基于核心素养的高中物理实验教学探究

李志新

【摘要】核心素养的培养界定了人才培养的效果，尤其在素质教育蓬勃发展的当下，物理这一类理科学科的关键能力和学科素质的培养尤为重要。从实际情况和学生特点出发，精心设计，巧妙展示物理课程内容，引发学生积极猜想，提高学生物理学习兴趣。实验是高中物理的重要构成部分，物理学习与实践密不可分。教师开展“讲解+实验”的教学模式，带领学生观察实验现象，探究物理奥秘，化抽象为形象，化枯燥为生动，高效提高物理教学质量。

【关键词】核心素养  高中物理  实验教学

【课题项目】本文系2021年教育部“十四五”教育科研规划全国重点课题《核心素养视域下高中物理实验探究教与学的策略研究》（课题批准号：JKY16488）的阶段性成果。

【中图分类号】G633.7   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2023）06-0190-03

高中物理被普遍认为是一门很抽象的课程，其涵盖自然界中的一些现象和规律，主要有物质的运动情况以及它们产生的相互作用等。物理学完整体系的基本概念与规律建立在大量的科学实验之上，物理实验是学生学习和认识物理现象知识，探究物理规律的重要途径。教师的教学中要善于运用实验调动学生的视听感官，引领学生通过实验直观地探究物理现象和规律，让学生在实践过程中自己领悟物理原理和观念，形成科学态度和意识，从而能够实际地提升学生在物理学习中的观察分析能力、科学思维以及处理问题能力与实验能力。

一、基于核心素养的高中物理实验教学的重要性

科学技术的进步将人们的思想发展引向更加开明的阶段，伴随着时代发展和社会变革，人才培养的要求也越来越高，教育改革也随之而来。核心素养的培养可谓是当前教育改革的主要内容，物理核心素养的培养是指学生在具备基础的物理知识技能的同时还具有对物理知识和规律的认识能力、对于物理问题能够独立思考和积极探究解决的能力，还要求学生带着物理知识和技能，关注生活实际和社会时事，培养科学态度和科学精神。

早在2014年教育部就确立以发展学生核心素养为目标的课程改革方向，2017年物理学科核心素养的培养方向趋于成熟。物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任是物理核心素养的四个重要组成部分，也是衡量学生物理学习成果的重要维度。物理观念是指学生从物理学角度出发概括性地认识客观世界，对于物质构成、相互作用、运动规律、能量等基本物理现象和本质形成一个基本的知识框架，并能够使用基本的物理知识对外界事物如一些物理现象进行解释。科学思维是指学生客观认识事物本质与内在联系，用推理论证的思维方法概括抽象事实，基于事实证据创造性地提出见解，提高学生推理、论证、质疑、创新的能力。

二、现阶段高中物理实验教学中存在的问题

（一）重视知识讲解，实验操作不足

信息技术的发展为教师的教学提供极大的便利，很多教师在物理教学时积极引入了多媒体教学方式。教师认为利用多媒体给学生以视频的形式展示实验过程同样能起到实际开展物理教学活动的成效，教师边播放视频边给学生讲解实验中的物理现象以及关键的知识点。多媒体教学虽然能够节省教师的课堂教学时间，但实际的教学成效并没有学生亲自开展物理实验探究活动好。很多学生在课堂上只是走马观花，粗淺地记录教师讲解的实验内容，由于没有真正的实验操作，无法使学生获得真实的学习体验。学生的物理探究精神、实践操作能力也没有得到良好的锻炼与发展，并没有真正体现物理实验教学的价值所在。

（二）过程流于形式，难以达成目标

高中物理实验教学存在过程流于形式的问题，由于学生是在教师统一指导之下，在同一个场所，用同样的器材进行实验操作，很容易受到教师及其他同学的干扰，亦步亦趋，按照教师所说的步骤或者其他同学的操作步骤进行实验，并没有个性化地发现问题、提出问题、解决问题。这种流于形式的物理实验探究活动并不能真正地提高学生的观察能力、推理能力、分析综合能力、应用处理问题能力、实验能力。另外，很多学生在实验操作时过于依赖同伴，并没有在实验操作的过程中主动思考，积极探究，缺乏合作学习的意识。程序化、机械化的物理实验活动难以达到预设的教学目标，给教学的时效性造成严重影响。

