基于科学思维的高中物理实验复习大单元教学策略

李瑞 汤羚

【摘要】基于科学思维的物理实验复习大单元教学，可以让高中学生对物理实验问题的解决有更深层次的理解，帮助学生从实验知识复习阶段过渡至科学思维发展阶段.基于高中物理实验复习大单元教学意义，文章探讨了科学思维背景下的高中物理实验大单元复习策略，围绕山科版高中物理实验大单元复习教学案例，提出有关教学实践的建议，为高中物理教师提供研究参考.

【关键词】高中物理；大单元；实验教学

科学思维是形成并运用于科学认识活动，基于对真理的认识，对各种科学思维方法的有机融合，在实践活动中形成的一种思维.高中物理科学思维是学科核心素养的重要组成部分，开展指向科学思维培养的实验复习大单元教学，能提高高中学生的物理学习成绩和实践探究水平.为了促进学科核心素养培养落实，高中物理教师需要将科学思维方法贯穿于物理实验复习教学活动的始终，由此提高学生的学业质量水平.

1 高中物理实验复习大单元教学意义

科学思维在《普通高中物理课程标准》中出现的频率较高，是物理学科重要的核心思想之一，也是高中物理学业水平考试的重要考点.大单元复习，打通了单一课时教学之间的界限，有效改善学生低效的传统复习方式.开展基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学，可以明显改善学生的复习质量，提高物理实验复习效率.学生在多样化的科学思维方法加持下，将大单元实验复习内容划分为具体实验模块，不仅降低了复习的难度，而且有助于提升学生的实验能力和复习效率.

高中物理教师围绕科学思维核心素养要求，以多样化科学思维方法为主线，进行高质量实验复习大单元教学活动，将科学思维培养贯穿于不同的复习环节，提升学生的物理实验能力.基于科学思维方法的实验活动，能加深学生的单元知识学习印象，最大程度提升学生的核心素养水平，促进其物理思维品质提升，由此扩大物理实验复习教学成果，使学生的科学思维、探究能力等方面有所提升，也促进学业质量水平提高.

2 科学思维方法下的高中物理实验大单元复习策略

2.1 科学思维方法为主线，划分实验复习模块

科学思维方法能为高中物理的物理实验复习提供指引，帮助学生科学划分实验复习模块，有助于提高复习效率［1］.高中物理教师应以科学思维方法为主线，控制好实验复习量，依据科学思维方法划分实验复习模块.

例如 在讲解山科版高中物理必修第一册“相互作用”这一单元内容时，由奇特的力现象导入新课，涵盖“重力与重心”“科学探究：弹力”“摩擦力”三节课程，教师应当利用学生熟悉的情境，带领学生用轻弹簧、光滑物体进行实验复习，分析、推理物体的受力情况，区分观点与证据，提升物理实验复习效率，通過复习来培养学生的质疑与创新思维.

“相互作用”这一单元要求学生掌握重力、弹力、摩擦力和胡克定律内涵，学会计算各种力，根据生活中的现象理解物理原理，探究物理现象本质，加深相互作用观念.首先，教师向学生呈现“2022卡塔尔世界杯点球大战”相关视频资料，以科学思维方法为主线，带领学生分析足球运动轨迹，联系本单元力学相关知识，科学划分实验复习模块.然后，教师指导学生做重力实验，通过测量不同物体的重量，运用公式“G=mg”计算质量，复习与重力相关的知识.在此基础上，教师引用“蹦极”图文资料，让学生回忆所学的弹力知识，做“形变”实验，复习弹性形变和范性形变相关知识，总结胡克定律及其公式“F=kx”.为了培养学生的科学思维，教师可以根据块状划分的单元复习项目，引领学生做“滑动摩擦”实验，复习滑动摩擦力大小与物体间压力大小的关系，要求学生运用公式“f=μN”求出与实验相关的数据，逐步过渡至静摩擦力实验，让学生根据摩擦力的调控，形成对三种常见的力（重力、弹力、摩擦力）的学习印象.最后，教师补充设计基本仪器使用实验活动，衔接各类实验复习模块，在单元复习教学中，增强学生的规范操作意识，全面提高学生的实验探究能力，使之形成科学思维品质.

