依托物理实验促进高中学生科学探究能力发展的策略

摘 要：文章以物理实验为抓手，针对高中生科学探究能力发展的策略展开探究，在充分把握物理实验与科学探究能力内在逻辑的基础上，提出了利用物理实验培养学生科学探究能力的策略，旨在为高中物理教师提供一定的参考.

关键词：物理实验；高中；科学探究能力

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2025）03-0096-03

收稿日期：2024-10-25

作者简介：胡开发，本科，一级教师，从事高中物理教学研究.[FQ）]

物理作为自然科学的基础学科，其独特的实验性质为学生提供了直观感知科学原理、锻炼科学探究能力的绝佳平台.然而，当前高中物理教学中，实验环节往往流于形式，未能充分激发学生的探究兴趣与潜能.只有探索有效的物理实验教学方法，才能弥补物理实验教学中存在的弊端，进而发展学生的科学探究能力.这也是教育改革中亟待解决的问题.

1 物理实验与科学探究能力的内在逻辑

物理实验与科学探究能力相互依存、互为促进，共同构成了科学教育中不可或缺的一环.科学探究能力是指个体在科学领域中发现问题、设计实验、收集与分析数据、得出结论并进行有效交流的能力集合，是科学素养的核心组成部分.物理实验，则是科学探究过程的实践载体，是理论与实践相结合的桥梁，为学生提供了验证理论、探索未知的直接途径^[1].首先，物理实验是科学探究的起点.通过观察物理现象，学生会产生疑问，进而形成探究的初步动机，这是科学探究的第一步.其次，物理实验为科学假设的提出与验证提供了平台.科学探究的精髓在于假设—检验循环，学生在实验中尝试不同的假设，设计实验来验证这些假设，这一过程不仅考验了他们的逻辑思维能力，也锻炼了实验设计与操作技能.最后，物理实验是科学数据收集与分析的直接来源.在实验中，学生需要使用各种仪器设备收集精确数据，运用数学工具进行处理与分析.

2 依托物理实验促进高中生科学探究能力发展的策略2.1 设计引导性实验，激发探索欲望

在科学探索的初始阶段，激发学生的内在探索欲望是首要任务.这不仅能够唤醒他们对未知世界的好奇心，还能为后续深入学习和主动探究奠定动力基础.因此，教师要在正式实验开始前设计引导性实验，使抽象的理论知识变得具体可感，直观、生动地向学生展示物理现象，引发学生的思考与兴趣^[2].教师在此过程中的角色尤为关键，他们不仅是知识的传递者，更是引导学生发现问题、提出问题的引路人.

以鲁教版高中物理必修第二册第1章《功和机械能》为例，教师可以设计演示“斜面小车实验”，直观展示不同倾角斜面物体下滑的加速度变化，以此作为引导性实验的开端.在演示过程中，教师需要层层引导，比如利用“如果改变斜面的倾斜角度，小车下滑的速度会怎样变化？为什么会有这样的变化？”此类问题，唤醒学生的思考力，促使他们开始尝试用所学的物理原理去解释观察到的现象.接下来，为了进一步激发学生的探索欲望，教师可以利用“发散求异”鼓励学生思考更多变体实验的可能性.如利用“如果我们给小车增加阻力，比如使用不同材质的表面作为斜面，这将如何影响实验结果？”等开放性问题，引导学生跳出常规、勇于质疑，不断深化探索欲望.

2.2 联结生活实际，增强学习意义

设计引导性实验是为了在实践层面激发学生的探究欲望；而将物理实验与日常生活实际紧密相连，是通过架起理论知识与现实世界的桥梁，从理论层面进一步激发学生的科学探究欲望.物理学科知识与日常生活密切相关.当学生看到物理知识能够解决实际生活问题的这种实用性时，其学习动机和探究兴趣会显著增强，进而更加主动地探索科学的奥秘.因此，教师要注重物理知识和生活的联结.

