基于核心素养的高中物理实验教学研究

文章系甘肃省教育科学“十三五”规划2020年度一般课题《核心素养下中学物理实验教学的实践研究》（课题立项号：GS[2020]GHB1050）的研究成果。

摘要：随着新课改的推进，对高中物理来说课程目标提出培养学生的物理学科核心素养，以期培养全面发展的社会需要人才，為学生未来的成长与发展提供有力保障。实验是物理学科教学知识的基础，在整个学科教学中发挥着其他资源无法比拟的作用与价值。因此教师需要重视物理实验教学，将培养学生学科核心素养目标全面渗透到物理实践教学过程中，实现新课标对高中物理教学的要求，促进学生全面健康的发展。文章以人教版高中物理教材为例，基于核心素养的培养，来探究高中物理实验教学的策略，以其为其他教育工作者提供一些参考与帮助。

关键词：高中物理;实验教学;核心素养;教学策略

虽然说实验是物理学科的重要组成部分，但是很多学校与教师在进行高中物理教学时，还是缺少足够的重视，在实验设施与时间安排上明显不足，很多学校实验室并不开放导致没有有效地发挥出实验的功效。同时教师组织物理实验教学的最终目标，就是为了考试时物理实验题目得分，忽视了学生实验能力与科学素养的培养。在组织实验室实验时，选择高中阶段必做的实验，高一、高二学生每学期还有几次可以进行;到高三时基本上没有时间在实验室进行实验，更别说利用实验培养学生的学科核心素养了。基于新课程改革的大背景下，需要明确与重视实验的重要性，从物理演示实验、分组实验、课后实验三个角度来分析，基于核心素养展开实验探究具有研究意义。

一、 物理演示实验培养学生物理核心素养策略

（一）生动创设实验情景，激发学生学习兴趣

实验相较于其他的物理知识来说，具有一定的吸引力，如何运用实验来引导学生对知识进行积极探究是教师思考的重点问题。生动有趣的实验情境在一定程度上可以激发学生的学习兴趣，调动学生的实验热情，进行主动探究，为培养学生科学思维奠定基础。例如：在进行人教版高中物理必修一《第三章相互作用——力》中“力的分解”演示实验时，教师为了让学生对力分解有一个直观的印象，可以组织实验，结合学生生活中常见的物体为学生营造一个生活实验情境。首先准备实验器材：橡皮筋、铅笔、重物（石子、水果等）。教师利用这些实物，来设计实验;其次教师用自己的手掌、橡皮筋、铅笔、重物来构建成一个“三角支架”，让学生通过这种形态来感知什么是力的分解，结合直观实验，导出力的分解示意图。整个实验虽然很小，但是却实现了学习激趣，引导学生自主探究的作用，更加容易理解力的分解，提高实验教学效率。

（二）利用实验理解抽象概念，构建直观模型

物理知识相对抽象、概括，很多学生对其中内容缺少直观感知，理解可能过于表层，并没有认识知识的本质。基于此，教师利用演示实验，将抽象的知识直观形象化，不但讲解相关知识，同时构建了直观模型，符合学生的思维发展，更易理解与掌握。例如：在进行人教版高中物理必修三《电场强度》教学时，首先提出问题“带电的小球在电场中不同位置，和带不同电量的小球在电场同一位置时，带电小球所受到的作用力的大小和电荷量的关系？”但是很多学生对于看不见摸不着的电场，缺少理解与认识，这时就可以组织实验，让学生可以直观地感受什么是电场，具体实验：准备蓖麻油，然后在上面均匀地撒上一层发屑，利用电来观看实验现象，可以发现发屑按照电场的方向排列，不但直观地感受到电场的存在，同时也显示出电场线的分布情况，理解了什么是电场线，在大脑中构建了电场模型，有利于常生科学思维的培养。