2.2 渗透多样性思维方法，提升思维品质

任何一种教学形式都不是万能的，渗透多样性思维方法，可以提升高中物理实验大单元复习质量，提升学生的科学思维品质，锻炼学生物理实验能力.高中物理教师可以在实验复习教学中向学生渗透不同的思维方法，科学引导学生分析实验问题，通过实际操作，深化学习理解印象［2］.

例如 在讲解山科版高中物理必修第二册“圆周运动”这一单元内容时，本单元由活动中的圆周运动导入新课，涵盖“匀速圆周运动快慢的描述”“科学探究：向心力”“离心现象”三节课程，教师需要指导学生运用匀速圆周运动模型解决问题，对常见的匀速圆周运动进行分析、推理，从不同角度分析、解决匀速圆周运动问题，提升物理思维品质.

“圆周运动”一单元涉及的物理问题题材广泛，教师可以利用向心力演示仪等器材，指引学生归纳实验信息，获得相关结论，运用多样性思维方法解释物理现象，从而理解匀变速圆周运动等知识，强化理论联系实际的能力.首先，教师可以利用“摩天轮”引入复习活动，向学生渗透多样性思维方法，引导学生分析生活中的不同圆周运动.然后，教师引导学生运用线速度公式“v=st”、角速度公式“ω=φt”、线速度和角速度之间的关系式“v=rω”解决有关问题，做“转动篮球”实验，复习影响向心力大小的因素，进一步理解向心力大小“F=mrω2”，理解公式“F=mv2r”的推导过程，学会运用公式“a=rω2、a=v2r”计算向心加速度.教师向学生渗透留迹法、外推法、积累放大法等科学思维方法，指引学生探究离心运动，根据竖直平面内的圆周运动，开展“拱形桥”实验，探究生活中的“离心现象”，从而强化学生的理论联系实际意识.最后，教师总结不同的科学思维方法，引导学生回顾实验复习过程，从大单元整体角度总结知识，可以增强学生的复习效果，学生的科学思维品质促进提升.

2.3 开展多元化实验探究，达到学以致用的目标

多元化实验探究活动，是高中物理实验提升大单元复习的常用手段，可以促进复习教学质量，让学生达到学以致用的目标［3］.高中物理教师在多元化实验活动中，引导学生思考实验原理，反思操作步骤，可以将实验内容与大单元专题有机结合，由此提升学生物理思维品质.

例如 在讲解山科版高中物理必修第三册“闭合电路欧姆定律与科学用电”这一单元内容时，本单元由电问题导入新课，涵盖“闭合电路欧姆定律”“科学测量：电源的电动势和内阻”“科学测量：用多用电表测量电学量”“科学用电”四节課程，教师应该围绕闭合电路中常见的电路问题，设计多元化实验活动，引导学生运用相关论据证明结论，通过操作和反思，复习用不同方法解决与闭合电路欧姆定律相关的物理问题，培养学生学以致用的能力.

“闭合电路欧姆定律与科学用电”这一单元围绕闭合电路欧姆定律展开，教师要利用实际生活中常见的电路问题，启迪学生的思维，让学生在复习中，探究与闭合电路欧姆定律相关的实验，为学生提供充足的实践机会，提升大单元复习教学质量.首先，教师用常见的家庭用电、电路故障排查问题，引导学生开展多元化实验探究活动，探究电源特性，以复习电动势、闭合电路欧姆定律以及相关公式“I=UR、E=U外+U内或I=Er+R”.然后，教师为学生提供不同的实验器材与电路图，让学生自行组装实验器具，探究路端电压与外电阻的关系，观察路端电压随外电阻变化的现象，复习公式“U=E－Er+Rr”，结合闭合电路欧姆定律分析相关电路问题以及物理现象，巩固自己所学基础物理知识.教师可以将“电源的电动势和内阻”“用多用电表测量电学量”两项实验融合，让学生从实验原理与设计入手，分析实验数据，认识多用电表并读数，在多元化实验探究中帮助学生复习旧知识.最后，教师引导学生做“自来水和盐水电阻测量”实验，鼓励学生用电表分别测量电阻，以验证自我估算的准确性，同时，向学生渗透科学用电理念，使其了解各种家用电器的使用方法，形成安全用电、节约用电的良好意识.

