基于核心素养导向的高中物理实验教学策略研究

李秋洲

处于高中阶段的学生已经逐步形成一定的能力，如推理和思维能力，且这一阶段的学生由直觉兴趣向因果认知兴趣转变，由行动兴趣向概况认识兴趣转变。然而，在我国以往的教学中教育目的是通过各项考试，应试教育思想根深蒂固，学生在课堂学习中处于被动地位，并且部分教师在开展教学时重视理论知识的讲解而忽视了实验教学，以至于学生在知道结果的前提下进行实验，这很难培养学生的探究和创造性思维。随着新课改的不断推进，这就要求教师在教学中能够以核心素养为导向，不断创新实验教学的方式，从而培养学生的物理观念及科学思维，为学生的未来发展打下坚实的基础。

一、 高中物理实验教学存在的弊端

(一)注重理论知识的讲解

在当前的高中物理教学中，实验教学应与概念和规律课程相结合，但在实际教学中，教师仅仅注重理论知识的讲解，没有给予实验教学足够的重视。此外，和理论课相比，实验课课时占比明显较小，并且部分学校实验室没有配备完善的器材，设备不能满足学生的实验需求，这就导致教师演示实验，而学生缺乏动手实验的机会，以至于学生不能发挥主观能动性，难以对实验知识深入探讨，很难达到理想的学习效果，最终不能充分发挥实验教学的作用。

(二)实验教学过于形式化

高中阶段的学生对物理知识已经有了初步的理解，并且可能已经了解实验的结果，但部分教师在开展实验教学过程中没有重视学生科学思维的培养，在开展实验教学时过于形式化，不能带领学生深入探讨实验细节，教师过分重视实验结果，而学生明确实验结果后忽视对细节的把握，从验证的角度开展实验，而在高中物理中，实验题侧重考验学生对细节的掌握，如果不能掌握细节内容将会造成失分问题。此外，当前在我国高中物理教学中部分物理教师并不能给予实验课程足够的重视，并且物理实验教学时间较少，无法在核心素养的基础下通过高中物理实验教学提升学生的实验能力。另外，部分高中物理实验教材并不齐全，这也是影响高中物理实验教学质量、效率的重要原因之一。

二、 物理核心素养的外延

因为各个课程的教学目标定位不同，导致核心素养的具体内涵也有差别。在各个学科教学中贯彻核心素养，也就是要根据学科的特性制订具有针对性的教学目标，唯有如此才能保障各个学科的教育以提升学生的综合素养为基础，从而呈现其特有的教育价值。在高中物理教学中核心素养也必须突出物理学科的特色，具体表现为：物理概念和应用；科学思考和创新；实验探索与交流；科学态度和责任。

(一)“物理概念和应用”的培养

概念是人的大脑对客观事物和客观世界的反映，是人类认识世界的根本。在学习物理到一定程度时学生会产生物理概念，物理概念的形成是物理知识的体现和反映，主要表现为对物理概念、规律的理解和应用，能够保障学生在物理学习过程中将知识应用于解决现实问题中。

(二)“科学思考和创新”的培养

通过初中、高中两个阶段对物理的学习，学生基本具备了科学思维的基本能力和科学思维的基本方法，在高中物理学习中学生可以通过科学思维找出问题答案。创造性素质是指在解决问题时，运用科学的思维方式且以有批判作为基础，从多个方面考虑问题并提出创造性的观点。

(三)具有“实验探索和沟通”的能力

物理实验的主要目的是通过生动物理实验现象探索物理知识。所以物理教师必须重视物理实验教学，从而展现物理实验教学的功效，在进行实验时培养学生的探索精神，同时在开展物理实验过程中师生进行交流，以设计出更好的实验方案。

(四)加强对高中生“科学态度和责任”的培养

为了给学生未来的全面发展奠定基础，必须要重视立德树人。高中时期是学生智力飞速发展的阶段，也是帮助学生形成正确价值观念的重要时期。在学生全面发展思想的指导下，教师在物理实验教学中应当注重培养学生诚实、严谨、爱国爱家和社会责任感，以此来体现高中物理实验教学的有效性。

三、 核心素养导向的高中物理实验教学积极作用

第一，教师在开展实验教学时能够帮助学生深入理解理论知识，从而加深对物理观念的认识。在高中物理中，大多数理论知识过于抽象化，需要借助物理实验加强理解，例如在学习运动观、能量观这部分过分抽象的知识时，学生不能很好地理解，而借助物理实验学生可以清晰地看出其物理原理。