（三）创新使用实验器材，培养科学态度

演示实验的基础是实验器材，在一定程度上也会对实验效果产生影响，因此实验器材的选择与应用有着重要的作用。来源简单、精确度高、符合学生认知与生活经验的实验器材更易吸引学生。教师结合实验创新器材，例如采用生活实物作为器材进行实验，不但可以拉近物理与生活间的距离，同时也培养了科学态度。采用生活化的实验器材，体现了“从生活到物理，从物理到社会”的课程改革理念，活用生活品做趣味性实验，可以更好地调动学生的探知欲，学生可以从生活经验中直接了解物理知识。例如，人教版高中物理必修一第四章《运动和力的关系》有关牛顿第一定律实验，教师就设计了“杯子里的鸡蛋”演示实验。具体步骤是：将一张卡片盖在水杯上，把戒指放在卡片上，再把鸡蛋竖在戒指上。“请同学们想一想，如果现在将卡片抽出来，鸡蛋会发生什么？”激发学生猜想与预测，培养学生科学态度。

二、 分组实验培养学生物理核心素养策略

（一）亲身体验实验探究，培养科学探究能力

学生分组实验，可以充分调动学生身体与思维，带给学生最强烈、真实的体验。要求学生亲自设计、收集资料、记录、论证等，不断地探究与分析，有利于学生科学探究能力的培养。例如：人教版高中物理必修三第十二章《实验：电池电动势和内阻的测量》结合上课学过的结闭合电路的欧姆定律，要求学生进行实验设计，自主设计和制定实验方案，可以结合伏安法、安阻法、伏阻法等来制定。当然教师需要提前对实验的注意事项进行提醒，由于干电池的内阻较小，要预防短路，否则会损坏电表和电池;控制通电时间等，培养学生实验安全意识。结合实验得出实验数据，采用代数法测出电池的电动势和内阻，或由欧姆定律制定U-I图像，求出电池的电动势和内阻。让学生亲身经历实验的整个过程，培养学生探究、思维能力。最后组织学生反思评估实验，引导学生培养严谨的科学态度。

（二）设计系列问题，促进形成科学思维

教师在组织分组实验时，可以通过问题来全面贯穿于整个实验过程，培养学生解决问题的能力，更好地理解与掌握物理知识。教师结合物理教材，设计针对性与递进的问题，引导与创新问题，构建极具结构性与逻辑性的问题体系，培养与发展学生的科学思维。教师利用问题来引发学生认知冲突，再加上积极地进行思考，深入地理解物理知识，发挥其思维想象力，实现知识的迁移与内化，循序渐进地实现实验目标。例如：在进行人教版高中物理必修一第四章《实验：探究加速度与力、质量的关系》，然后结合实验内容，设计一系列物理问题，“物体质量一定力不同，物体加速度有什么不同;力大小相同，作用在不同的质量的物体上，物体加速度有什么不同？”让学生分组做实验定性讨论。“设计一个实验，保持物体的质量不变，测量物体在各个不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系，锻炼学生根据条件设计制定实验方案，以及选择合理实验仪器获取实验数据的能力”“如何消除实验中摩擦力的影响，及如何判断小车是否做匀速运动。”培养学生能灵活应用所学知识解决实际问题的能力“你们在实验过程中遇到的困难是什么呢？”……利用问题处理信息，观察分析、归纳总结，让学生经历解决问题的过程，主动地思考与探究实验，提炼和升华物理概念与规律，培养了学生的科学推理、论证及质疑创新的科学思维。

（三）注重关注实验反思，培养学生科学态度

教师组织分组实验还需要重视实事求是科学态度的培养，以真实、理性、严谨的科学态度，来进行实验。教师组织实验教学后，还要引导学生进行回顾与反思，以实验结果进行分析，探究解决问题的原因。培养学生在实验时，排除外在因素，严谨实验的科学态度。例如：在进行人教版高中物理必修一《牛顿第二定律》学习时，需要平衡摩擦力，这是探究第二定律的重要步骤，但是很多学生却存在忽略的现象，因此实验结果与理论知识之间的存在较大的差异。基于这种情况下，教师需要引领学生找到原因，有意识地激发学生的注意力。仅是将实验作为学习任务展开教学与完成实验，是远远不能发挥实验效果的，在实验过后进行反思与归纳，让学生体会实验过程中要严谨、认真、做好每一个实验步骤，培养学生认真严谨的科学态度。

