核心素养视野下高中物理实验教学的实践与思考

郑玮娜 施生晶

摘   要：本文总结了物理核心素养的主要内容，阐述当前物理课堂教学中实验教学对学生核心素养培养不足的原因，在“物体的重心”实验教学中进行实践，促进学生物理核心素养的发展，进而提升教学质量。

关键词：核心素养;高中物理;实验教学

当今教育的主题是加强对学生核心素养的培养，而实验教学则是学生物理核心素养培养的重要途径，教师在教学过程中，要注重落实学生核心素养的培养。本文以“物体的重心”的教学为例，把核心素养4个要素渗透在各个教学环节中，让学生在实践中收获知识，在体验中感知成功的乐趣。

1  高中物理核心素养的内涵

物理学科核心素养包括4个方面：物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任[ 1 ]。高中學生在学习物理知识的过程中逐渐形成物理观念，但简单的知识积累并不能形成观念，还需要学习主体对知识进行探究、思维运转，才能实现知识的升华。学生通过高中阶段的学习，逐步形成物理观念。科学思维的发展是高中物理实验教学目标之一，模型的创建有利于学生利用更形象的模型，将抽象和复杂的概念形象化和简单化。在培养学生物理学科核心素养的过程中，科学探究是其中必不可少的一个部分，在探究的过程中学生能更有效、更深入地掌握物理概念和规律的本质，这将成为学生源源不断的学习动力。高中物理实验教学中，科学探究是其中最精彩的一个环节，也是学生通过实验掌握重点、突破难点的一个重要过程。科学态度与责任是学生实现自我价值与社会价值的基础。高中物理实验教学中，教师要引导学生认识到科学的本质，帮助学生保持严谨求真，实事求是的科学态度，提升学生社会责任感。

2  传统的物理实验教学模式存在不足

虽然课程改革在我国教育领域紧锣密鼓的进行着，但是传统应试教育的模式已根深蒂固，在高中物理实验课的教学模式中存在一些不足，具体表现如下：首先，重演示轻操作。大部分高中学校都建设了专门的物理实验室，但在实际教学中，由于授课时间有限，很多教师不愿意浪费时间开设专门的实验课程，在高中实验教学中重演示轻操作的现象一直存在。老师为学生演示实验操作，忽视了学生的主体地位，不利于学生核心素养的培养。其次，操作程式化。老师虽然会在物理实验课上让学生们亲自动手完成实验的大部分步骤，但是往往是让学生按着标准流程进行程式化的操作，给学生自主分配探究实验的时间也很少，学生很难对实验过程和原理产生深刻印象，使得学生发散思维的培养受到了一定程度的限制，对物理核心素养的培养更是存在阻碍。最后，模拟实验比重过大。现在有很多模拟实验软件，因软件具有智能化、多样化、简便化的优势，很多老师习惯于用模拟实验软件进行实验教学，但实验软件的功能再强大，也无法代替真正的实验操作。

3  核心素养视野下高中物理实验教学的实践

笔者以高中物理鲁科版必修一第四章“物体的重心”的教学为例，在教学中进行实践，提升教学质量，促进学生物理核心素养的发展。

3.1  “物体的重心”的学科核心素养培养目标

“物体的重心”这一部分的教学要求是知道重心的概念及会确定物体重心的位置，知道重心与稳度的关系，会运用重心解决实际问题。教师通过一系列有趣的实验，层层推进，来引导学生完成这些教学目标。在实验操作的过程中，可以锻炼学生的观察能力，提高他们的动手能力，培养小组成员间的团队协作能力;在发现问题的过程中激发他们的探索欲望，同时学会发现问题、探究猜想和解决问题，从而开拓他们的思维，进一步提高他们的探究思维与创新思维;在分享成果的过程中，可以增强学生收集数据能力、语言表达能力，同时还能享受到这来之不易的成功带来的快乐，从而激发他们对学习的热爱[ 2 ]。

3.2  实验活动重点

在实验活动前，教师要先引导学生确定“物体的重心”的重点及难点。本节课的活动重点有两个，一是要知道重心与稳度的关系，二是能够小组合作完成实验，并对整个实验过程进行清晰阐述。活动难点则在于要探究多种实验方案，亲自动手完成实验并得出结论。老师布置三个任务：一是寻找生活中不常见的、但跟重心与稳度有关的现象;二是设计怎样让一节胡萝卜稳定在玻璃杯口的边缘;三是设计怎样让一元的硬币稳定在竖直的白纸上。接下来学生就根据老师设计的任务进行分组合作，独立设计实验方案，并在课堂上阐述本组的探究过程，展示探究成果。