第二，可以借助物理实验设计培养学生的科学思维。合理的实验设计能够借助物理现象帮助学生验证、掌握物理知识点，但在此过程中会遇到一些问题，从而激发学生的思维。比如，测量电动势实验是高中物理常见的实验，其目的是让学生对电路学有更清晰的认识，在实验设计环节有多种方法可供选择，且由于实验设计方案不同，其结果的误差也不尽相同，借助物理实验设计能够培养学生科学思维，依据结果对实验设计提出问题，最终促进学生的分析、推理能力。

第三，在开展实验教学时通过对实验现象的分析能够培养学生的探究能力。物理实验教学对学生的要求较高，需要学生具备一定的分析能力和动手能力，在实验中出现问题时也能积极地进行探究，而这些能力也是培养学生探究能力的基础。比如，部分高中物理实验在教师的引导下开展，而学生在实际操作时仅仅重复教师的步骤，并不具备探究性。而在核心素养为导向下的高中物理实验教学中，必须让学生亲自开展创造性教学，最终使学生形成探究能力。

第四，开展实验教学对培养学生的科学态度具有重要意义。在物理学的发展史上，有许多有名的实验，而光子运动的双缝干涉实验就是其一，这一实验证实了粒子的波动性和粒子性，从而颠覆了以前的实验结果。教师在课堂上展示双缝干涉实验，可以使学生建立起科学态度，使学生意识到任何物理定律都要经过实验验证，并不是单纯的推理与想象，要建立严密的科学态度，尊重事实、认真对待实验结果。

四、 核心素养导向的高中物理实验教学措施

(一)借助生活实验培养物理观念

高中物理部分知识点与人们的生活有着密切的联系，因此，为了有效地开展实验教学且帮助学生更加透彻地了解相关知识点，在实验过程中应充分利用生活素材，这不仅可以凸显物理教学的本质，还能缩短学生与物理知识之间的距离，培养学生各项能力的同时还能有效提升学习成效。教师应根据学生的实际生活体验和学习内容合理地选取实验教学要素，这不仅不会使学生产生学习的违和感，同时还有助于培养学生的学习兴趣，为核心素养的形成和发展形成有利的条件。《超重和失重》是高中物理学习的重要知识点，在学习这一节内容开展实验教学时，教师可以借助生活中常见的电子秤，从而使学生能够更加近距离地感受超重和失重所具备的特征。借助实验教学方式开展教学的效果与理论知识讲解教学相比更加有效，使学生更加直观、深入地了解物理知识。当学生在电子秤上快速站起来的时候，电子秤的数值远远超过实际重量，学生参与到物理实验中，通过观察和分析快速蹲和站立的电子秤数值，体会到物理的奇妙之处。借助生活实验进行物理教学，使学生对课程的学习内容产生浓厚的兴趣，提升学习积极性，进而使学生了解生活中的各种现象和物理的联系，达到培养物理观念的目的。

(二)借助实验流程培养创新意识

在开展高中物理实验教学时，部分学校由于受到实验器材等客观因素的影响限制实验教学的有效性，在进行实验时不利于教师给学生展示完整的实验过程，而学生也无法感受实验的乐趣及探索实验的细节，因此实验教学缺乏互动特征，最终直接影响到实验教学的质量和效率。针对这一状况，在开展以核心素养为导向的实验教学时，应当满足教学条件和教学需求，创造合理的实验流程，逐渐完善在实验过程中存在的缺陷，并将其融入学生积极主动参与的学习活动中，在实验教学中使学生能够借助实验不断提升其学习成效，探索更多物理奥秘，并且提升其创新意识。例如，在学习《自由落体运动》这部分教学内容时，在教材中的示范实验是在两个玻璃管中投放了不同质量的羽毛和硬币，学生通过将玻璃管倾倒使其看到不同玻璃管物体的下滑速率，然后再将玻璃管中的空气抽取并重复以上实验过程，从而观察各个玻璃管中的物体下降速度，在教材中的实验探究中采取比较的方式，给学生呈现出物理知识点。然而，在实际教学过程中，关于《自由落体运动》教学着重于两个要点：一是物体仅受重力，二是从静止状态向下坠落。在实验教学的操作中，在将玻璃管倾倒的过程中，如果倾倒的速率过快就会发生实验现象变得模糊不清的情况，同样地也会发生用金属硬币压住羽毛或是给两个物品一个初速度的情况，但这种现象的发生并不满足物理实验的条件，而一旦将玻璃管倾倒的速率放慢，就会发生实验物体与玻璃管内部发生碰撞的情况，而即使达到了真空条件，也无法保持物体仅受重力而自由坠落。从以上的实验分析来看，在开展物理实验教学时会出现一些局限性，无法突出自由落体运动的状况，针对这一状况，教师在开展实验教学时必须将实验流程进行优化：将玻璃管垂直放置，然后通过磁铁或电磁铁的吸附将羽毛和硬币移入玻璃管上方然后再将其释放，采用这个方法既能够使羽毛和硬币在下落过程中减小了与玻璃管内部产生碰撞的概率，同时又能够保证硬币和羽毛在下落过程保持相对平稳的状况下开展自然落体运动。但需要特别说明，在优化实验过程时，将用于固定羽毛的金属片放在羽毛上面，以尽量接近实验的基本要求，从而增加实验过程和实验结果的可信度。优化实验流程开展实验教学，既可以使实验结果更加科学、严谨，又能使学生积极参与到实验中，使学生的创新意识得到增强。

