核心素养导向下的高效实验课探索

黄梅花

关键词：高中物理;核心素养;高效课堂;6+1教学法

引言 

物理实验是高中物理的关键组成部分，在核心素养的思想导向下，新高考模式更是对物理实验提出了高层次的要求，把对学生的实验能力和学科素养的考查设置成考查的难点和区分度，更是要求教师要注重培养实验探究能力和提升他们的学科核心素养。实验过程既是对动作与思维结合的探究实践活动，又是情感价值观和学科素养的养成和提升过程。

1  实验教学现状

在现实的实验课教学中，教师和学生却遇到了各种囧境[ 1 ] 。探究性实验教学，教师需要花费大量的时间和精力做好教学设计，设计好问题情境，预设好学生可能形成的各種实验方案，实验中可能出现的各种问题。当教师信心满满教学时，现实却可能是学生基础参差不齐，部分学生面对探究实验的方案手足无措，或是实验操作过程各种不规范，课堂秩序甚至混乱等各种尴尬场面，课堂无法按预期完成更别谈高效。而验证性实验教学状况更不佳。学生认为既然所学的定理定律已是科学正确的，再做实验验证岂不是多此一举，应付任务般的完成。同时，教师也往往认为验证性实验可做的价值不高，一般直接分析原理，讲解数据处理方法，然后直接进行实验题训练。师生的态度和观念让验证性实验课可有可无，低效甚至无效。

2  核心素养导向下的高效实验课教学实践

2.1  创设情境，提出问题——导中学

机械能守恒定律的表达式有哪些？在学过的哪些情境和模型中，物体的机械能守恒？如果用该情境或模型验证机械能守恒定律，需要测量哪些物理量？如何测量？请设计相应的实验方案。

2.2  提出并设计实验方案——思中学

学生根据前面所学知识，知道物体在以下几种情境下机械能守恒：自由落体运动、平抛运动、沿光滑斜面运动和做单摆运动等，根据以上情境，设计实验方案，即方案1：【自由落体运动】测高度h——刻度尺，物体运动速度——打点计时器;方案2：【平抛运动】测高度h——刻度尺，物体运动速度——平抛运动实验器材;方案3：【沿光滑斜面下滑】测高度h、物体运动水平位移s——刻度尺;方案4：【单摆运动】测高度h——刻度尺，物体运动速度——光电门。

2.3  评价各实验方案——议中学

学生在组内展示自己的实验方案，相互评价，提出改进方法[ 2 ]。方案1：大家熟悉的模型，易操作，纸带和限位孔间有摩擦阻力，可加点润滑剂减小摩擦阻力。方案3：斜面阻力较大，可用气垫导轨替代斜面如图1。新设方案5、6：方案1和方案3，用光电门替代打点计时器，如图1、2减小摩擦阻力，且数据测量方便又精确。

2.4  分组实验探究实践——做中学

要求各组选择两种不同的实验方案并选择相应的实验器材进行操作，记录数据完成实验并得出实验结论。教师巡逻并观察各组实验情况，拍摄各组实验过程中典型的场景照片或视频。

2.5  实验分析——展中学

教师展示收集的实验数据和相应的场景照片或视频。进行比较：

（1）相同方案，结果不同，为什么？

教师：展示方案（1）三组不同的数据结果，你认为哪组数据更科学合理？原因是什么？数据为：（1组：ΔE_P=2.4J ΔE_k=2.4J;2组：ΔE_P=3.31J  ΔE_k=3.21J;3组：ΔE_P=2.71J  ΔE_k=2.81J ）

学生1：我认为2、3组数据都错。由实验原理可知，实验数据应该是ΔE_P=ΔE_k，机械能才守恒。

学生2：我认为2组数据是正确的。因为纸带和限位孔间存在摩擦，有一部分重力势能转化为内能，所以ΔE_P实际应该比ΔE_k稍大，才符合事实。

教师：展示看待1、3组的实验操作照片或视频，请从实验操作的规范性和合理性，如何评价数据误差？

学生：1组的同学放开重物后还拉着纸带，物体不做自由落体运动。3组先放纸带再通电源，应该先通电源再放开纸带，初速度不为零……

（2）不同方案，哪种更好？为什么？

学生：方案（5）、（6）自由落体实验用光电门代替方案1、3中的打点计时器，不但避免了纸带和打点计时器的摩擦造成的误差，而且测量速度方便精确，数据处理简单。方案3斜面实验利用气垫导轨虽减小了摩擦，但滑块的悬浮不定，对高度的测量误差较大。方案2平抛运动实验中，小球落地点不好确定。误差大。方案4单摆运动实验中，小球不好保证在竖直平面内运动，易发生圆锥摆。

2.6   实验点评——评中学

教师精讲各个方案和各组在实验中出现的问题以及实验注意事项并进一步提出优化方案[ 3 ]。实验中出现的各种问题可如何解决？教师引导学生解决问题。

方案3中可将斜面实验改成将水平面上的，平放气垫导轨（图3），将验证滑块的机械能守恒改成验证滑块和钩码组成的系统机械能守恒。则改测量高度为测量两光电门间的距离L即可。方案2可采用平抛运动实验的改进方案（图4），即在木板上贴上复写纸和白纸，让小球落到板上，印下该位置的小球位置，然后每次将木板水平平移相同距离，记录各位置的小球位置。方案4单摆实验教师用DIS实验进行演示，既可以确保小球在竖直平面内运动，又快速精确处理数据，得出结论。

2.7   实验拓展——检中学

教师提问：（1）用图象法处理实验数据可以减小实验误差。在各方案中，你认为如何作图更好？（2）方案2中，根据某组的实验结果和理论结果画出的s²-h图象，对比图线，你认为是什么原因造成实验结果偏差？（3）DIS实验中，ΔE_P和ΔE_k不相等，你认为是什么原因？请提出改进方法。

3  小结

综上所述，实验教学不只是单纯的实验操作，更应该注重实验探究的内涵和科学意义，体现探究的学科价值与学科思维。实验课应让学生学会主动去做、认真去做、多样化去做，从而在求变、求新、求活中进一步提升核心素养。在核心素养导向下，改变传统的实验课教法，提高科学探究能力，发展核心素养，让学生真正体验“课虽结，意悠远”。

参考文献：

[1]李金池.中国课堂的奇迹[M].南京：南京大学出版社，2014：58.

[2]浦建军.基于核心素养导向的验证性实验教学实践[J].中学物理，2018（8）：38-41.

[3]黄巧曦.注重考查物理实验素养 体现实验与理论相结合[J].中学物理，2018（6）：63-65.