核心素养视角下的高中物理实验情境创设策略 ①

李池华

(广东省英德市第一中学，广东 清远 513000)

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。[1]物理学是以实验为基础的学科，是在实验基础上发展起来的，物理实验是帮助学生建构物理概念、理解物理规律的重要途径，也是培养学生动手能力、迁移能力、创新能力的重要手段，更是培养学生良好科学态度与责任的重要途径。

1 实验教学是发展学生核心素养的重要途径

物理实验对培养学生的核心素养有着重要的作用与价值。通过实验探究，学生根据实验现象提出问题，分析问题的产生原因，研究问题的解决方法，设计问题的解决方案，在此过程中促进问题解决能力、分析论证能力、创造性思维能力等高阶能力的发展，提升“科学思维”能力。学生分析情境问题后设计实验方案，选择实验器材，进行实验操作并获取实验数据，根据实验数据的处理结果得出结论，在实验过程中学生之间分工合作、讨论交流，落实“科学探究”的培养要求。实验中根据客观的实验现象提出研究的问题，经过严谨细致的实验操作，基于实验证据获得物理知识，再将物理知识应用于社会和生活，这正是“科学态度与责任”培养目标的具体落实。[2]

2 创设实验情境培养学生核心素养的策略

2.1 在实验情境中培养学生的观察能力

观察是指人迅速、敏锐地发现事物细节和特征等方面的能力，是人对客观事物的一种生动的感性认识形式。科学发现基于仔细的观察，科学探究源于问题，而问题在很大程度上源于对身边事物的观察与思考，观察是收集科学事实、形成科学认识的基础，是检验假说和理论的重要方法。

例1：在“平抛运动”教学中，实验器材如图1所示，请按下列要求进行不同形式的实验操作并完成相关的观察。

图1

(1) 在实验装置中有几个小球？

(2) 每个小球在释放后分别做什么运动？

(3) 将A球和B球同时释放，你观察到了什么现象？

(4) 将A球和C球同时释放，你观察到了什么现象？

(5) 将三个小球同时释放，你观察到了什么现象？

观察能力具有层次性，学生对以上问题的回答表征了不同水平层次的观察能力(表1)。

表1

在同一个情境中，有时只有一个现象发生，有时会有多个现象同时发生；有些现象是显性的，有些是隐性的。观察什么？怎么观察？实验前教师要对学生进行引导，并针对实验现象提出有依据的猜测，使观察有目的、有计划、有重点。通过演示实验情境的创设，培养学生由单一的观察到全面的观察，由表层的观察到深层的观察，让学生思考：观察到的物理现象能够说明什么问题？

2.2 在实验情境中提升学生的思维品质

在实验教学中巧妙设计实验情境，运用实验现象或数据与学生的原有认知形成鲜明对比，产生强烈的思维冲突，激发学生的求知欲望，进而引导学生思考冲突背后的原因，自主构建对物理概念和规律的认识，提升思维品质。

例2：如图2所示在“力的平行四边形定则”实验中，实验时先用一个弹簧测力计把橡皮筋的结点拉到某一位置O，为了引发学生的认知冲突，用两个弹簧测力计成零度把橡皮筋结点拉到O点，得出分力与合力的关系为F=F1+F2；最后用两个弹簧测力计互成角度也把橡皮筋结点拉到O点，得出F≠F3+F4，与学生之前得出的合力与分力的结论发生冲突。

图2

在保证相同作用效果的情况下，设置如表2所示的问题，引导学生在排除错误判断的同时寻找新的方法，换个角度思考往往就是创新思维的开始。

表2

学生在实验中的发现与已有认知相冲突，从而对现有认知的科学性和合理性提出疑问，萌发新的猜想，并在接下来的实验中主动探究，寻找答案，这是激发学生积极思考、培养高阶思维能力的有效途径，也是培养学生的质疑、创新精神的具体体现。

2.3 在实验情境中训练学生的科学思维

科学思维方法是人们认识客观规律和解决实际问题的重要方法，是连接知识与能力的桥梁，是促进学生的思维发展和落实核心素养培养目标的关键。在物理实验教学中，要引导学生重视研究物理问题的思路和方法，为他们探究未知问题提供基本的方法和必要的帮助，为学生的终身发展奠定基础。

图3

例3：在“自由落体运动”教学中，学生根据生活经验，认为“重的物体下落得快”，容易猜想物体的质量是影响下落快慢的因素。可通过如图3所示的实验验证这一猜想，实验目的是验证物体的质量是否会影响下落的快慢，所以实验中应采用控制变量法和对比法，保持两物体从相同高度、由静止释放，然后通过3次实验进行对比，得出结论。实验过程中采用科学的方法，从不同角度落实核心素养的培养要求(表3)。

表3 实验内容及落实的核心素养要素

在物理教学中显化科学思维方法的教育，它不但可以提高学生的科学思维能力，也可以进一步促进学生物理观念的形成，培养创新能力。[3]中学物理实验教学要注重在实验情境中渗透科学思维方法，让学生经历问题分析后运用相应的方法进行问题研究，在循序渐进的实验过程中领悟科学方法，潜移默化地养成良好的思维习惯。

2.4 在实验情境中养成学生的科学态度

物理实验是养成学生的科学态度、提高他们的社会责任感的有效途径，实验过程在一定程度上就是科学研究的过程，在体验实验过程时要让学生体会其中的思想方法和人文精神。

例如在“探究自由落体运动”等实验中，科学家都善于从看似平常的现象中细心地观察与思考，透过现象看本质，具有严谨求实的品质和百折不挠的毅力；有怀疑和批判的精神，不迷信权威，敢于挑战权威，在事实的基础上提出新观点、新理论；运用创新的思维和实验方法，通过理论分析与实验论证，基于证据和逻辑推理得出结论。在中学物理实验教学中学生的活动应是多方面的，既有思维过程，又有动手操作，学会分工合作，尊重他人，培养学生重实践、重事实、重证据的科学态度，并把实事求是的科学态度融入平时的学习和生活之中。教师要充分发挥物理实验的育人功能，让学生形成正确的历史观、人文观、科学观，落实立德树人根本任务。

3 结语

基于核心素养的物理教学，要让学生亲身经历实验探究过程，在实验情境中形成物理观念；让学生在不断发现问题和解决问题的过程中进行深层探究，从而感悟科学研究方法和知识的发生过程，培养批判性思维、问题解决能力、创造性思维等高阶思维能力；[4]养成严谨认真、实事求是的科学态度，在获得知识的同时形成必备品格和关键能力，切实提高学生的核心素养。