核心素养下高中物理实验教学改进和创新

陈栋强

[内容摘要]物理是一门实验学科，远到伽利略，近到丁肇中，无一不是因为实验才能推动物理学科的前进和发展。“实验”一直是物理的代名词，核心素养下，通过实验的改进和创新，使学生在实验中感受物理学科的魅力，促进学生物理学科核心素养的发展。

关键词： 核心素养   高中物理实验   改进和创新

中图分类号：G4 文献标识码：A

一、问题的提出

物理学科的核心素养包括：物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。而实验作为一个载体，能在多方面促进学生核心素养的发展，实验教学就显得至关重要。一个完整的实验教学，能提高学生的分析综合、推论论证能力;能让学生区进行假设与猜想，设计实验并获取和处理信息，基于证据得出结论和对结果分析、反思和质疑。还能让学生对科学和技术有正确的态度和责任感。

但想要真正的把实验教学做好，教师在实验教学过程中还有很多方面需要进一步优化，笔者在十几年的物理教学过程中，总结出以下三个在实验教学过程中比较典型的问题：

1.物理实验内容的单调

情境1：必修1的第三章《摩擦力》中对滑动摩擦力f的大小研究，教材中表述的“通过进一步的定量实验，结果表明滑动摩擦力的大小跟压力的大小成正比”，教材并没有提供具体的实验过程，而只是提供了一个实验模型的示意图，并不能让学生“心服口服”，失去了一個提高学生核心素养的机会。

分析：对于教材上的一句话，一段文字，教师的选择会影响学生对该知识的掌握，也决定了科学探究这一核心素养的主要内容是否能落地。但是很多教师在处理这个问题的时候，可能最多做个定性实验，让学生感受到滑动摩擦力和接触粗糙程度、所受正压力有关，但是实验内容单调，实验过程也过于简单，很多学生在教师做之前就知道结果是怎么样的，难以吸引学生的兴趣。

2.实验教学模式的陈旧

情境2：在必修1的力学实验中，这个实验模型非常重要，如图1，该装置很多实验都可用，比如：探究小车速度随时间变化的规律，探究小车加速度与质量、力的关系，探究做功与物体速度变化关系，验证机械能守恒等等。但是学生经常会被“是否要平衡摩擦力”“小车质量是否要远大于悬挂物的质量”这两个问题所难倒。甚至连“怎么平衡摩擦力”“是否每次改变质量都需要重新平衡摩擦力”等问题也会犯难。

分析：教师的演示实验只是教师在台上讲和做，学生在台下看，诚然这样做能使学生获得一定的感性认识，但根本无法替代学生的自身活动，观察能力、独立思维能力和探索能力的培养形同虚设。学生实验也大多当作了验证性实验，探究性成分和自我设计成分几乎没有。在实验安排上，章节独立的实验多，综合性实验、设计性实验少，实验内容范围窄，与生活及生产实际结合得不够紧密。

3.实验教学变味

由于部分物理教师的实验心和责任感不足，实验意识较低，对实验教学不够重视，虽然实验器材不足是客观原因，但现有器材未充分利用，有些教师甚至连教材中安排的学生实验都不做，直接“在黑板上讲实验”，学生“用复习资料背实验”。更有甚者，利用多媒体实验，即学生通过投影、多媒体等“看实验”，甚至还未做过实验，就让学生用笔去“做实验”，直接把原理、步骤、数据处理等全部用文字灌输，学生在这种模式下更不不清楚为什么要做这个实验，为什么要这样设计，为什么要这样处理数据，实际操作过程会出现什么问题等等，使实验教学在“应试”的泥潭里越陷越深。

二、实践与探究

1.增加接近生活的实验案例，提升学生对物理实验的探究欲望

案例1：在电磁感应的应用中，涡流是比较抽象的一种现象，为了让实验更加贴近生活，提高学生对涡流的印象和原理的理解，教师在上课的时候可以将电磁炉搬到教室进行授课。步骤1：将一只铁碗放置在电磁炉上面，观察里面的水的情况（可以看热气），同时边上放置一个塑料碗，看看里面的水的情况（可以用手指试温，提升学生的兴趣），然后让同学思考原因，发现问题，提出假设。步骤2：拆开电磁炉，观察里面的构造，思考为什么能加热，利用的是什么原理，热的是电磁炉的表面还是铁碗本身。步骤3：增加一些趣味的拓展，比如用电磁炉使小灯泡发光，甚至给手机充电等。

