核心素养下的高中物理探究性实验教学策略

陆喜红

【摘要】新教材实施以来，高中物理实验数量明显增加，课标对实验的要求越来越高.文章对验证性实验与探究性实验进行了比较，阐述了实验教学对培养学生核心素养上功不可没.以变压器的教学设计为例，介绍探究性实验教学的一般教学模式.并对核心素养下的高中物理探究性实验教学提出了一些想法.

【关键词】核心素养;高中物理：实验教学

实验在物理教学中无处不在.不管是物理观念的获得还是科学方法的总结、科学思维的提升，或是科学态度与责任的形成都离不开实验.

1 核心素养下的高中物理探究性实验

物理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.而在实验教学中培养和提升学生的科学探究素养是一个很好的阵地.

传统物理实验主要采用的是验证性实验.它是由步骤驱使的，针对已有的实验结果而进行的教学活动.通常实验前的准备，如方案、器材等都由教师给定，学生只要按照所给的实验步骤依次完成实验，看实验结果是否与预期相同就可以了.而探究性实验是在问题驱动下，学生通过探究过程来总结规律，得出结论.這样，学生根据科学探究的一般步骤，认识科学思想观念，培养科学探究能力，并在潜移默化中获取知识.因此，探究性实验能让更多的学生不断地提出问题，解决问题，在实验方案的设计上更加具有开放性，多样性，参与度.

鉴于实验在物理教学中的重要性，在2019版人民教育出版社的物理新教材中学生分组实验由老教材的12个增加到新教材的21个，其中探究性实验8个、测量类实验9个、验证性实验2个，观察类实验1个，制作类实验1个.

2 探究性实验教学的一般教学模式

现结合科学探究活动构成要素，将探究性实验教学流程策略设计如表1.

2.1 提出问题

提出问题是进行探究的起点.教师可以通过设计具有设疑激趣功能的问题情境或体验活动，通常可以是联系学生生活实际的实例，将学生的注意力集中在所要研究的问题上.学生通过对情境的观察与体验，提出相关的科学问题，引出探究.

2.2 假设猜想

在第一步的基础上学生利用现有的知识储备对其进行一些合理的预测和猜想.一方面，它集中了学生的思维.另一方面，要提出猜想与假设，学生需要调用筛选已学知识和探究问题进行整合.教师指导学生做出猜想与假设的一个方法是让小组的每一个成员各自作出预测，然后相互交流，最后各个小组形成一个共同预测.

2.3 设计方案

通过小组讨论形成一个或几个比较科学、合理的实验方案.主要包括实验采用的原理及方法、需要的实验器材，具体的实验步骤，设计实验数据记录表等.设计实验方案使得第二步中的假设猜想具体化，程序化.

2.4 实验研究

根据设计的方案，学生进行自主实验探究.在此过程中，教师可以在学生遇到困难时加以帮助.此过程充分发挥学生的主体能动性，切实培养学生的科学探究素养.

2.5 分析论证

学生对实验数据或现象进行整理、归纳，最终得出科学结论.其中，处理数据是科学探究的一个重要组成部分，只有通过处理和分析数据，学生才会对探究的现象有深刻的理解.教师在这个过程中可以组织小组展示，在小组的交流讨论中得出实验结论.

2.6 评估交流

学生通过评估交流对探究方案或是实验过程中出现的问题进行必要的反思和改进.学生在反思中提高科学探究能力.教师在这个过程中，要鼓励学生大胆地用已有的科学知识和较为准确的语言表述自己的探究成果.

3 变压器的教学设计

3.1 创设情境，引出课题（物理从生活中来）

情境1 通过观察两张图片（一张变电站，一张灯火通明的广场），提出问题：发电厂输出的电能通过高压输电送到我们这里，而我们日常用的都是220V的电压，如何进行变压呢？这需要有一个什么设备？

情境2 通过观察一张有各种变压器的图片和一个平常用的手机充电器，提出问题：生产生活中有各种变压器，有的把低压升为高压，有的把高压降为低压.变压器是如何工作的呢？

设计意图 情境1通过学生初中已知的高压输电到实际用电220V，形成冲突，引出课题.情境2让学生体会到变压器随处可见，引起学生一探究竟的求知欲望.