三、 课后实验培养学生物理核心素养策略

（一）重视课后实验，巩固核心知识

除了课堂教学活动外，还需要将实验拓展到课外活动中，将实验理念全面贯穿于整个物理学习中。教师布置一些实验小任务，要求学生自主制作实验装置，一方面帮助学生理解课堂教学知识点，进一步理解与巩固所学知识;另一方面内化所学物理知识，在生活中进行运用与实践，有利于学生实际运用能力与解决问题能力的培养。例如：在进行有关电场和磁场相关知识的学习以后，教师可以布置制作一个简易的发电装置，来内化电场与磁场关系的相关知识;在学习动量守恒定律后，教师布置自制简易火箭的动手实践任务，培养学生搜集资源、设计实验、内化知识的能力;在学习有关影响摩擦力因素的相关知识后，教师布置自制器具的任务，保障做出的器具受到的摩擦力小，培养了学生主观能力性与创造性。虽然整个课外实验缺少了教师的关注与指导，只能靠自己来设计与操作，但是却充分地调动了学生的主观能动性，提升了学生的实践动手能力，啟迪了学生的思维与智慧，促进了学生物理学科核心素养的培养。

（二）结合物理生活，渗透“STSE”理念

“STSE”更加强调的是科学理念，重视科学、技术与社会、环境间的关系，发挥科学技术在社会生产，生活环境和社会发展中的作用，以期实现培养学生核心素养的教学目标。“STSE”教育理念，要求学生具备知识的运用能力，更好地解决实际问题，促进学生全面发展。教师在课后设置实验，布置创作学习任务，要求学生可以进一步理解与内化所学知识，更好地应用于生活实践中去，提高学生解决问题的能力。例如：在进行人教版高中物理必修二《圆周运动》的相关教学内容后，教师布置课外观察任务，请学生对常见的自行车进行观察，记录自行车的大齿轮、小齿轮与后轮上的质点、线速度、角速度之间的关系。教师在课堂教学时，组织讨论与分析活动，鼓励学生大胆表达与发表观点，同时还组织小组讨论活动，实现思维的发展与碰撞，让学生学会学习与实验。再如：在进行人教版高中物理必修一《重力与弹力》中有关“重心”的知识后，教师要求学生结合内容动手制作小作品，然后在课堂为上展示并表达实验原理，实现了由生活到物理再到生活的过程，让学生感知物理的魅力，促进学生解决实践问题的能力，将“STSE”的理念传达给学生，实现学生科学态度与价值观的培养。

四、 结语

通过本研究可以看出，实验在物理教学中的重要性：将物理实验与核心素养的培养结合起来，实现新课程对高中物理教学目标的要求，将实验作为培养学生素养水平的主要方法与途径，促进学生全面发展。从演示实验、分组实验、课后实验三个角度来培养核心素养，引导学生深入思考、发展科学思维、增加学生实验情感体验、锻炼学生的科学探究能力与科学态度，实现培养学生物理学科核心素养的目标。教师意识到应用物理实验培养学生物理核心素养是一个十分值得研究的课题。由于笔者受专业水平与能力的影响与限制，在广度与深度上还需要进行深入地思考与研究，希望未来能培养学生的物理观念与思维能力，促进学生物理核心素养的全面提升。

参考文献：

[1]沈光先，田宽，冯靓，罗文华.低成本实验在物理教学中的应用研究：以人教版高中物理必修一为例[J].文山学院学报，2020，33（6）：108-112.

[2]刘晓涛.高中物理实验教学中的疑难问题调查及突破策略研究[J].科学咨询：教育科研，2020（8）：280.

[3]陈家波.新课程标准背景下高中物理实验教学中实践意识的培养[J].中国现代教育装备，2020（14）：57-59.

作者简介：

田琴新，甘肃省白银市，甘肃省景泰县第二中学。