（三）缺少实验器材，限制教学开展

部分学校的物理实验仪器数量不足、过于陈旧，对教师的实验教学与学生的实验操作造成很大的限制。主要的原因是教学观念落后，还停留在应试教育的阶段，认为学生只要在学校内把考试要考的内容学会即可，没有关注学生物理学科核心素养的完善。理解能力、推理能力、分析综合能力、应用数学处理问题的能力以及实验能力是高考对学生物理能力提出的五个方面要求，但在实际的教学中往往是实验能力最容易受到忽视。学校基础设施不完善，没有与物理教学配套的实验器材，限制学生实验能力的提升，不利于教师教学活动的开展。

三、基于核心素养的高中物理实验教学的策略

（一）创设物理实践情境，培养学生物理观念

物理概念是学生物理学习的基础，面对一些抽象的物理概念，教师可以利用物理实验给学生以直观形象的认识。观念的建立需要利用真实的现实情境，物理实验教学也同样如此。在实验教学之前，教师可以给学生引入与之相关的实践情境，让学生意识到物理学科物质概念的本质与内涵，拉近学生与物理学科之间的距离，之后利用物理实验帮助学生形成物质运动观念、相互作用观念、能量的观念，并学会用物理观念解释现实生活中的现象与问题。

例如，在《物理观念形变和弹性形变》的教学中，为让学生真正理解形变和弹性形变，知道什么是弹力及弹力产生的条件，弹力方向的确定等内容，教师通过给学生创设物理实践情境，以生活中的实际现象引入物理课程，进而通过实验培养学生的物理观念。教师首先给学生播放一段视频，视频中有一个人用竹竿拉动水中的木块，模拟拉弓射箭的情境，在这一过程中，竹竿发生形变。教师让学生观看视频并回答自己的发现，学生发现竹竿在水中拉动木块由直变弯，但不再拉动木块后竹竿又会由弯变直。通过这个简单的小实验，学生了解了弹力的产生以及形变的概念。教师让学生用手拉皮筋，用手推墙或压桌面，挤压玻璃瓶，学生发现一些坚硬的物体不容易发生形变。橡皮筋在一定程度内能恢复到原来的形状，超过这个限度便不能恢复到原来的形状，教师给学生解释什么是弹性形变、塑性形变、弹性限度。在简单的物理实验帮助下，学生对物理观念理解得更加清晰透彻，极大地提高了学生的课堂学习效率。

（二）问题驱动实验教学，培养学生科学思维

基于核心素养培养的高中物理实验教学，教师要综合地思考“学什么？怎么学？有什么意义？”等问题。物理是一门理论性、探究性、实践性较强的学科，教师在物理实验教学中以问题驱动为导向，让学生在实验探究中解决各式各样的问题，以发展学生的抽象性、逻辑性、发散性、形象性、联想性科学思维，教学指向学生的发展，指向学科的本质，相比于让学生千篇一律地按照教师所给的步骤完成实验，更能激活学生质疑、批判、创新的思维能力品质。

例如，在“用打点计时器测速度”这一实验教学中，教师让学生自主阅读说明书，了解打点计时器的结构和工作原理，锻炼学生获取信息、处理信息的自主学习能力。教师给学生展示两个纸带，一个纸带上的点密集，一个纸带上的点稀疏，让学生思考哪个纸带上的点表示速度快。在实验之后教师让学生总结自己观察到的实验现象和规律，学生发现纸带上的点越密集，表示瞬时速度越慢；越稀疏，表示瞬时速度越快。教师让学生利用打点计时器计算瞬时速度，在实验过程中及时地记录整理数据，将不同时刻的瞬时速度记录下来。在学生自主实验探究中，教师不会直接地告诉学生操作步骤，让学生自己有更多尝试的机会，更好地培养学生的科学思维，让学生在发现问题、探究问题、解决问题的过程中真正理解物理概念定律由何而来。在问题驱动导向的实验探究中，学生学会了如何用打点计时器测速度、用打点计时器计算瞬时速度的方法，在实验+逻辑推理的学习模式下，思维向前一步。

（三）小组合作探究学习，培养学生探究能力

物理实验是高中教学的重要内容，教师在实验教学中可以给学生营造开放、交流、互动、共享的学习氛围，真正做到以学生为本，让学生在合作实验探究中自主地提出问题、猜想假设、设计实验、制定方案、处理信息、作出结论、交流探讨、评估反思，改变过去的“教师操作，学生观看”，让学生真正投入到实验探究学习中，经历概念构建、规律探索的完整过程，有效培养学生的科学探究能力，不断完善学生物理学科核心素养。

