创新物理实验设计,发展学生科学素养

张勇亮

科学素养是高中物理教学中必须着力强化的基本能力，更是物理实验中应培植的关键品质。而以科学素养培养为导向，来加强对高中物理实验教学策略的创新，则势必更利于学生的科学兴趣激发、科学方法掌握、科学知识内化、科学精神传承，而且，在蕴含着创新特性的实验策略驱动下，学生的认知潜能必然会得以切实开掘，这也自然更利于其创新能力与创造素养的发展。基于此，教师在落实高中物理实验教学创新策略探究时，应以切实培养学生科学素养为引领，就传统实验的方案构建、开展方式、实施途径予以革新。多为学生提供一些在探究、实践、应用中改进实验途径的机会与条件，以此来激发学生的创新欲望。让其积极参与至实验创新中，借助多种方式、选用多种途径开展操作、探究、验证、猜想、尝试，为学生的科学素养发展而奠基铺路。

一、高中物理实验中科学素养的基本构架解析

实验是物理学科的重要构架，更是引领学生从操作出发，通过现象研判、数据解析、操作尝试得出实验结论，发展科学素养的载体。而在构架上，高中物理实验领域的科学素养，主要涵盖了科学兴趣、科学方法、科学知识、科学精神四大领域，其彼此间既紧密关联、互相影响，又共同作用于学生的认知发展与素养塑造。

1. 科学兴趣

具有探究科学实质与内涵的强烈好奇心与迫切求知欲，将自己对科学的热爱，反馈至了解科学、接触科学、探究科学的认知项目领域，来开展实验探索，发展认知能力，是每一位高中学生物理实验学习中应具备的基本素养与意识，也是科学素养得以发展的前提与基础。而高中物理实验中应培养的科学兴趣，则主要体现在对学生热爱科学、崇尚科学的积极态度培养，并为学生科学素养的升华提供了根本保证。

2. 科学方法

高中物理实验中的科学方法，主要指学生在参与科学探索的过程中，通过方案构建、目标确立、理论学习等而建立的对科学原理的运用途径。其主要体现在学生运用自身所学来解决实验问题领域，且为学生实验操作技能的提升，以及知识运用能力的发展，提供了实践指南与理论参考。同时，掌握基本的科学方法，并将其与实验探索相融合，则是确保高中物理实验得以创新的关键与重点，也是发展学生科学素养的重要途径。

3. 科学知识

每一项物理实验的开展，必然离不开辅助性理论的支撑。而借助高中物理中的诸多自然现象、物理原理、客观事物等，组织学生在实践与操作中理解其中所蕴含的物理思想、方法、原理等，则是确保学生物理认知体系逐步完善的关键所在。可以说，借助基本的物理原理解析，以此来引领实验操作的开启，为其掌握物理知识而助力，则是凸显物理学科特性的关键，更是让学生在科学知识驱使下获得科学素养发展的基础。

4. 科学精神

在实验探究的基础上，建立起正确的价值判断，进而形成对科学负责任的态度，本着实事求是、严谨认真、精益求精的态度参与物理实验，并根据实验中所出现的诸多问题，开展质疑、独立思考、合作互助，既是学生物理实验中应具备的关键品质与能力，更是发展学生尊重学科意识的必然选择，这也是科学精神的实质。可以说，加强对物理实验创新中的科学精神培养，则是确保学生科学素养提升的必然选择。

二、借助物理实验教学创新来培养学生科学素养的作用与价值

以切实创新物理实验教学指导、设计、组织策略为引领，来加强对学生的科学素养培养，不仅有助于学生创新意识与能力的建立，而且对实验教学实效的增强，也具有积极影响与重要作用。

1. 有利于学生创新意识的提升

在科学素养培养目标的驱动下，通过教师的科学指引，让学生根据预设实验目标、具体实验方案，致力于对实验器材、设备等选用方式的创新，以及实验操作手段、方式的变革。不仅可切实培育学生的创新意识与能力，而且更利于学生认知潜能的开掘，以促使其在创新探索、实践、体验中更好地内化物理原理、思想、方法，来确保学生物理知识体系的逐步完善。

2. 有利于实验教学实效的强化

通過对物理教学策略与手段的切实创新，可使很多物理实验得以开展与落实，更为贴近学生的身心特性与认知诉求，以切实调动学生的实验探索积极性，进而使物理教学中涉及的诸多理论知识、思想方法等，以更为直观、形象、具体的方式呈现至学生视觉，以此来确保实验教学设计的针对性与实效性，为确保高中物理实验教学改革的实现而奠定基础。

三、科学素养培养下的高中物理实验教学创新策略

物理教师要切实发挥物理实验的引领作用，让学生在实验创新策略、途径、手段等的驱动下，切实发展自身科学素养，不仅更利于高中物理的学科特性凸显，而且更利于实验教学实效的强化。因此，教师应以切实创新实验教学策略为铺垫，以发展学生科学素养为目标，对物理教学中对应的实验方案、项目、器材、流程等予以改进与变革。让学生在创新性体验、创造性实践中积极参与探究、应用、研判，来提升物理实验教学的实效性与延展性，来助推学生的科学态度、探究精神等培育。让学生在创新实践、操作、探索的驱动下，切实完善认知体系，深度内化物理理论，更好地发展科学素养。

