核心素养视域下高中物理实验教学探究——以“探究平抛运动的特点”为例

刘 芬

（江苏省运河中学，江苏 邳州 221300）

核心素养是新课改的重要导向，对于高中物理实验教学而言，为了保障学生的终身发展，让学生能更好地适应社会的发展需求，物理教师应当改变沉痼的教学理念，以培养学生核心素养作为教学目标。高中物理核心素养分为物理观念、实验探究、科学思维、科学态度与责任几个方面，这是高中物理实验教学应立足的基石。本文以“实验：探究平抛运动的特点”的教学为例，探究核心素养导向下高中物理实验教学的有效策略。

一、情境导入，培养学生的物理观念

所谓物理观念，代指人们从物理学视角上对能量、物质、运动、相互作用产生基本的认识，并能从中总结概念，分析其中的规律，以解释现实中的物理问题与自然现象。换言之，当学生看到某个物理名词，能立刻联想到对应的实验情景，而看到物理情景时，又能迅速联系到相关的物理知识。若想通过实验教学培养高中生的物理观念，教师应当采用情境教学法，将物理知识与实验情景结合在一起，加深学生的学习印象。创设情境的优势在于教学的直观性，教师需要给学生带来强烈的感官刺激，营造引人入胜的教学情景。对此，教师可以利用多媒体技术，将抽象的知识点代入到生活场景中，从而形象地展现出来。

例如，在教学“平抛运动”实验之前，教师可以先播放一段真实的新闻：巴基斯坦俾路支省的山区突然燃起了大火，连续数日都没有熄灭。相邻国家伊朗准备派出消防飞机，联合巴基斯坦政府开展联合灭火任务。在播放完新闻之后，教师可以播放另一段视频，展示消防飞机的灭火步骤，让学生了解到飞机灭火的具体过程。通过情境的展示，学生可以清晰观察到飞机在空中抛洒阻燃剂时，阻燃剂会有规律地完成一项运动。此时，教师可以让学生结合之前学过的物理知识，进行初步的联想，分析这种运动是否符合以前学过的物理运动。通过这种方式，可以加强学生新知识与旧知识之间的联系，促进教学情境与物理概念之间的联想，有助于学生物理观念的生成。

二、问题设置，培养学生的科学思维

所谓科学思维，代指学生针对某个问题或现象，进行质疑、推理、论证、修正等一系列的分析过程，这是学生学习物理必须具备的基本品质。若想培养学生的科学思维，教师通常要注重以下几个教学要点：①建构物理模型。通过模型将案例与物理知识对接，让学生能在模型的基础上完成假设、推导的分析过程。②重视推理的经过。推导是一个循序渐进的过程，学生往往要根据一些已知的知识点，在合理的依据下分析出新的结论。如果重视推理过程，学生的思维能力将会得到最大化的锻炼。③猜想固然重要，但证据更重要。物理实验并非盲目探索，而是要在合理的依据上步步推进。对此，教师需要让学生了解到证据和观点的区别，教导学生如何合理使用证据，以及怎样通过证据表述自己的观点。④大胆提出质疑，并在质疑的基础上积极探索、尝试创新，挖掘自身的思维潜力。针对以上培养目标，教师可以通过问题教学法在情境教学的基础上设置问题，由浅至深地引导学生进行深度思考。

例如，在播放完巴基斯坦山火的视频之后，教师可以利用电子白板，在屏幕上建构建消防飞机灭火的物理模型。在此过程中，教师也可以对学生提出相应的思考问题：①为什么消防飞机在抛洒阻燃剂时，没有在火场的正上方抛洒，而是要提前释放呢？②如果在火场正上方抛洒阻燃剂，有可能会出现什么样的后果？③观察阻燃剂在空中的运动轨迹，分析这种轨迹有什么样的特点？以上三个问题层层递进，均与消防飞机的灭火情境有关。需要学生结合视频，对问题进行初步分析与讨论。教师可以将学生分组，给学生预留充足的讨论时间，让各小组总结出问题的结论。最后，针对学生的思考结果，教师预设一个简单的小实验，鼓励学生提出猜想。实验内容如下：准备好橡皮筋、铅笔、靶子等道具，将铅笔水平放置在拉伸状态的橡皮筋上，将靶子举起，保证笔尖与靶心在同一高度。随后，将铅笔射出的同时松开靶子，让其自由落体，观察最后的实验结果。针对之前对灭火视频的分析结果，学生可以对这个实验进行猜想：铅笔是否能射在靶子上？笔尖是否能正好落在靶心？

