實驗教學(xué)法在高中物理實驗課程中的優(yōu)化策略

在時代不斷發(fā)展下，社會對教育的要求也在不斷變化，當(dāng)前新課標(biāo)對教學(xué)目標(biāo)有了更清晰的指導(dǎo)和要求.對于像物理等理科學(xué)科，強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，所以高中物理實驗課程的重要性日益凸顯.但現(xiàn)實中許多實驗課堂仍停留在按步驟操作的淺層實踐，學(xué)生機(jī)械重復(fù)教材流程，教師過度追求數(shù)據(jù)與理論完美吻合，導(dǎo)致實驗教學(xué)陷入動手不動腦的困境.教育部文件雖明確要求加強(qiáng)實驗創(chuàng)新能力培養(yǎng)，但課時壓縮、評價單一等問題制約著教學(xué)實效.本文基于實驗教學(xué)法，剖析當(dāng)前課堂痛點，探索通過教學(xué)設(shè)計優(yōu)化激發(fā)學(xué)生科學(xué)思維的有效策略.

1實驗教學(xué)法與高中物理實驗課程

1. 1 實驗教學(xué)法概念

實驗教學(xué)法是一種以實踐操作為核心的教學(xué)方式，主要是讓學(xué)生親手參與實驗設(shè)計、操作儀器、觀察現(xiàn)象和分析結(jié)果，將抽象物理概念轉(zhuǎn)化為直觀體驗.與常規(guī)傳統(tǒng)課堂教學(xué)法不同，常規(guī)教學(xué)是教師講、學(xué)生聽，但實驗教學(xué)法則注重動手做和主動學(xué)的過程[1.比如牛頓第三定律，就可以采用實驗教學(xué)法，比如讓學(xué)生用彈簧測力計互相拉扯，真實感受到作用力與反作用力的對稱關(guān)系，這種具象化體驗比單純背誦公式更能幫助學(xué)生理解力的本質(zhì).

實驗教學(xué)法的核心價值在于還原科學(xué)探究的本質(zhì).物理學(xué)家伽利略曾說“實驗是科學(xué)真理的唯一仲裁者”，而實驗教學(xué)法正是讓學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，從提出問題、設(shè)計方案到驗證結(jié)論，每一步都需要邏輯推理和批判性思維[2.比如在自由落體運動實驗中，學(xué)生需要排除空氣阻力干擾，學(xué)會用控制變量法設(shè)計對比實驗.這種對科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，正是實驗教學(xué)法區(qū)別于傳統(tǒng)灌輸式教育的關(guān)鍵特征.

1. 2 高中物理實驗課程

物理實驗課程是連接理論知識與現(xiàn)實實際的“橋梁”.高中物理涉及電磁學(xué)、力學(xué)等抽象概念，單純依靠公式推導(dǎo)容易讓學(xué)生陷入紙上談兵的困境.例如楞次定律中“感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化”的理論，光靠死記硬背，不僅拗口還難以理解，但如果讓學(xué)生親自動手操作磁鐵在線圈中出入，觀察電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向，瞬間就能建立直觀認(rèn)知.教育部《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出，當(dāng)下的教育要培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、解決實際問題能力和知識的自主探索能力，所以相對來講，實驗課程比常規(guī)理論課程更加符合當(dāng)前的教學(xué)目標(biāo)[3].

2高中物理實驗課程中實驗教學(xué)法存在的問題

2.1實驗照本宣科，設(shè)計僵化缺乏創(chuàng)新空間

當(dāng)前高中物理實驗課程中，普遍存在機(jī)械執(zhí)行教材實驗流程的現(xiàn)象.許多課堂將實驗簡化為“按圖索驥”的驗證性活動，教師直接提供實驗器材清單、操作步驟甚至數(shù)據(jù)表格，學(xué)生只需按部就班地完成規(guī)定動作[4].例如在歐姆定律驗證實驗中，教師提前告知滑動變阻器的調(diào)節(jié)范圍、電流表量程的選擇標(biāo)準(zhǔn)，甚至規(guī)定每隔0.5伏特記錄一次數(shù)據(jù).這種模式下，學(xué)生無需思考為何選擇特定儀器，也不用理解實驗步驟間的邏輯關(guān)系，只需像流水線工人般完成操作即可.

這種僵化的實驗?zāi)Ｊ綄?dǎo)致三個突出問題.一是實驗?zāi)繕?biāo)偏離探究本質(zhì).學(xué)生關(guān)注點從理解原理異化為完成操作，例如測量重力加速度時，部分學(xué)生只關(guān)心如何讓打點計時器紙帶上的點跡更清晰，卻忽視分析紙帶運動軌跡與自由落體規(guī)律間的關(guān)聯(lián).二是實驗設(shè)計缺乏梯度.所有學(xué)生使用相同的儀器和方法，無法滿足不同層次學(xué)生的認(rèn)知需求，擅長物理的學(xué)生覺得太簡單沒挑戰(zhàn)，基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生則因操作失誤陷入挫敗.三是創(chuàng)新思維被抑制.當(dāng)學(xué)生提出“能否用光電門替代打點計時器測量速度”等改進(jìn)建議時，往往因超出教材范圍而被教師否定，無形中扼殺了學(xué)生的創(chuàng)造欲.