3.2 问题驱动，形成概念

师问1 观察实验桌上的可拆式变压器，回答问题：变压器由什么构成？

师问2 接通学生电源，小灯泡会发光吗？

教师追问3 原、副线圈相互绝缘，小灯泡发光是谁提供的电压？

师问4 变压器的工作原理是什么？

师问5 变压器在工作过程中能量实现了怎样的转化？

师问6 如果原线圈改接直流电，小灯泡会发光吗？为什么？

设计意图 通过一个小实验和6个问题串，逐步深入，充分提升学生的物理观念和科学思维的核心素养，学生在不知不觉中解决了变压器的构造和原理问题.

3.3 实验探究，获得规律

提出问题 副线圈电压与哪些因素有关？

假设猜想 学生提出了这几项：原线圈所加电压，原线圈的匝数及副线圈的匝数.

设计方案 通过学生自主设计和小组讨论，基本确定了利用控制变量法，测量原副线圈上的电压并设计了记录表，确定电压与匝数间的关系.甚至有学生提出不用现成的变压器匝数，而尝试自己绕制线圈.

实验研究 学生根据自己设计的方案进行实验探究.下面就是那个提出自己绕制线圈的学生的实验图和数据记录表，如表2.

分析论证 由实验1得出U2∝n2；由实验2得出U2∝U1；由实验3得出U2∝1n1，综合这三组数据我们可以说U2∝n2U1n1，如果写成等式的话就是U2=kn2U1n1.k值是多少呢？如何来确定k值？学生提出可以代一组数据计算k值.计算得k约为1，得出结论在误差允许范围内U1U2=n1n2.我们只是做了几组数据，对于其他的匝数比是否也成立呢？带着这样的疑问，学生从理论上应用电磁感应定律推出了原副线圈上的电压与匝数的关系，与实验相符.

评估交流 通过组间交流发现有些组实验得出的數据误差较大，k值与1相差较远，学生带着这样的疑问，通过分析及教师引导得出理想变压器的概念.并推导原副线圈上的电流关系.

设计意图 实验探究的结论是本节课的重点与难点.本设计依照探究性实验教学的一般教学模式，学生在整个流程中提升了科学思维与科学探究的核心素养.

3.4 知识运用，提升素养（物理到生活中去）

教师通过3个与生活生产密切相关的情境，使学生在解决问题的过程中体会学习物理是有用的.

情境问题1 请你计算一下手机充电器里的变压器的原、副线圈匝数比是多少？

情境问题2 观察手机的无线充电，简要说明无线充电的原理？你觉得充电基座的内部结构是怎样的？（拆一个给学生看看）

情境问题3  阅读课本科学漫步中的电压互感器和电流互感器部分，回答问题：如何区分电压互感器和电流互感器？给出线路中的电压、电流值及所给的电压表、电流表量程，学生计算互感器的匝数比.

设计意图 情境问题1与引入新课的情境问题2，起到前后呼应，学以致用的效果.情境问题2是当前很多学生见过或是用过的无线充电技术，让学生见识一个隐形的变压器，其本质还是变压器的原理.通过情境问题3让学生认识电压电流互感器，并会利用规律进行简单计算.

4 结语

培养物理学科核心素养应该在教学中进行整体设计.物理实验形象地展示了知识的研究过程，提供了大量的促使学生产生思维活动的感性材料，特别有助于培养物理核心素养中的科学思维和科学探究.针对不同的物理实验，也可以针对科学探究和科学思维中的不同要素进行教学设计.

在进行实验教学设计时需要注意下面几点：（1）认真研读教材，充分挖掘每个实验在教学中的地位和作用，以及所要达成的核心素养的培养目标.（2）教师必须先做一遍实验.这样能切实体验和掌握实验的全过程，发现可能出现的问题，提出相应的对策.（3）以学生为主体，鼓励学生提出质疑和设计不同的方案.同时，必须严格贯彻操作规范，杜绝弄虚作假.

参考文献：

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[3]胡嘉莹，陈振东，张军朋.紧密联系生活的渐进式实验教学设计——以《变压器》教学为例[J].物理教学探讨，2019，37（12）：26-29+34.

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