物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)：問題驅(qū)動(dòng)，提升學(xué)生探究能力

隨著《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》的頒布，“物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四大核心素養(yǎng)成為高中物理教學(xué)的核心目標(biāo)。其中，“科學(xué)探究”作為重要的實(shí)踐能力維度，要求學(xué)生具備“發(fā)現(xiàn)問題—設(shè)計(jì)方案—獲取證據(jù)—解釋結(jié)論”的完整探究能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為物理學(xué)科的重要實(shí)踐形式，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的關(guān)鍵載體。然而，傳統(tǒng)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往采用“教師演示為主、學(xué)生操作為輔”的教學(xué)模式，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的深度理解與探究思維的主動(dòng)建構(gòu)。如何通過教學(xué)策略創(chuàng)新，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)從“知識(shí)驗(yàn)證場(chǎng)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八仞B(yǎng)培育場(chǎng)”，提升學(xué)生的探究能力，成為當(dāng)前物理教育改革的重要命題。而問題驅(qū)動(dòng)，是破題的有效方式。

問題驅(qū)動(dòng)對(duì)提升學(xué)生探究能力的價(jià)值

激活探究意識(shí)：從“被動(dòng)操作”到“主動(dòng)質(zhì)疑”的思維轉(zhuǎn)變。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生常按教材步驟機(jī)械操作，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的思考。為改變這一現(xiàn)象，教師可以通過設(shè)置“矛盾型”的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考理論與實(shí)踐的差異。例如，在開展“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以提問：“當(dāng)鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)大于小車質(zhì)量時(shí)，為何教材近似認(rèn)為拉力等于鉤碼重力？”這種認(rèn)知沖突能打破學(xué)生的思維慣性，使其主動(dòng)質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)原理的合理性，進(jìn)而產(chǎn)生“如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案使結(jié)論更精確”的探究欲望，初步構(gòu)建起探究意識(shí)。

構(gòu)建探究路徑：從“碎片化操作”到“系統(tǒng)化設(shè)計(jì)”的能力進(jìn)階。實(shí)驗(yàn)探究能力的核心在于對(duì)實(shí)驗(yàn)流程的系統(tǒng)規(guī)劃。教師可以通過設(shè)計(jì)“階梯式問題鏈”引導(dǎo)學(xué)生逐步明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟。以“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)為例，教師可設(shè)計(jì)以下問題鏈：基礎(chǔ)問題——“若要測(cè)量重錘下落的高度和速度，需要哪些實(shí)驗(yàn)器材？”；進(jìn)階問題——“紙帶起點(diǎn)為何要選擇初速度為零的點(diǎn)？若起點(diǎn)選擇不當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有何影響？”；拓展問題——“實(shí)驗(yàn)中存在哪些誤差來源？如何通過改進(jìn)操作或數(shù)據(jù)處理方法減小誤差？”。學(xué)生在逐層解決問題的過程中，需綜合考慮實(shí)驗(yàn)原理、器材選擇、數(shù)據(jù)采集和誤差分析等環(huán)節(jié)，將碎片化的操作步驟整合為邏輯嚴(yán)密的探究路徑，從而有效提升對(duì)實(shí)驗(yàn)的整體規(guī)劃能力和系統(tǒng)思維水平。

深化探究深度：從“現(xiàn)象觀察”到“本質(zhì)分析”的思維躍遷。物理實(shí)驗(yàn)不僅是展示物理現(xiàn)象的方式，而且是揭示物理規(guī)律的重要手段。教師可以通過設(shè)計(jì)“本質(zhì)性問題”，引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象探究本質(zhì)。例如，在開展“測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以提問“為何伏安法測(cè)內(nèi)阻時(shí)電流表外接和內(nèi)接會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差？誤差來源于哪些物理量的測(cè)量？”，以此引導(dǎo)學(xué)生從電路原理出發(fā)，分析電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)從“定性觀察”到“定量分析”的思維躍遷，深化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的理解。

強(qiáng)化探究協(xié)作：從“個(gè)體操作”到“團(tuán)隊(duì)共創(chuàng)”的模式升級(jí)。實(shí)驗(yàn)探究往往需要多人協(xié)作完成，教師可以通過設(shè)計(jì)“開放性問題”促進(jìn)學(xué)生分工與合作。例如，在“設(shè)計(jì)多用電表”的綜合實(shí)驗(yàn)中，教師可以提問：“如何設(shè)計(jì)一個(gè)既能測(cè)量電壓、電流，又能測(cè)量電阻的電表？”解答過程中，學(xué)生需分組討論，分別承擔(dān)電路設(shè)計(jì)、器材選型、實(shí)驗(yàn)調(diào)試等任務(wù)。這種基于問題的協(xié)作模式，不僅能發(fā)揮學(xué)生的個(gè)體優(yōu)勢(shì)，還能培養(yǎng)其傾聽、質(zhì)疑、整合不同觀點(diǎn)和解決復(fù)雜問題的能力。