(三)借助分组实验培养科学思维

处于高中阶段的学生正值青春期，存在个性化差异，如发现问题、分析问题、解决问题的能力各有不同。而教师应当重视学生的个性化差异，在开展实验教学过程中，注意学生存在的差异，根据学生的差异开展分组教学，拓展学生的学习空间，摒弃传统物理教学呆板的教学方式，积极活跃物理课堂氛围，改善学生以往被动接受知识的状况。而分组实验能够帮助学生营造良好的学习氛围，在小组协作的实验教学中培养学生的责任感、团队协作能力、集体意识，学生在小组探讨中可以发表自己的意见，在此过程中可以培养学生开拓性思维和思辨思维，当分组实验结束后进行实验数据的记录和实验仪器的整理，对学生科学态度和责任的培养有很大的帮助。借助分组实验，培养学生的品质和素养，最终为学生未来的发展奠定良好的基础。

(四)借助课后实验培养探究能力

在高中物理的实验教学中，不管是分组实验还是演示实验，都存在着一定的局限性，最终限制学生的个性发展，且不利于学生思维的发展，基于这一状况，教师开展课后实验非常有必要。而课后实验主要是以学生的生活为基础，学生需要充分利用生活资源，以安全为前提设计实验、自制教具，通过亲身实践，证实教科书中的物理定律，解开了学生和物理之间的迷雾，通过课后实验还可以训练学生的实践能力、研究与发现的能力，进而加强学生的科学兴趣与创新思想的培养。因此，教师在进行物理实验教学的过程中，应积极指引学生开展课后实验，使学生能真正做到“知识来自教科书，而超越教科书”。目前，我国的教育教学改革已经达到了一个新的高峰，而在新时期，物理实验更是体现了“从生命到物理”的教学思想，培养了学生在实验中的科学思考和科学探索能力。

(五)明确实验方向重视科学探究

探究学习是目前物理实验教学中普遍采用的一种教学方式，它能有效地改变高中物理以往教学方式存在的弊端，凸显学生的主体性。在开展物理教学时，教师要把这种思想贯彻到实验中去，再通过物理实验来提高学生的探究能力。例如在学习加速度与力和质量这一部分内容时，开展的实验就是探究性实验，在实验中，仅仅给出了一个实验方向，至于仪器和操作方法，并没有详细的说明，因此，在物理实验课上，高中生要独立参与并进行实验，并明确实验的原理、实验仪器、测试方法等，既是对学生综合水平的一次测试，又是对学生科学探究能力的一种培养。

(六)实验教学中重视学生主体地位

要提高学生的核心素养，教师必须充分发挥自身的作用，改变学生在课堂上被动地服从教师的指令而进行实验的被动局面。比如，在学习摩擦这部分内容时，根据滑动摩擦的影响因素，教师可以根据实验帮助学习理解相关内容。教师可以把同学分成不同的实验组，要求学生根据身边物体设计滑动摩擦力的影响因素实验。首先，教师要让同学们在小组里讨论，针对可能影响滑动摩擦力的各种物理因素进行合理猜想，并针对这些因素设计完整的实验方案。其次，在学生完成了实验方案的设计之后，教师可以让学生通过合理的分工，负责实验操作、记录实验、总结实验等环节工作，激发学生的实验积极性。最后，当学生做了实验以后，教师要求各个实验小组汇报实验成果，说明从方案设计到得出实验结论的全部流程，并采取以学生为主、老师为辅的教学方法，让学生在实验课程中充分地发挥主动性，并给学生提供了一定的自主权，从而突破了被动式教学的限制。同时，在自主设计的基础上，学生要不断地反思各个实验环节的影响因素，并记住实验的重点，对实验内容积极思考和分析，从而增强实验的效果。另外，教师还可以通过让各个小组做实验探究报告，了解学生的实验学习和探究能力，从而为以后的实验讲解提供参考；可以促使学生在物理实验中进行总结，使学生养成良好的学习和探索的习惯。

