基于实验情境教学 落实物理核心素养

高 峰

(浙江省桐乡凤鸣高级中学 314500)

一、实验情境教学为何能培养物理核心素养

德国教育家第斯多惠曾说过:“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒和鼓舞.”实验作为物理教学的一个重要组成部分，是学生对物理规律和概念获得感性认识的基本途径，也是培养学生思维能力的重要手段，同时也是加深学生对所学知识的理解与记忆.在《2018版物理课程标准》中也提到了在高中物理课程中，应注重科学探究，尤其应注重物理实验，这在培养学生的探究能力和科学态度等方面具有重要地位.

具体来说通过实验情境教学，可以发掘实验在培养学生发现和提出问题能力方面的潜在价值，萌发出科学问题，萌生和理解物理观念；还可在实验中创设一些任务，让学生在完成任务中运用科学思维，自己提炼出应探究的科学问题，培养科学思维,同时提升科学探究的能力.最后实验还能培养学生的科学态度和科学精神，教师应培养学生严肃认真对待实验的态度.尊重实验结果与事实，杜绝编造和修改实验数据，并把实事求是的作风带到平时的学习和生活中去，这个就是科学态度和责任.

因此，笔者认为实验情境完全能够胜任培养学生物理核心素养的任务，笔者在自制实验情境教学方面经历了很多的实践，接下来和大家一起分享.

二、依托实验情境培养物理核心素养的实践探索

1.自制演示实验情境有助于物理观念的形成

“观念”是人们对事物的主观和客观认识的系统化之集合体，人们会根据自身形成的观念进行各种活动.新课程标准指出物理观念是从物理学视角形成的关于物质,运动与相互作用,能量等的基本认识,是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华,是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础.但是有时候观念的形成不能靠灌输，一个自制演示实验情境往往能解决所有问题.

案例1比如在上《全反射》新课时为了让学生有全反射的概念这个观念，在教学引入的过程中，可让学生先看魔术表演“消失的硬币”，教师将一枚硬币压在杯子底部，这时可从杯子侧面看到硬币，但当往杯中注入水时，硬币“不见”了；又如，如图1所示，将一只空试管放入装有水的烧杯中，让学生从侧面观察试管的外观，学生发现试管已经变得“不透明“而发出银光，再在试管中逐渐加入水，发现试管又变得“透明”了.

通过几个小实验，学生发现原有的想法和眼前的物理现象完全不同，产生强烈的认知冲突与悖论，好奇心被深深的吸引，求知的欲望被激发，总想问个为什么，这时就可以顺理成章地引入 “全反射”的新内容.通过这个自制实验，对接下来理解全反射这个观念就顺利多了.

2.利用演示实验情境诱发科学探究的问题进而培养科学思维

科学思维的解读是科学思维是从物理学视角对客观事物的本质属性,内在规律及相互关系的认识方式,是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程,是分析综合,推理论证等到方法的内化.通过自制实验，让学生观察物理现象，分析物理现象，可以发掘实验在培养学生发现和提出问题能力方面的潜在价值.教师可在教学难点和重点的地方创设演示实验情境，让学生在观察和体验后有所发现、有所联想，萌发出能引出科学探究问题，让学生在完成任务中运用科学思维，自己提炼出应探究的科学问题，培养科学思维.

案例2比如在《全反射》一节中，全反射产生的条件是教学的重点，为了使学生理解并掌握该知识点，课堂中可以自制教具，实验用激光器与半圆形玻璃砖演示全反射现象，让光从玻璃射向玻璃与空气的界面，并逐渐增大入射角，让学生观察实验现象(如图2和3)，同时，可以创设以下几个问题情境引导学生思考与探究：①在入射角增大的过程中，折射角和反射角的大小如何变化？②折射光线和反射光线的强度如何变化？③入射角增大到某一角度后，折射光线消失，体现了什么哲学思想？④若光从空气射到玻璃与空气的界面上，能发射全反射现象吗？

通过实验演示与问题的设置，可以有效提升教学的效率，学生根据自身的观察、认识与探究，即可得出全反射的条件.

