创新实验教学落实学科素养

陈丽琴

摘 要：本文概述了物理学科核心素养视域下通过创新物理实验，提高教学有效性，落实物理学科核心素养的培养。教师通过创新实验、自制教具、模拟实验及引导学生自创实验等途径，创设问题情境，帮助学生形成物理观念、增强科学探究能力、发展科学态度与责任、培养创新意识，进一步提升学生的物理学科核心素养。

关键词：实验；教学；创新；物理学科核心素养

引言

2017年修订的《普通高中物理课程标准》指出“物理学是基于观察与实验，建构物理模型，应用数学等工具，通过科学推理和论证，形成系统的研究方法和理论体系”[ 1 ]，充分肯定了物理实验在物理教学乃至物理学中的重要作用。在物理教学中，实验不仅可以使学生形象地认识物理現象，理解物理规律，激发学生学习兴趣，而且有助于提高学生观察、探索、思维和实践等能力，培养创新意识。但在实际教学过程中，许多教师受制于实验器材不便或不足，往往局限于教材的实验操作，无法有效调动学生学习和探究意愿，导致物理实验教学效果不够理想。因此无法实现高中物理课程 “旨在落实立德树人的根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础，促进的人类科学事业的传承与社会的发展” [ 1 ]的目标。

提高物理实验教学有效性，提升学生物理核心素养，需要不断创新物理实验，开发利用物理实验资源，实现课程 “引导学生经历科学探究过程，体会科学研究方法，养成科学思维习惯，增强创新意识和实践能力” [ 1 ]目标。创新物理实验应围绕发展学生物理学科核心素养，形成和发展学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。在具体的物理实验教学过程中，可以从以下途径创新物理实验教学，落实物理学科核心素养。

1 创新实验，设置问题情境，形成物理观念

物理观念是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华[ 1 ]，是对物理现象规律的理论认识，具有抽象化、不容易理解和掌握的特点。如果按照常规教学方法，直接介绍物理概念和规律，学生不明就里，听得稀里糊涂，死记硬背，丧失学习兴趣，难以达到形成物理观念和培养科学思维的目的。教师通过创新.设计富有生活气息和切合学生实际的物理实验，吸引学生，激发疑问，教师因势诱导，把学生心里的问题进一步深化，激发学生科学探究的兴趣，结合学生思考回答，在潜移默化之中，把深奥难懂的物理理论深入浅出，以直观形象的方式展开，便于学生理解。学生在实验观察和积极的思考探究中，不再是物理概念和规律被动的接受者，而是物理概念和规律的主动获得者。他们感受到了学习的乐趣和思考探究的快乐。教师不仅有效地达成了物理知识的讲授，更主要是培养了学生的学科核心素养。

以“自由落体运动”教学为例，教师先请几个学生做“手指夹百元大钞”游戏，结果没有一个学生夹到，学生当时就很好奇，眼看快夹住的钱为什么夹不到呢？然后顺水推舟：是不是大家的反应慢呢？接着把全班学生每两人分成一组，每组分发一把量程为30cm的尺子，让他们相互测量自己的反应时间。在科技高速发展的今天，很多行业都需要反应敏捷的人，学生顿时有了兴趣，连平时不听课的学生也认真起来，有想进一步探究的欲望，课堂效果非常好。通过简单的实验，让学生切身体会运动的快慢，进一步加深运动观念，对后面探究自由落体规律起了很好的铺垫，有效地落实物理观念的核心要素。

物理实验的现象本身具有生动、新奇、形象等特点，对学生有极大的吸引力，容易引起学生的注意，可以使学生产生浓厚的兴趣。教师如果在课堂上做一些新奇、有趣的实验，创设问题情境，能使课堂教学产生巨大的吸引力，从而激发学生的学习兴趣，积极思考，形成物理观念。

2 自制教具，解决疑难问题，增强科学探究能力

通过实验，引导学生观察现象、发现和提出问题，收集选择有用信息，结合物理概念和规律，基于证据和逻辑对问题作出合理解释，准确表述问题，以及提高对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。这一过程可以不断地增强学生的科学探究能力。

以“力的合成”一课“讨论与交流”为例，通常会用数学知识（余弦定理）来分析，得出结论：合力的大小随两个分力（大小不变）夹角的增大而减小。很多数学基础薄弱的学生听到运用数学知识来解决物理问题头就疼。笔者当时就设计了一个实验，更直观地展示这个结论。设计这个实验的灵感来源于 “力的合成演示器”（如图1所示），改进这个演示器的使用方法能够有效地展示两个分力大小不变时合力大小与夹角大小的变化关系（如图2所示），实验操作具体如下：