以鲁教版高中物理必修第二册第1章《功和机械能》为例，教师可以巧妙地将“势能与动能转换”的概念与学生熟悉的场景相结合.例如，在讲解“弹性势能”时，教师可以引导学生思考生活中蹦床游戏的物理原理，利用“当你在蹦床上跳跃时，你的身体动能是如何变化的？”这样的问题直接关联学生的日常生活体验，促使学生在脑海中构建物理模型，理解在每次弹跳时人体的重力势能与动能的转换关系.进一步地，教师可以组织学生发散思维，自主思考和自由落体定律相关的生活现象，如生活中的雨滴下落、水果成熟后的自然掉落等.通过思考和分析，学生能够深切感受到物理规律在现实生活中的普遍适用性，加深对“功和机械能”概念的理解.

2.3 实施探究式学习，培养问题解决能力

探究式学习的核心在于，引导学生主动参与问题发现、假设提出与验证的过程，能够使学生学会思考.这种学习方式超越了传统灌输式的教学模式，驱动学生从现象出发，经过逻辑推理、实验验证，最终得出结论^[3].这一过程不仅能够加深学生对科学原理的理解，还能有效培养他们的批判性思维、问题解决能力和创新意识，为学生发展科学探究能力筑牢基础.因此，教师在经过理论和实践的双重引导后，应该实施探究式学习，让学生快速进入到科学探究中.

以鲁教版高中物理必修第二册第1章《功和机械能》为例，在学生提出对引导性实验的疑问后，教师应该鼓励学生提出初步假设，比如：“当滑块在粗糙水平面上减速至停止时，其动能的减少量等于因摩擦产生的热能增加量”为后续的实验设计提供明确的目标.接下来的关键步骤是指导学生设计实验方案来验证这一假设，还要引导学生思考实验设计的细节，比如使用光电门和计时器来测量滑块的速度，量化动能变化，并确保每次实验滑块的质量不变，水平面的粗糙程度相同，释放滑块的位置固定，以减少无关变量的干扰.还要利用热量计（如铜质圆筒与温度传感器组合）来量化因摩擦产生的热能.实验中，可以在滑块下放置一片薄金属片，金属片与滑块接触面涂有导热良好的材料，确保摩擦产生的热量有效传递到金属片上.通过监测金属片温度上升情况，结合金属片的比热容和质量，计算热能的增加量，并确保金属片的尺寸足够大以吸收足够多的热量，但又不能太大以至于影响滑块的正常运动.

2.4 融合信息技术，拓展实验边界

在信息时代背景下，融合信息技术于物理实验教学中，是拓宽科学探究视野、提升高中生探究能力的必然趋势.通过虚拟实验室和仿真软件等现代技术手段，学生得以在安全、可控的虚拟环境中模拟真实实验，这不仅弥补了传统实验条件的局限，还为学生探索那些现实中难以实现或风险较高的实验提供了可能.更重要的是，这一过程能够锻炼学生的信息技术应用能力，使他们能够在更广阔的科学领域中自由驰骋，深化对物理原理的理解与应用^[4].因此，教师在实验教学中，应该充分利用信息技术开展教学.

以鲁教版高中物理必修第二册第1章《功和机械能》为例，教师可以巧妙地利用物理仿真软件，如PhET Interactive Simulations中的“The Ramp and Friction”模拟实验，让学生在模拟环境中调整斜面的倾斜角度、物体质量及表面粗糙程度，观察并记录不同条件下物体滑动的距离与速度变化，以及能量的转化情况.学生利用虚拟实验可以反复操作，不受物理材料和安全限制，深入探究不同参数如何影响能量守恒，这不仅增强了他们对物理现象的直觉理解，还促进了对复杂概念的深入思考.此外，教师可以进一步引导学生利用电子表格（如Excel）对收集的数据进行整理和分析，通过图表直观展现能量转化的规律，培养学生数据处理和分析技能，进一步加强信息技术与物理实验的深度融合.