3.3  实验教学的实践

3.3.1  小组一的实验课题是“寻找生活中不常见的、但跟物体重心相关的现象”

A组同学介绍：真人不倒翁。

真人不倒翁是按照玩具不倒翁的原理制作成的，结构特点是上轻下重，使物体的重心降低，因此整体保持一个较稳定的状态。在平衡位置时其重心最低，当它倾斜时重心会升高，但依旧处于一个稳定平衡的状态，所以真人不倒翁摇晃起来的时候是不会倾倒的。

B组同学介绍（如图1）：锥体爬坡。

锥体在爬坡的过程中，看似在自动向上滚动，实际上由于两轨道之间的距离在增大，因此锥体在向上爬坡的同时重心实质上是在下降的。

C组同学介绍：高空走钢丝。

杂技演员在高空中走钢丝的时候要像过平衡木的体操运动员一样，伸开双臂保持平衡，根据力的平衡原理，杂技演员的重力作用线要通过钢丝这一支持面，这样他所受的重力和支持力的作用线才能在同一条竖直线上，达到一个平衡状态。又由于钢丝很细，因此有时杂技演员手里还会拿着一根长竹竿，其目的是为了增长手臂，让身体更容易达到平衡状态。

3.3.2  小组二实验课题是“设计怎样让一节胡萝卜稳定在玻璃杯口的边缘”

实验器材：一节胡萝卜，一个玻璃杯，两个叉子等。

实验步骤：（1）在胡萝卜的两边对称的插上两个叉子（如图2）;（2）把胡萝卜的一侧放在玻璃杯口的边缘，通过调整胡萝卜的位置，就可以使其稳定在杯口边缘了;（3）轻轻晃动下叉子，发现胡萝卜的和叉子的整体也会跟着晃动，但不会从杯口边缘掉下来。

实验原理：由于胡萝卜和两叉子整体的重力作用线在杯口边缘的支撑面上，整体的重心会在支持点之下，所以整体可以稳定在杯口边缘。

3.3.3  小组三的实验课题是“设计怎样让一元钱硬币稳定在竖直的白纸上”

实验器材：一元钱的硬币、一张白纸等。

实验步骤：白纸竖直，将一元硬币轻轻放在白纸上。

实验现象：硬币直接掉下来。

实验步骤：先将白纸从中间对折，接着将对折的白纸两边打开成90°（如图3），再把一元钱硬币放在折叠好的竖直白纸上，然后双手将折叠的白纸缓慢拉直成一条直线。

实验现象：在白纸被拉直时，硬币能够稳定在竖直的白纸上。

师生互动：在学生进行实验的过程中，老师可以适时引导：

“我们初中学过，物体要保持平衡，应该满足什么样的条件呢？原理又是怎样的呢？”学生此时就会在小组中积极讨论并总结得出结论：通过实验我们发现，当我们直接把硬币放在竖直的白纸上时，硬币立马就会掉下来，当把白纸对折后再放上硬币，接着再拉直白纸，硬币就能够稳定在白纸上了。因为在白纸被缓慢拉直的过程中，当硬币的重心缓慢移动到白纸这条拉直的支持面上时，所受的重力和支持力二力平衡，这样硬币就可以稳定在竖直的白纸上了。

3.4  实验思考

“物体的重心”虽然不是高中物理教学的重点，但本节是实验活动的最好课题，虽然其操作简单，但是却能够拓展学生的科学思维，在学生寻找解决问题的方法时加以引导，从而提高学生解決问题的能力。学生分组合作，展示实验成果，可以提高学生学习成就感。由于都是用生活中非常常见的东西作为实验器材，能引导学生通过本节活动创建一个生活中的物理小课堂，培养学生实验探究素养。活动最后的反思总结能培育学生严谨的科学态度及团队协作精神。

4  结语

在高中物理的实验教学过程中，要结合物理学科核心素养的四个维度;教师要充分利用物理实验这一独具实践性和培养性的教学方式，来提升物理观念，形成科学思维，实施科学探究，树立科学态度与责任[ 3 ]，从而提升高中物理实验教学的质量。

参考文献：

[1]刘媛媛. 基于核心素养的中美高中物理教材比较探究[J]. 物理教学探讨， 2020（3）： 13-18.

[2]施生晶.自制教具 促进教学[J].物理通报，2019（8）：105-107.

[3]沈文炳. 基于SOLO 理论的物理教学设计的思考[J]. 物理教学， 2020 （1）： 10-13.