而且教育部《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》曾強(qiáng)調(diào)鼓勵改進(jìn)創(chuàng)新實驗方法，但現(xiàn)實中，部分教師因課時緊張、考核壓力或自身實驗?zāi)芰Σ蛔?，更傾向于選擇零風(fēng)險的標(biāo)準(zhǔn)化流程.這種保守態(tài)度使得實驗課堂淪為教材的附屬品，學(xué)生雖然動手操作，但思維仍停留在被動接受層面.

2.2 以結(jié)果為導(dǎo)向忽視探究過程，削弱思維訓(xùn)練

另一種典型問題是實驗教學(xué)過分強(qiáng)調(diào)達(dá)成“正確的結(jié)果”.教師往往在實驗開始前就明確告知預(yù)期結(jié)論[5]，例如在驗證機(jī)械能守恒實驗中直接聲明重物下落時動能增加量等于重力勢能減少量，導(dǎo)致學(xué)生將實驗?zāi)繕?biāo)窄化為讓數(shù)據(jù)符合公式計算結(jié)果.這種導(dǎo)向下，實驗過程演變?yōu)閿?shù)據(jù)湊答案的博弈.當(dāng)實測數(shù)據(jù)與理論值偏差較大時，學(xué)生會反復(fù)調(diào)整測量方式甚至篡改數(shù)據(jù)，而非深入分析誤差來源.在某項實地調(diào)研的研究中，有教師反饋，在測量金屬電阻率實驗中，絕大部分的學(xué)生會刻意選擇長度更大的金屬絲重新測量，只因初始數(shù)據(jù)未達(dá)到教材標(biāo)注的標(biāo)準(zhǔn)值范圍.

而這種以結(jié)果至上的教學(xué)模式同樣會對思維造成三重缺失后果.一是猜想環(huán)節(jié)被架空，科學(xué)探究本應(yīng)始于問題假設(shè)，但現(xiàn)實中學(xué)生往往跳過“為什么會發(fā)生這種現(xiàn)象”的思考，直接進(jìn)入操作階段.例如探究單擺周期公式時，教師直接要求學(xué)生測量擺長與周期的關(guān)系，卻未引導(dǎo)學(xué)生先觀察擺球運動特點、提出影響周期的可能因素.二是論證過程形式化，數(shù)據(jù)分析淪為填表游戲，學(xué)生機(jī)械計算斜率或百分比誤差，卻不會用圖像法自主推導(dǎo)規(guī)律.在探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系實驗中，多數(shù)學(xué)生能熟練畫出 a-F 圖像，但鮮少有人追問“為何質(zhì)量不同時圖線斜率代表倒數(shù)關(guān)系”.最后則是反思機(jī)制缺失，當(dāng)實驗出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，比如在潮濕天氣進(jìn)行摩擦起電實驗會失敗，教師通常簡單歸因于環(huán)境干擾并要求學(xué)生忽略異常數(shù)據(jù)，而非借此展開誤差分析的深度討論.這種處理方式使學(xué)生錯失了理解科學(xué)實驗不確定性的重要機(jī)會.

此外，更需要值得注意的是，部分教師為提升課堂效率，采用演示實驗視頻替代實操，或分組實驗中僅組長操作等方式，進(jìn)一步壓縮學(xué)生的實踐參與度.同樣在某項實地調(diào)研的研究中，在課堂觀察報告中指出，超過三分之一的所謂“實驗課”實質(zhì)是教師播放實驗動畫后讓學(xué)生背誦結(jié)論.這種做法完全背離了實驗教學(xué)法培養(yǎng)科學(xué)思維能力的初衷，使物理實驗淪為應(yīng)試工具.

3優(yōu)化高中物理實驗課程中實驗教學(xué)法的措施3.1重構(gòu)實驗設(shè)計框架，賦予彈性空間

解決照本宣科問題的關(guān)鍵在于打破教材實驗的固定模板.教師可將實驗流程從步驟說明書轉(zhuǎn)化為“任務(wù)腳手架”，設(shè)置分層目標(biāo)，比如基礎(chǔ)層完成教材規(guī)定操作，進(jìn)階層自主改進(jìn)實驗方案，拓展層結(jié)合生活場景設(shè)計新實驗.以測量金屬電阻率實驗為例，基礎(chǔ)任務(wù)可要求用螺旋測微器測量金屬絲直徑，進(jìn)階任務(wù)則允許學(xué)生選擇銅絲或鎢絲進(jìn)行對比實驗，而拓展任務(wù)可提出“如何測量不規(guī)則金屬塊的電阻率”.這種彈性設(shè)計既保障教學(xué)底線，又為創(chuàng)新留出空間.

