一技術(shù)，我們能夠深入探索和分析觀察到的現(xiàn)象及其外部環(huán)境的變化，并利用這些信息建構(gòu)有效的實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)和驗(yàn)證已有結(jié)果。例如，愛因斯坦就是利用兩條基本假說推斷出質(zhì)量與速度之間的聯(lián)系。

研究采用網(wǎng)絡(luò)問卷的方式，調(diào)查參加過高考的學(xué)生在物理試卷實(shí)驗(yàn)題上的得分、難度感知和解題思路，以指導(dǎo)未來高考學(xué)生的學(xué)習(xí)。通過對(duì)問卷數(shù)據(jù)的收集與分析，得到了表１所示的結(jié)果。

問卷調(diào)查結(jié)果顯示，大多數(shù)參加過高考的學(xué)生認(rèn)為，物理題尤其是實(shí)驗(yàn)題，具有一定難度。實(shí)驗(yàn)題要求學(xué)生具備豐富的知識(shí)儲(chǔ)備，能熟練運(yùn)用物理知識(shí)，并在面對(duì)大量信息時(shí)具備篩選有用信息的能力。實(shí)驗(yàn)題的得分與試題難度、學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備以及題目信息的有效性密切相關(guān)。因此，教師在日常教學(xué)中應(yīng)從這幾個(gè)方面訓(xùn)練學(xué)生的信息提取、運(yùn)用能力以及解題能力。

５ 教學(xué)啟示

通過實(shí)際操作，學(xué)生可以更深入地理解物理學(xué)的真正含義。僅僅依靠課堂講解難以使學(xué)生真正領(lǐng)悟物理學(xué)的價(jià)值，因此，我們應(yīng)努力增進(jìn)對(duì)物理學(xué)的理解，并將其作為未來探索的基礎(chǔ)。所有事物都應(yīng)仔細(xì)探究，培養(yǎng)學(xué)生的科研探索能力。2023年的高考物理試卷不僅延續(xù)了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)類型，還將大部分實(shí)驗(yàn)知識(shí)融入其中，使其更具挑戰(zhàn)性。因此，我們應(yīng)更多地關(guān)注和深入研究物理實(shí)驗(yàn)，師生共同將更多精力投入到更有趣、更有意義的課堂活動(dòng)中，而不僅限于教科書上的分組實(shí)驗(yàn)。

科學(xué)思維是指依托于確鑿的事實(shí)證據(jù)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)推理，對(duì)不同的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和研究結(jié)論持懷疑和批判的態(tài)度，通過實(shí)證檢驗(yàn)和進(jìn)行邏輯修正，最終能夠形成創(chuàng)新性和前瞻性見解的一種思維能力和學(xué)術(shù)品格。教師應(yīng)充分利用教學(xué)實(shí)驗(yàn)室條件和可用物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生親自操作實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)完整的實(shí)驗(yàn)探究過程。同時(shí)，要求學(xué)生將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，以期培養(yǎng)他們的證據(jù)意識(shí)。

此外，利用先進(jìn)的ＩＴ技術(shù)可以更高效地進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生利用工具的能力。當(dāng)前教科書和智能手機(jī)Ot2psZNBmJmRHkTyDvrKAg==都可作為有效工具，幫助學(xué)生更好地了解和復(fù)現(xiàn)有趣的物理實(shí)驗(yàn)。在當(dāng)前的學(xué)習(xí)氛圍中，我們應(yīng)重視使用智能手機(jī)作為信息工具，并通過實(shí)踐來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，避免“機(jī)械刷題”。

在課堂上，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、思考、計(jì)算、處理、推導(dǎo)和討論等活動(dòng)，幫助學(xué)生更好地了解實(shí)際情況，并培養(yǎng)他們的科學(xué)精神［４］。教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生使用多樣化的實(shí)驗(yàn)手段，培養(yǎng)他們的獨(dú)立性和創(chuàng)新性。在物理學(xué)科的核心素養(yǎng)引領(lǐng)下，教學(xué)活動(dòng)應(yīng)深刻聚焦于基礎(chǔ)知識(shí)的夯實(shí)與深化。教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生回溯教材與新課標(biāo)，確保學(xué)生能夠在其中尋找到知識(shí)的根基與脈絡(luò)。這一過程中，我們不僅要嚴(yán)格遵循教育教學(xué)的科學(xué)規(guī)律，更要注重物理知識(shí)的自然生成與逐步建構(gòu)，讓學(xué)生真正理解和把握物理學(xué)的精髓。