把两个定滑轮固定在木板上，细绳绕过滑轮，绳的两端挂钩码。（1）在绳的两端分别挂三个、四个钩码，用弹簧称拉住结点，缓慢下移。（2）结点在下移过程中，使其在不同的位置静止一会儿，让学生观察细绳夹角的变化、弹簧称读数的变化。比较数据就可得出合力的大小随两个分力（大小不变）夹角的增大而减小的变化关系。

这个实验的器材实验室可找到，操作也简单，实验现象明显，教学效果良好。教师如果多设计演示自制实验，不仅能激发学生的学习兴趣，解决学生学习疑难点，而且增强学生科学探究能力，在实验中观察和思考，积极探究，合作交流，把具体实验数据进行科学推理和科学论证，得出结论。

3 创新模拟实验，端正科学态度与责任

通过简单的实验，把物理知识应用于实际生活中，让学生感到学以致用，形成对科学技术应有的正确态度以及责任感。

以“光导纤维及其应用”教学为例，如果教师直接讲授光导纤维的内容，学生只知道结论，无法提起上课的兴趣，思维无法展开，更谈不上学科核心素养的发展。但教师通过精心设计实验，利用光照射从矿泉水瓶和弯曲的吸管流出的水产生的现象，模拟“丁达尔实验”。教师利用生活中的废旧材料，创新物理实验，首先在矿泉水瓶下端的侧壁开一小孔，插入一小段弯曲的吸管，并用胶粘好。瓶内装满清水后，一股水流便从吸管中射出。把激光笔对准矿泉水瓶下端的吸管小孔发光，然后用手指挡在弯曲吸管另一端的水柱时，手指上出现了明亮的红斑。

学生在兴致勃勃的观察了新的物理实验，看到光线居然从弯曲的流着水的吸管中出来，立即产生疑问：光线不是直线传播吗？为什么手指处会有红斑呢？激光笔的光束为什么会沿着弯曲的水柱传播呢？由此诱发学生的探究欲望，集中学生的注意力。进而再探讨其原理，学生会不由自主地联想到前面学过的光的全反射原理。然后趁热打铁提出：光沿着弯曲的水柱传播这个现象在实际中能有什么作用？进而展开光纤应用的教学，强化学生应用物理知识的意识，培养学生学以致用的正确态度和造福人类的责任感。

4 引导学生自创实验，提升科学思维能力

物理实验分为验证性实验和探索性实验。验证性实验为了证明物理概念和物理规律的准确性，一方面有利于课堂教学，帮助学生理解和掌握知识，另一方面不利于发挥学生主体性和创造性，不利于培养学生科学方法和态度，也不利于培养学生主动探索物理规律的实践能力。而探索性实验是由学生根据问题自主设计实验方案，主动探究问题获取知识的过程。它有利于学生形成独立思考意识、主动探究能力和实践能力，获得物理实验研究的方法，为进一步创造、创新奠定基础。因此在教学中教师可以通过鼓励学生思考不同实验方案，引导学生把验证性的实验转变为探索性的实验。师生互动或生生互助，制作创新实验器材演示，實现学生成就感和价值感。教师也可以把作业作为出发点，布置学生自己设计简单的实验。

以“重力与重心”教学为例，教师布置影响稳度大小因素课后作业，启发学生用控制变量法设计一种演示器，利用控制变量法进行探究此结论。一位学生设计了利用胡萝卜和胶水瓶盖子制作实验：（1）胶水瓶盖子上插一根插着半根胡萝卜的细长竹签，当把胡萝卜下移到瓶口附近，器材较稳定，要它倾倒不太容易。如果把胡萝卜移到竹签的顶部，它就很不稳定，一碰就要跌倒，因此得出结论：支持面不变时，重心越高，稳度就越差。（2）把胡萝卜移到竹签的顶部，器材一推就倒。用一块底面较大的中间挖一小孔的泡沫薄塑料上插入器材，这时瓶子的底面积增加，瓶子不容易倒。因此得出结论：重心高度不变时，支持面越大，稳度就越好。这个课后探究性实验，学生要思考用控制变量法做到如何控制支持面不变改变重心；重心不变改变支持面；选用什么材料容易做到等问题。这不仅培养了学生的动手能力，而且还提升学生的科学思维品质，培养学生的创新意识。

5 结束语

物理是一门以实验为基础的自然学科，实验在物理教学中具有十分重要的作用。作为一名物理教师，应该把实验带入物理课堂，有效地为物理教学服务，使学生形成的物理观念和科学思维便于分析和解决问题，提高探究能力，养成科学态度，促进物理学科核心素养的形成。只有加强自身的素养，不断实践，才能让实验更好地为教学服务，才能有效地发展物理学科核心素养[ 1 ]。实践的路还很长，需要我们不断地探究，当我们用心去领悟、用汗水去实践后，收获自然会是丰硕的。

创新，永远在路上。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.