(七)强化学生实验感受，培养科学探究素养

在物理教学中涉及多种类型的教学内容，最终导致物理实验也具有多种类型，不同类型的物理实验教学都能够在一定程度上培养学生的核心素养，高中物理实验主要包含演示、亲历性实验。

首先，在演示实验教学中，通常情况下是教师亲手示范物理实验，而学生则是在旁边观看。在此过程中学生仅仅是眼睛目睹不能亲手进行实践，并且部分实验由于具有较高的危险性不能由学生动手操作。基于这一问题下，为了保障演示实验的有效性，教师必须在做实验之前将所有道具准备齐全，并对实验环节进行精心设计，在整个实验过程中以问题为中心。在演示完实验以后，教师可以通过实验的方式培养学生的物理思维，使学生能更好地融入实验并对实验有更多的感受。

其次，各个学生的学习能力、认知能力有着很大的不同，最终导致实验能力也存在着差异，学生在动手实验过程中不仅无法发挥实验教学的作用，甚至会出现实验失败的情况。教师应当对培养学生的探究素养有着足够的认识，使学生在实验前对可能出现的阻碍有着清晰的认识，或是对实验失败结果进行预设，以此保障实验教学的有效性。如果在实验教学时出现问题，教师此时应当扮演指引的角色，引导学生对问题有着正确的见解，使物理实验具有有效性。对问题的提出和探索是学生探究的过程，教师提出有效的问题才能提升学生的探索素养和实验操作能力。

最后，教师可以通过开展课外小实验来提升学生的探究能力。通常情况下课外小实验比较简单，但对培养学生的自主探究能力却有极大的帮助。例如，课外小实验可以是摩擦生电，感受电；往杯子里倒入清水不要溢出来并感受水的张力。这些实验没有较高的难度且没有空间限制，通过课外小实验不仅能够提高学生的探究能力，还可以提升学生学习物理的积极性。

(八)通过严谨实验传达科学态度

在高中物理教学中培养学生的科学态度是物理核心素养的一个重要组成部分，因此在物理实验教学中既要重视学生的学习质量又要注重情感的升华。绝大部分物理现象的发现需要一个漫长的过程，且需要进行反复的实验、细心的观察，唯有如此才能发现物理规律、现象。在物理实验教学中教师也应当注重培养学生严谨、实事求是的精神。例如世界著名物理学家法拉第，他前前后后进行了四百多次的实验，才将“电磁感应”研究透彻。因此在物理教学中，教师可以用法拉第的故事来让学生感受到物理学的不屈不挠和永不放弃的精神。

在我国的物理发展史上，邓稼先、钱学森、杨振宁这些物理学家都是为祖国服务的，他们孜孜不倦地做着各种试验，计算着各种数据，不重视名利且对祖国非常热爱。在我国近代史上，物理学取得的任何成绩，都与他们的无私奉献密不可分。在进行原子结构等示范实验时，教师可以将前辈们的事迹介绍给学生，充分感染学生，使其学习物理的积极性得以提升。

(九)借助分组实验培养学生科学思维

在高中物理实验教学中，教师不仅需要注重对理论知识的讲解，同时也可以通过物理实验的方式培养学生的科学态度和科学探究素养，通过这种方式促进学生综合素养的培养且为学生未来的发展奠定基础。在高中物理实验教学中分组实验是最为常见的一种方式，在此期间教师主要扮演引导的角色提升学生的参与感，以此来保障物理实验教学的有效性，在物理实验中不断培养学生的核心素养、科学态度。在实际教学中，由于物理实验的难度和重点有很大的差异，只有通过教师的指引才能最大限度地覆盖实验教学，促进学生核心素养的培养。例如在学习加速度与力、质量的关系时教师可以从三个角度(实验探究前、实验探究中以及实验探究后)对学生进行指引，学生大胆提出疑问并设计情景，进而有效开展分组实验教学。

五、 结语

在高中物理教学中实验教学是必不可少的一部分，并且对培养学生的核心素养具有积极作用，教师应当不断发挥自身的作用，根据所学内容及学生学习状况，合理设计物理实验，在实验过程中培养学生的科学探究、科学思维能力，并帮助学生树立正确的物理观念。