與此同時(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣也是至關(guān)重要的。實(shí)驗(yàn)不僅是物理學(xué)的靈魂，更是學(xué)生直觀理解物理現(xiàn)象、培養(yǎng)探究能力的有效途徑。因此，在教學(xué)過程中，我們應(yīng)積極創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)環(huán)境，設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生親自參與、親身體驗(yàn)，從而激發(fā)他們的探究欲望，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究能力［５］。通過這樣的教學(xué)方式，我們期望能夠培養(yǎng)學(xué)生的物理思維，提升物理素養(yǎng)，為他們未來的學(xué)習(xí)和研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

由于環(huán)境限制，一些物理實(shí)驗(yàn)我們無法親自操作，因此，需要借助科學(xué)技術(shù)手段來展示此類實(shí)驗(yàn)。教師應(yīng)根據(jù)不同環(huán)境設(shè)計(jì)富有挑戰(zhàn)性的物理科學(xué)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并幫助他們建構(gòu)物理模型。在課堂上，我們還應(yīng)強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技巧和建構(gòu)主義思想。利用視頻資料幫助學(xué)生形成對(duì)事物的直接體會(huì)，引導(dǎo)他們利用已掌握的物理知識(shí)分析科學(xué)實(shí)驗(yàn)問題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提升自身綜合素養(yǎng)。

為了更好地掌握知識(shí)，我們應(yīng)增加生活化的課外作業(yè)，讓學(xué)生觀察思考生活中存在的物理現(xiàn)象，以便其更有效地理解和掌握所學(xué)內(nèi)容。從２０２３年重慶高考物理試卷的實(shí)驗(yàn)題考查中可以看出，在物理課堂教學(xué)中，教師應(yīng)著眼于學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展，致力于培養(yǎng)和提升學(xué)生的問題解決能力和學(xué)科素養(yǎng)。除了教授基本的解題技巧和應(yīng)試策略外，更重要的是，教師需要引導(dǎo)學(xué)生深入理解物理學(xué)的科學(xué)本質(zhì)，掌握學(xué)科的思維方式和研究方法。我們期望學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，能夠培養(yǎng)出發(fā)現(xiàn)、探索和創(chuàng)造的能力，使他們?cè)诿鎸?duì)全新的物理情境時(shí)，能夠靈活運(yùn)用已掌握的知識(shí)，對(duì)熟悉的模型進(jìn)行遷移和創(chuàng)新，從而深入剖析問題的核心。同時(shí)，我們也鼓勵(lì)學(xué)生基于堅(jiān)實(shí)的證據(jù)來支持自己的觀點(diǎn)，并運(yùn)用所學(xué)的物理方法和規(guī)律來創(chuàng)造性地解決新問題，從而不斷提升他們的物理素養(yǎng)和問題解決能力。

參考文獻(xiàn)：

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［２］劉玉斌．物理學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)探究如何實(shí)現(xiàn)可測可評(píng) —— 以 ２０２２ 年高考理科綜合全國卷的部分物理實(shí)驗(yàn)題為例［Ｊ］．基礎(chǔ)教育課程，２０２２（１５）：５９－６４．

［３］王育群．聚焦高考實(shí)驗(yàn)考查熱點(diǎn) 提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)［Ｊ］．中學(xué)理科園地，２０１９，１５（６）：１８－２０．

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［５］周志揚(yáng)．“深度學(xué)習(xí)”觀點(diǎn)下的物理情境教育——以“導(dǎo)體的電阻”教學(xué)片段為例［Ｊ］．物理教師，２０２０，４１（１０）：１７－20，２４．

（欄目編輯 陳 潔）