以問題驅(qū)動(dòng)提升學(xué)生探究能力的實(shí)施策略

基于實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的“問題錨定”策略：明確探究方向。問題設(shè)計(jì)須緊扣課程標(biāo)準(zhǔn)要求，將實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與物理學(xué)科核心素養(yǎng)結(jié)合起來。例如，“探究平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)的核心目標(biāo)是“通過實(shí)驗(yàn)探究曲線運(yùn)動(dòng)的分解方法”，基于此，教師可錨定以下問題：“如何通過實(shí)驗(yàn)證明平拋運(yùn)動(dòng)可分解為水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直方向的自由落體運(yùn)動(dòng)？”“若改變拋出點(diǎn)的高度或初速度，運(yùn)動(dòng)軌跡的變化規(guī)律如何驗(yàn)證？”此類問題既指向具體的實(shí)驗(yàn)操作，又隱含“運(yùn)動(dòng)合成與分解”的科學(xué)思維方法，可以引導(dǎo)學(xué)生在探究中構(gòu)建物理模型。在具體實(shí)踐中，教師要結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知水平分層設(shè)問，可設(shè)計(jì)“基礎(chǔ)問題—進(jìn)階問題—挑戰(zhàn)問題”三級(jí)問題鏈。

貫穿實(shí)驗(yàn)流程的“問題遞進(jìn)”策略：優(yōu)化探究路徑。實(shí)驗(yàn)前：情境導(dǎo)入與問題激活。教師可通過生活現(xiàn)象或科學(xué)史創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。例如，在“探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)前，教師可展示“法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置圖”，并提問：“法拉第為何用了十年時(shí)間才發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象？閉合電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可能與哪些因素有關(guān)？”以此引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)史中汲取探究經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)猜想實(shí)驗(yàn)變量，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)奠定思維基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)中：操作指導(dǎo)與問題調(diào)控。在學(xué)生動(dòng)手操作過程中，教師需實(shí)時(shí)觀察并拋出“過程性問題”引導(dǎo)探究更深入。例如，在“測(cè)量玻璃的折射率”實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)“計(jì)算出的折射率小于1”時(shí)，教師可以追問“折射率小于1意味著什么？可能是哪些操作環(huán)節(jié)出現(xiàn)了誤差？”，以此引導(dǎo)學(xué)生重新檢查實(shí)驗(yàn)步驟，通過分析誤差來源修正實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)后：數(shù)據(jù)處理與問題拓展。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可通過“數(shù)據(jù)解讀類問題”和“遷移應(yīng)用類問題”深化學(xué)生探究成果。以“研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)為例，教師可以通過提問“如何根據(jù)紙帶數(shù)據(jù)計(jì)算加速度？若紙帶某段時(shí)間內(nèi)的位移差不嚴(yán)格相等，能否認(rèn)為物體做勻變速運(yùn)動(dòng)？”，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“逐差法”處理數(shù)據(jù)，并理解“偶然誤差與系統(tǒng)誤差”的區(qū)別。隨后，進(jìn)一步提問“能否將該實(shí)驗(yàn)方法遷移到‘研究小車在斜面上的運(yùn)動(dòng)’中？”，促進(jìn)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)技能遷移到新情境中，拓展探究能力的應(yīng)用范圍。

依托多元評(píng)價(jià)的“問題反哺”策略：鞏固探究成果。一是建立“過程性評(píng)價(jià)+結(jié)果性評(píng)價(jià)”體系，設(shè)計(jì)“實(shí)驗(yàn)探究能力評(píng)價(jià)表”，從“問題提出的合理性”“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性”等維度對(duì)學(xué)生的探究過程進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。例如，在“探究向心力與角速度的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，若學(xué)生提出“使用光電門傳感器替代秒表測(cè)量角速度”的創(chuàng)新方案，教師可在“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新性”維度給予學(xué)生高分。二是開展“問題反思—方案改進(jìn)”循環(huán)活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可組織學(xué)生開展“問題反思會(huì)”，圍繞“如果重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，你會(huì)做出哪些改進(jìn)？”等問題展開討論。例如，在“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生可能提出“使用高速攝像機(jī)記錄碰撞過程”以提高數(shù)據(jù)精度，教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)，通過評(píng)價(jià)反饋進(jìn)一步提升學(xué)生的探究能力。

（作者單位：福建省永春第一中學(xué)）