1. 借助信息技术创新实验设计，为学生科学素养的培养而奠基

高中学生物理学习领域的科学素养培养，是确保其科学态度建立、科学精神传承的关键与核心。特别是对于物理学习中涉及的一些较为抽象的实验原理、思想、方法等，若离开了学生的近距离感受与体验，仅仅依靠教师的直观解析开展指导，则势必能引发学生的思维涟漪，实验教学也会形同虚设。因此，教师在落实一些对实验环境、条件、器材等要求较高的实验指导时，可通过对媒介资源、信息技术等的充分借助，来优化实验设计、创新实验途径。使学生在网络视频的引领下，站在全新视觉观摩实验现象，了解实验流程，以此来激发其探究欲望。同时，还可通过对一些模拟软件、仿真软件的借助，来创新实验实施途径，使实验中需要展示的物理现象、原理等，以更为直观、形象、丰富的方式被迁移至学生视域，为其精准理解实验内涵、切实发展科学素养而助力。例如，在“行星运动实验探究”中，由于其涉及的实践过程难以在常规实验条件下实现，教师可在实验设计中实施引入辅助性媒介资源，组织学生集体观看有关“行星运动”的模拟场景，来展示开普勒三大定律所对应的行星运动规律，并在其中引入“嫦娥一号”绕月运动的动画。让学生在直观感知与深度体验中获得对其中所蕴含的实验原理的精准把握，使实验教学的开展更为形象生动，以切实强化学生的科学素养培育，来确保实验设计的实效性，并为实验教学创新目标的逐步达成而助力。

2. 利用生活材料创新实验指导，为学生科学素养的形成而助力

受诸多因素的制约与影响，导致很多传统物理实验的开展往往以教材固有指导思路为指引，且对学生的认知实际、身心特性、理解能力等兼顾不足。以致很多实验项目的推进方式、落实路径显得极为单一、枯燥、乏味，这势必难以激发起学生的实验兴趣，且不利于学生的创新意识与创造潜能开掘。基于此，教师应以切实创新实验指导模式为引领，通过对生活材料的切实开发与利用，就教材内涉及的实验方案、思路、流程等，以更具新意、更为丰富的途径迁移至学生视域，来调动其探究热情与实践欲望，为实验教学效能强化而铺设广阔路径。同时，教师应结合预设实验方案，多为学生提供一些改进、变革、创新的机会。通过师生、生生间的合作研讨，确立起更为科学、高效、简易的实验实施途径，来增进师生、生生在实践操作中的互动与合作，使物理实验的开展能更好地服务于学生的科学素养培育。例如，在开展“自由落体运动实验探究”中，可对教材实验中涉及的实验器材予以创新与改进，为学生提供诸如羽毛、小球、尺子等实验工具，让其采用合作探究的方式自行构建实验方案，开展实践探究。以帮助学生在动手实践中深刻理解自由落体运动的轨迹，来促进学生的物理思维与探究精神发展。让其在生活材料的引领下，开展创新探索，助推其科学素养的发展。

3. 通过自主探索创新实验策略，为学生科学素养的发展而铺路

为学生提供更多自主探索、实践应用的机会，来凸显其课堂主体地位，将实验建构的自主权、实施权还给学生，以更好地促进其探索精神与实践能力的发展，则势必更利于物理实验教学创新目标的达成。因此，教师在落实高中物理实验教学创新策略探究时，应以切实创新实验建构手段与途径为铺垫，多为学生提供一些创新实践与创造探索的机会。鼓励学生在切实明确实验原理的基础上，自选实验材料，自构实验思路，自设实验方案，开展深度探究与精准解析，将自己的思想融入实验创新领域，变革实验实施手段、方式、途径，来引领学生的物理核心素养塑造。例如，在开展“欧姆定律”实验指导中，可让学生自行设计实验方案，在其完成实验方案构建后，组织学生集中对自己的方案进行考量、分析、判别，以小组为单位选出最优方案，并开展自主探究，来发展学生的质疑精神与探究意识。而在“力的相互作用实验”中，可通过对实验器材的创新与改进，让学生自行选用生活中常見的橡皮泥、塑料水瓶开展实践。在用力将塑料瓶挤压进橡皮泥之后，将两者分离，帮助学生在创新实验中感受其中的物理原理，以全面创新实验建构策略。以通过诸多创新性实验策略与途径的驱动，助推学生对主要物理原理的深度内化，确保其科学素养的切实发展。

总之，作为自然科学领域的主要组成部分，物理学科本身是培植学生科学素养的认知工具。而实验又是高中物理教学的重点与核心，也是引领学生科学素养发展的坚实保证。这使得通过对实验教学的创新实践，让学生在更为丰富、鲜活、生动的实践生态内开展物理实验，发展自身科学素养，则不仅是对新课标思想与理念的深度践行，而且更利于实验教学实效的增强与提升。特别是面对更具吸引力、感染力、生命力的实验项目，学生在实验领域的参与热情、探究兴趣必然会得到切实开发，这自然更利于其科学素养的培育与塑造。因此，教师在落实高中物理实验创新途径与措施探究时，必须以预设教学目标为引领，就实验的实施方案、开展思路、落实方式等，选用最易被学生所接受的方式予以改进、变革、优化，以全面提升实验指导的延展性、发散性、创造性。让学生在积极动手操作、切实开展创新实践中获得认知潜能开掘与创新意识培植，使每一项实验任务、活动的推进与落实都释放出创新的火花与创造的魅力，借此于潜移默化、循序渐进中培育学生的科学素养，则势必更利于学生认知体系的完善，以及物理学科的育人功能凸显，并为学生逐步夯实自身认知基础、深度提升科学素养而提供坚实保证。