为了探究核心知识与规律，并体现“走进生活，走进社会”的新课程理念，老师还可以针对教学重点、难点，利用身边的器材，有针对性开发实验仪器，如图4所示为演示全反射现象而开发的演示仪器，将装有半瓶水的玻璃瓶固定在铁架台上，刻有角度的纸板开一孔，套在玻璃瓶上，将激光射到水与空气形成的界面上，即可演示全反射现象.器材简洁而有效，并贴近生活.

3.理论探究和自制实验演示探究同时走，提升科学探究能力

密立根说过：“科学是在用理论和实验这两只脚同时前进的.有时候是这只脚先迈一步，有时是另一只脚再迈一步，但是前进要靠两只脚：先建立理论再做实验，或者在实验中看到新的关系，再用理论这只脚推动实验.”从中可以看出科学探究里应包括实验探究和理论探究，而不仅仅是很多人认为的实验探究.标准中指出实验探究是指提出科学问题、形成猜测和假设，设计实验与制定方案，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估，反思的能力，主要包括问题、证据、解释、交流、合作等要素.而理论探究是从理论的角度进行推理，两者同等重要，缺一不可.

案例3如图5所示，一块橡皮用细线悬挂于O点，用铅笔靠着线的左侧水平向右匀速移动，运动中始终保持悬线竖直，则橡皮运动的速度( ).

A．大小和方向均不变

B．大小不变，方向改变

C．大小改变，方向不变

D．大小和方向均改变

自制实验情境设计：把系着橡皮的绳子固定在黑板上，拿一根铅笔，按着题目的意思，把整个物理过程演示一遍，学生看了以后会发现当铅笔向右匀速移动5cm的时候，橡皮就会在竖直方向上匀速上升5cm，在水平方向上运动情况与铅笔一致.实验操作过程如图6所示.

4.自制实验培养学生的质疑能力和科学精神

新课标指出科学态度和责任要求学生具有严谨认真、实事求是和持之以恒的探索精神，独立思考、敢于质疑和善于反思的创新精神，以及保护环境、推动可持续发展的责任感.因此高中生应该具有批判性思维的意识，能基于证据大胆质疑，从不同角度思考问题，能否实事求是，具体问题具体分析，敢于质疑批判老师的观点等等.而自制实验往往能演出不同的实验效果，这就给学生创设了质疑的机会.

案例4演示实验——“力的作用是相互的”

由于初中学过，教师常常信手拈来，推动粉笔盒(如图7)，根据生活经验告诉学生，粉笔盒受到桌面施加的摩擦力，桌面也受到粉笔盒施加的摩擦力.实验虽简洁，但无法引导学生积极思考.

质疑1：怎么知道粉笔盒受摩擦力？

学生：给粉笔盒初速度后撤去力，它慢慢停下来，说明受到摩擦力.

质疑2：怎么知道桌子也受到摩擦力？(学生困惑)

质疑3：要是能看到桌子动起来就好了.桌子很大，动起来有点困难，能否做个简易的“桌子”？(学生马上想到下面垫上一本书)

质疑4：可是，书受到桌子的摩擦，也很难动起来啊？(有学生想到在下面放几根棍子就容易滚了.实验室提供的小车质量不好，轮子常常被卡.看到这个现象，有学生提议：用玩具遥控车.)

一系列的质疑，装置慢慢被改进.果然，车往前，书往后(图8).

质疑5：汽车的牵引力由谁提供？(基本上每个学生都认为是发动机)

用绳子悬起遥控车，车没往前开，只有后轮不停地转.引导学生了解汽车牵引力其实就是摩擦力提供.

一个简单的自制实验装置，在引导学生层层质疑中，启发了学生探索的欲望，不仅看到了明显的现象，还意外纠正了意识中常见的错误.让学生参与到实验创新中来，不仅完善了装置，更激发学生的求知欲.

以上就是我对实验教学提升核心素养的思考.伽利略开创了用实验研究物理学的先河，今天的教师也要用实验武装自己的课堂，达到立德树人的目的.