这样接近生活的实验案例，可以有效的提升学生的探究欲望，从而增强学生的实验探究意识，促使学生在学习和日常生活中发现问题、提出合理猜测与假设。

2.定性改定量，增加学生实验探究机会，提升实验方案设计能力，增强证   据获取意识和能力。

案例2： 在滑动摩擦力的大小这个问题的研究中，教材并没有准备实验，如果加入对滑动摩擦力大小的定量分析，有助于学生对f=μFN公式的理解和应用。

如图3是教材提供的实验模型，但是这个实验在操作中会遇到很大的问题。首先，拉力大小为摩擦力大小的条件是平衡条件，但是操作者没办法保持匀速;其次，操作者读数会非常困难。如图4，将弹簧测力计固定，移动下方木板，根据受力分析，木块不动则处于平衡状态，木块所受滑动摩擦力即为弹簧的弹力。进一步如图5，将图4的弹簧测力计改成力传感器，就可以将定性实验改成定量实验，将小木快的质量测量出来，即为接触面上受到的正压力，同时，力传感器可以记录下每一时刻的弹力（滑动摩擦力），并改变接触材料，研究不同粗糙程度下的力的变化。最后可以在相同的粗糙程度和相同的压力情况下，让木块的不同接触面着地，直接观察滑动摩擦力的大小有无变化。如图6，利用excel表格作图可以得到f和FN的关系，进而得出他们的关系。

通过将定性实验改成定量实验，增加学生实验探究机会，提升实验方案设计能力，增强证据获取意识和能力。

3.引进实验工具和手段，强化信息收集意识，提高实验兴趣

案例3：在自由落体运动这一节中，测重物的自由落体加速度是这节课的重中之重，实验教学中可以采取常规方法，利用打点计时器打点后处理数据得到结论，也可以利用传感器，利用光电门测速度后进数据处理，还可以使用手机的APP软件Sensor Logger，让手机自由下落，利用手机自带的加速度传感器测量手机在下落过程中的加速度。

在这实验教学过程中，不光使用了传统的实验工具测量，还利用了传感器和光电门、手机等工具，强化了学生信息收集的意识，提高学生的实验兴趣。

4.充分利用实验结果，分析实际问题，增强质疑意识

案例5：在《重力和弹力》这一节中，有一个学生实验：探究弹力大小和生长量之间的关系。人们很容易形成一个认识：弹簧的弹力是和它的形变量成正比额。这时教师可以拿出一根橡皮筋，通过对刚才的结论：弹簧的弹力是和形变量成正比的，那么橡皮筋的拉力和形变量成正比吗？因为橡皮筋和弹簧一样具有很大的形变幅度，另外，和铁丝一样，在受力后所产生的形变属于“拉伸”形变，所以学生基本认为橡皮筋的拉力和形变量成正比。然而，通过对实验结果的思考和理性分析，引导学生对上述猜想提出质疑——铁丝的拉力为什么和形变量成正比，引导学生去探索背后的原因——因为铁丝受不同拉力时，横截面积基本没变，那么就可以认为拉力大小的改变引起了长度的改变。但是橡皮筋一旦受到拉力，横截面积会有显著的变化，当拉伸量巨大时，横截面积减小，这时单位横截面积的受力远远大于原来的。接下去就是让学生进行方案的设计和操作，并最后得出结论。

通过这个案例，启发学生用学过的的物理知识观察周围的物理现象，增强对物理规律应用的敏感性，增强学生对经验性结论进行质疑的能力，增强其反思意识，激发学生以物理学视角观察周围世界的热情。

5.充分利用教师的主导作用，增强学生设计实验探究方案和获取证据的能力

案例6：在恒定电流章节中，比较重要的实验就是利用电路的连接去测量一些物理量，特别是其中有两种测电阻的接法——“分压式”和“限流式”，首先教学中利用“引导式”教学方法，想要测量一个电阻的阻值，需要哪些仪器，这些仪器需要怎么连接？让学生设计测量阻值的电路图，然后连接电路去进行实验的测量，并得出數据，如图8。

此时引导学生，我们通过刚才的实验确实得出了结论，但是在1.2V之前是没有数据的的，那么我们怎么样可以让测量的范围更大一点，让结论更具有说服力？继续让学生进行实验设计，在学生遇到困难的时候教师给予适当的引导，最终得出另一种接法如图9。通过这次实验，学生能充分体会到分压式的优势，以及它适用的范围。从掌握的角度上讲，效率更高。

教师通过“问题导引式”教学改变实验的主体，并不是教师灌下去，而是学生自己去思考解决问题的方法，在引导过程中，要注意循序渐进，能让学生感受到问题解决的过程，和解决问题之后的满足感和自豪感，增强学生设计实验探究方案和获取证据的能力。

通过增加接近生活的实验案例，引进实验工具和手段，使实验内容不再单调;通过将定性实验改成定量实验，改进陈旧的实验模式;通过质疑实验结果在生产生活的解释和教师的问题引导式教法来增加学生实验探究机会，提升实验方案设计能力，增强证据获取意识和能力，使实验教学不再变味。

参考文献

[1].何正海;《中学物理（高中版）》;2015-02-01

[2]. 黎国胜;《教育科学论坛》;2016-10-30