具體實施時，教師需把握三個核心，一是設(shè)置開放性問題，在實驗指導(dǎo)中增加“為什么”的引導(dǎo)，例如在歐姆定律實驗中提問“若電源電壓不足，如何調(diào)整電路保證數(shù)據(jù)有效性？”.二是提供替代性器材，實驗室可同時準(zhǔn)備打點計時器與光電門、傳統(tǒng)天平與電子秤等不同精度儀器，允許學(xué)生根據(jù)實驗?zāi)繕?biāo)自主選擇.最后則是預(yù)留彈性時間，可以將每節(jié)課最后10分鐘設(shè)為“實驗創(chuàng)意角”，鼓勵學(xué)生用剩余器材嘗試新想法.

此外，教育部門也可配套建設(shè)“實驗創(chuàng)新資源庫”，收集整理全國優(yōu)秀實驗改進(jìn)案例.例如將“用激光筆和鏡子測量光速”等低成本創(chuàng)新實驗納入共享資源庫，幫助教師突破教材局限.同時需加強(qiáng)教師實驗設(shè)計能力培訓(xùn)，通過工作坊形式讓教師親歷“設(shè)計一失敗一優(yōu)化”的全過程，從根本上改變“教材怎么寫就怎么教”的慣性思維.

3.2構(gòu)建探究導(dǎo)向的完整學(xué)習(xí)鏈條

針對結(jié)果導(dǎo)向的弊端，需將實驗教學(xué)從驗證結(jié)論轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)歷科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程.這需要教師構(gòu)建一個流程框架，也就是由猜想到實驗最后再到反思的閉環(huán)學(xué)習(xí)鏈條，具體可分三步來實施.

第一步是要創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突引發(fā)猜想，也即在實驗前設(shè)置矛盾情境激活思維.例如在自由落體運動教學(xué)中，先讓學(xué)生同時釋放紙片與鐵球，觀察二者不同時落地，再提供牛頓管演示真空中下落同步的現(xiàn)象.這種反差能自然引發(fā)“空氣阻力如何影響運動”的探究欲望.接著要求學(xué)生書面提出三個可能影響下落時間的因素，教師篩選出可實驗驗證的假設(shè)，如物體質(zhì)量、形狀、釋放高度等，形成個性化探究路線.第二步則是設(shè)計留白式實驗記錄單，可以用結(jié)構(gòu)化表格替代填空式報告，重點留出思維痕跡區(qū).例如在探究加速度與力的關(guān)系時，記錄單應(yīng)包含“我預(yù)期的圖線形狀”“實際數(shù)據(jù)與預(yù)期的差異”“可能解釋”等欄目.第三步則是建立異?，F(xiàn)象分析機(jī)制，可以將實驗偏差轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源.例如當(dāng)學(xué)生測量重力加速度出現(xiàn) 9.6m/s² 與 9.8m/s² 兩組數(shù)據(jù)時，可組織小組辯論哪組更接近真實值，為什么會出現(xiàn)這種情況，是偶然誤差、系統(tǒng)誤差還是操作有誤.教師要引導(dǎo)學(xué)生區(qū)分這些誤差來源，比如用打點計時器紙帶測加速度的學(xué)生可能發(fā)現(xiàn)計時器頻率不準(zhǔn)，而用光電門的組別可能討論擋光片寬度的影響.這種基于真實問題的分析，比單純講解誤差分類更具教育價值，

在配套措施上，學(xué)校需調(diào)整實驗評價體系，不能只注重最終的實驗結(jié)果是否與“金標(biāo)準(zhǔn)”的結(jié)果相符，而是要注重學(xué)生的實驗過程.比如將過程性評價占比提升至 60% ，重點考查猜想合理性、數(shù)據(jù)記錄規(guī)范性、反思深度等；還可以設(shè)立“最佳問題獎\"“最具創(chuàng)意誤差分析獎”等專項激勵；此外，最重要的是實驗報告允許呈現(xiàn)出失敗案例，不能千篇一律地必須要求試驗成功，于常理來講，這都是不符合科學(xué)常規(guī)的，只要學(xué)生能附上原因分析和改進(jìn)方案，同樣也可以讓失敗的實驗獲得高分.

此外，可借鑒德國“現(xiàn)象教學(xué)”經(jīng)驗，每學(xué)期設(shè)置 2～3 個開放實驗項目.例如給出“如何用礦泉水瓶制作物理教具”的主題，學(xué)生組建小組完成設(shè)計、制作、展示全過程.這類項目能自然融合猜想、實踐、修正等科學(xué)思維要素，使實驗教學(xué)真正成為培養(yǎng)核心素養(yǎng)的主陣地，

4結(jié)語

高中物理實驗課程的優(yōu)化本質(zhì)是革新教育理念.通過設(shè)計彈性實驗來激活學(xué)生的創(chuàng)新思維，借助完整探究鏈條培育科學(xué)態(tài)度，實驗教學(xué)法方能真正成為培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的載體.但這一轉(zhuǎn)型需要教師突破固有教學(xué)模式，而且學(xué)校也要建立過程性評價機(jī)制，更需要教育部門提供資源與技術(shù)支撐.未來研究可進(jìn)一步探索實驗教學(xué)與跨學(xué)科融合的路徑，讓物理實驗不僅是知識驗證的工具，更成為培養(yǎng)未來創(chuàng)新人才的實踐場域.

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