2.5 强化团队合作，促进交流共享

在实验教学过程中，团队合作不仅是知识交流的平台，更是激发创新思维的催化剂.强化团队合作，能够促使学生在多元视角中整合资源、解决问题.通过小组协作完成实验项目，学生能在互助中深化对科学原理的理解，形成科学思维.以鲁教版高中物理选择性必修第一册第2章《机械振动》为例，教师可以设计一项关于“共振现象”的团队探究实验，将学生分成若干小组，每个小组负责探究不同类型的共振现象，如摆钟的共振、弦乐器的共鸣等.在开展实验前，教师应引导学生了解共振的基本概念和条件，然后布置任务，要求各小组设计实验方案，包括实验目的、所需材料、实验步骤及预期结果.在小组合作过程中，教师应鼓励学生充分发挥各自的长处，比如擅长理论分析的学生可以负责理论推导，动手能力强的同学则可以主导实验操作.小组成员间在遇到困难时，通过集思广益共同寻找解决方案.为了确保团队合作的高效，教师可以设置中间汇报环节，要求各小组展示阶段性成果，其他小组则作为听众提问或提出建议，形成一种积极互动的学术氛围.通过这样的交流，学生能够在思想的交锋中获得灵感，纠偏改错，逐渐形成科学探究能力.

2.6 反思总结实践，深化理解应用

科学探究的过程不应止步于实验操作本身，而应延伸至对实验全过程的深刻反思与总结，这是形成完整学习闭环、深化理解并提升应用能力的关键^[5].因此，在每项物理实验结束后，教师应组织学生进行系统的反思总结，梳理实验过程中的观察、思考与发现，从而将实验经验转化为持久的知识结构，不断提升科学探究能力.教师可以以小组的形式组织反思会议，即每个小组轮流介绍其实验设计的初衷、过程中的亮点与不足，讨论实验设计是否有效达到预期目标，哪些操作可以优化以提高精度或效率；讨论数据背后反映出的物理原理，对比预测结果与实际结果的差异，探讨可能的原因，如误差来源、实验条件控制不当等.随后，要求学生撰写详细的实验报告，报告应涵盖实验目的、原理、方法、结果、分析讨论及结论等部分，特别强调对实验中遇到问题的反思和解决策略的总结.在此基础上，安排班级内部分享会，让每个小组展示其报告的精华内容，通过同伴间的相互评价和讨论，进一步丰富彼此的视角，深化对实验内容的整体把握.

3 结束语

物理实验对培养学生的科学探究能力具有重要价值.文章提出设计引导性实验、实施探究式学习、融合信息技术、强化团队合作、反思总结实践及联结生活实际等策略，不仅能够激发学生的好奇心与求知欲，还能帮助学生在实践中不断提升科学思维、发展科学探究能力.依托物理实验促进高中生科学探究能力的发展是一项系统工程，教师在教学实践中，应持续探索和实践，不断完善实验教学设计和实施方法.只有这样，才能不断完善实验教学，进而为学生提升科学探究能力提供稳定的平台.

参考文献：

[1] 董超，孙辉.基于科学探究的高中物理实验教学设计：以“单摆”为例[J].中学物理，2023，41（19）：37-40.

［2］ 时子豪，张石友.基于提升科学探究能力的高中物理实验教学：以“观察电容器的充放电现象”实验教学为例[J].实验教学与仪器，2023，40（09）：5-7.

［3］ 赵静.综合性物理实验对学生科学探究能力的作用研究[J].广西物理，2022，43（04）：94-97.

［4］ 祖晓彤，张勇.基于学生科学探究能力培养的高中物理实验设计：以“测量玻璃砖的折射率”实验为例[J].新课程研究，2022（14）：117-119.

［5］ 张晔.物理教学中学生科学探究能力培养策略分析[J].广西物理，2022，43（04）：126-128.

［责任编辑：李 璟］