2.4 鼓励进行个性化复习，充实实验复习课程

个性化复习是开展物理实验复习教学的一个途径，有助于促进高中学习个性发展，充实物理实验复习课程［4］.教师在大单元教学目标的指引下，为学生设计不同的个性化学习活动，让学生运用自己喜欢的方式进行实验，可以营造良好的复习氛围，由此提升大单元复习教学质量，扩大实验复习教学成果.

例如 在讲解山科版高中物理选择性必修第一册“机械波”这一单元内容时，本单元由“身边的波”导入新课，涵盖“波的形成和描述”“波的反射和折射”“波的干涉和衍射”“多普勒效应及其应用”四节课程，教师可以在熟悉的问题情境中引导学生运用简谐波模型解释机械波问题，通过个性化的推理得到结论，通过波的干涉、衍射规律说明波的流动性特点，由此增加学生对波的认识.

“机械波”这一单元知识涉及波、横波、纵波等领域，波速、波长、波频之间的定量关系是研究重点，教师应鼓励学生在实验复习中，运用自己喜欢的方式解释与机械波有关的物理现象.首先，教师要明确以下考纲要求：

（1）横波和纵波；横波的图像；波长、频率、波速的关系.

（2）波的反射和折射；波的叠加、干涉、衍射现象.

（3）声波、超声波及应用、多普勒效应.

然后，教师可以提炼单元内的不同实验教学内容，鼓励学生自行总结实验相关结论，设计自己喜欢的实验方案.教师针对学生设计的个性化实验复习方案进行优化，鼓励学生从“身边的波”入手，研究相关物理现象，复习波速公式“v=λT或v=λf”.再设计“水波反射”实验活动，要求学生自主复习相关物理原理知识，探析入射角和折射角与波速之间的关系“sinisinr=v1v2”.最后，教师鼓励学生探究“多普勒效应”，设计有关“波源运动”的个性化实验，鼓励学生进行个性化复习，使之深入理解所学物理实验知识，懂得“多普勒效应”在生活中的广泛应用，充实物理实验复习课程内容，促进学生个性发展，提高复习教学效果.

3 结语

综上所述，开展基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学，有助于提升学生的实验复习效率，锻炼学生的物理实验能力，提升其思维品质进而扩大复习教学成果.在科学思维素养培养背景下，高中物理教师以科学思维方法为主线，向学生渗透多样性的物理实验思维方法，科学划分实验复习模块，提升学生的思维品质.教师利用多元化实验探究与个性化复习活动，驱动学生运用不同方法进行实践，进而达到学以致用目标，充实实验复习课程内容.因此，高中物理教师应尝试将大单元教学形式推广到物理实验复习环节中，探索高中物理复习课堂教学的转型，促进学生形成良好的科学思维.

【本文系福建省厦门市思明区教育科学“十四五”规划2022年度课题“基于大单元设计的高三物理热学模块一轮复习课教学研究（课题编号：W2022Z0272）”研究成果】

参考文献：

［1］彭俊勉.聚焦大单元教学设计的高中物理课堂教学［J］.试题与研究，2022（25）：165-167.

［2］张嘉弘.高中物理实验深度复习路径研究［J］.物理教学探讨，2022，40（07）：7-10.

［3］袁加兴.项目式学习的高中物理实验专题复习课探索——以新人教版“导体电阻率的测量”为例［J］.物理教师，2022，43（04）：85-87+90.

［4］彭丽.基于素养本位的高中物理大单元教学评价研究——以“动量守恒定律”为例［J］.中学物理教学参考，2021，50（24）：1-3.

［5］张军朋，范亚辉，吕辰祎等.高中物理探究型实验设计能力测评框架的构建与应用［J］.物理实验，2022，42（11）：50-59.