三、实验对比，培养学生的探究能力

所谓科学探究，是在猜想、假设的基础上制定相应的研究方案，通过收集信息、计算数据得出科学的证据，对猜想进行准确解释。对于高中物理实验而言，科学探究的培养是至关重要的一个环节。这需要教师帮助学生设计出符合逻辑的探究方案，以核心素养的角度观察和分析实验目标。如果预设的方案并没有得出既定的结果，学生还要对实验步骤进行多次修正，通过反复对比，找出其中的问题。因此，想要培养学生的科学探究核心素养，教师需要将学习的主动权放还给学生，贯彻“以生为本”的教育原则。

针对“铅笔与靶子”的自由落体实验，教师可以让学生以小组为单位进行实验测试。按照学生之前的猜想，如果实验顺利，铅笔应当能正好射在靶心上。但在具体实验的过程中，铅笔在靶子上留下的痕迹往往会与靶心有一定的距离。此时，教师可以引导学生思考：为什么会出现这样的实验问题？究竟是什么因素导致了误差的出现？如何能避免这些因素的影响？学生通过讨论，可以提出许多猜想：①铅笔没有对准靶心。②铅笔没有保持水平状态。③射出铅笔与松开靶子两种行动不同步。针对以上猜想，学生在实验中逐步加以修正，尝试将误差减到最小。

经过多次修正后，学生可以发现，无论实验操作再怎样精准，误差依然会存在。在此基础上，教师可以为学生推荐其他与“平抛运动”有关的实验计划，作为学生课后的探究学习任务，让学生思考哪一种实验方式的误差可能最小？如图1 所示，共有五种实验方案。其中，前两种为自制教具，要求学生通过测量小球轨迹、水珠轨迹的方式完成“平抛运动”的验证；第三种和第四种为当前教材的统一教学案例，学生可以在实验室完成；第五种属于现代数字化物理实验范畴，需要在专用教室进行。学生可以在课余时间向教师申请逐一尝试以上实验案例，做好数据记录，分析各种实验方案的优点与缺陷。在反复尝试、对比的过程中，教师可以从多个角度培养学生的动手实践能力。同时，也能让学生体会从机械化实验到信息化实验的进步。

图1

四、反馈总结，培养学生的责任意识

完成以上教学环节之后，教师需要带领学生对整个实验过程进行复盘。通过归纳总结，不仅能帮助学生巩固学习成果，也能深入剖析物理实验中隐藏的学科内涵，将实验知识与生活、社会、国家联系在一起，在潜移默化中培养学生的科学态度与责任。

所谓科学态度与责任，要求学生对科学技术抱有正确的学习态度，并结合当前的环境建设、社会发展，形成健康的责任意识。这种核心素养的定义比较广泛，除了优秀的价值观念以外，学生还需要对知识产生强烈的学习兴趣，具备优秀的求知求真精神与出色的团队作风。对此，教师可以通过自评、互评等多元评价的方式，让学生谈一谈自己在实验探究中得到了什么学习收获？在与他人合作实验的过程中，曾犯下什么错误？如何将错误及时修正？由此，可以客观地分析学生的优点与不足，让学生能正视自己的水平，培养优秀的学习态度。最后，教师可以让学生在网上查询资料，了解“平抛运动”对社会建设能起到什么样的价值。例如人工降雨、飞机灭火、撒药灭蝗等等，在潜移默化中为学生树立良好的社会责任。

五、结语

随着新课改的不断深入，未来的高考不仅会测试学生是否能扎实地掌握知识，还会从实践能力、科学思维、学习态度、学习责任等多个角度入手，考查学生的综合素质。通过对“平抛运动”实验的深入探究，学生可以对比以往的实验设计与信息技术环境下的实验设计，从而更好地建构实验模型，循序渐进地完成质疑、假设、推理、论证、实验、总结的学习过程。这不仅能培养学生的探究精神，还能激发学生的主观学习能动性，对学生物理核心素养的培养大有裨益。