例如，教师在教学《研究平抛运动》这一课时，给学生设计用斜面、小槽、小球等实验仪器研究平抛运动的物理实验。教师让学生以小组为单位，分工协作完成实验。两名学生负责装置实验器材，将平抛运动实验器置于桌面，装好平抛轨道使之处于水平位置，面板竖直于平面内，将描记记录纸、一张复写纸贴于面板上，把接球挡板拉到最上方一格的位置，钢球靠近定位板释放，之后再将接球挡板下拉一格，重复上述操作。两名学生负责观察实验现象，记录实验数据。取下记录纸，学生得到不同运动的轨迹图线。在本次的实验操作中，学生也会因为操作不规范而没有得到预期理想的实验效果。经过不断的尝试与总结，学生得到了实验注意事项，如斜槽末端必须是水平的，贴坐标纸时可以用垂线帮助完成，每次要从同一高度无初速度释放小球。经过本次的合作学习，学生的实验探究能力得到明显的提升。

（四）利用实验解决问题，培养学生科学责任

科学态度与责任是物理学科的价值内核，教师在高中物理教学中，最重要的是培养学生严谨认真的科学态度与实事求是的科研精神。物理学科知识体系构建于实验之上，科学家对客观世界的无限探索揭示了自然界中各种各样的现象背后蕴含的规律。教师在教学中让学生利用物理实验解决现实生活中的问题，激励学生多关注现实生活，让学生学以致用，从而更好地认识科学的本质，更好地实现人生价值。

例如，在教学牛顿第一定律和惯性的内容时，教师可以先将学者的观点进行阐述，例如亚里士多德的猜想“物体必须在力的作用下才能够运动”。然后教师可以引出亚里士多德得出的结论被验证于广泛的实际生活现象中，被人们广泛接受。但是之后的伽利略对亚里士多德的观点提出质疑，因为伽利略认为按照亚里士多德的观点，小球在水平方向在力的作用下，速度应该不增不减，但实际上是小球的速度会逐渐地减慢并停止。这时候教师就可以给学生设计双斜面实验，让学生在实验中思考：减少右斜面倾角，小球运动最远距离将发生什么变化？小球将上升到多高的地方？如果前面足够长，小球会停下吗？在本次的实验中， 学生发现物体运动会受到摩擦力的影响，如果没有摩擦阻力，沿水平面滚动的球将永远滚动下去。学生发现力是改变物体运动状态的原因，但由运动变为静止，则是受到了摩擦力的影响。在本次探究中，学生发现社会科技的进步正是由一位又一位科学家不断的推理、实践、验证得出的，激起学生应用科学服务社会的责任意识。

四、结语

综上所述，学生在进行物理实验的过程也是复习基本物理知识和技能的过程，而且在物理实验中，学生可以实际地探索物理现象产生的过程，让枯燥的物理知识和抽象的物理定律直观地展现，让学生通过物理实验提高对于物理的学习和探究兴趣。而且教师可以以实验探究为引子，带领学生一起探究物理学科的深层知识，让学生在物理实验中得到物理知识和技能、科学探究品质和科学精神的培养，能够在促进学生实验能力提升的同时达到学生核心素养的培养要求。

参考文献：

[1]赵亚丽.高中物理核心素养的培养措施研究[J].科教导刊-电子版（中旬），2022（5）：185-186.

[2]潘继波.高中物理核心素养培养内涵及方法探索[J].数理天地（高中版），2022（20）：95-97.

[3]陈荣坚，施美珊.基于核心素养的高中物理实验教学的创新与实践[J].中学理科园地，2022，18（3）：17-18，21.

[4]刘芬.探索高中物理实验教学学科核心素養培养途径[J].数理化解题研究，2022（21）：64-66.

[5]苟冰.浅谈高中物理实验教学中核心素养的培养[J].考试周刊，2022（28）：113-116.

[6]吴正飞.学科核心素养融入高中物理实验教学的策略探究[J].数理化解题研究，2021（24）：70-71.

[7]李小鹏.学科核心素养导向下高中物理实验教学策略研究[J].数理天地（高中版），2022（18）：95-97.

[8]骆小军.基于核心素养的高中物理实验教学的创新与实践[J].新课程，2021（41）：175.

[9]姜汇.基于核心素养的高中物理实验教学方式研究[J].数理化学习（教育理论），2021（11）：45-46.