核心素养下高中物理实验教学的改进与创新

李锦秀

摘 要：实验是物理课程中非常重要的教学板块之一，也是学生进行物理探究与分析的重要方法之一，一直都是高中物理课程的中心。在《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（下文简称《新课标》）中，指出要坚持以实验教学为中心的基本要求，主张引导学生在探究式、创新性的实验活动中去建构知识意义，全面发挥实验活动的教育作用。在此背景下，本文将积极阐述物理实验教学的意义与作用，阐述在核心素养目标引领下优化实验教学的必要性，进而反思实验教学的现状与问题，再以核心素养为引领去探索改进高中物理实验教学的策略与做法，以便切实优化、完善实验教学的结构与环境，使学生在实验活动中能亲历问题的提出与解决过程。

关键词：核心素养；高中物理；实验教学；改进策略

《新课标》中根据物理课程的学科本质解释了物理学科核心素养的内涵，设立了“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”几个主要板块，不仅突出了物理课程在锻炼学生思维、丰富学生知识、提升学生关键能力等方面的具体作用，还从品德教育层面指出要优化学生的品德与精神，引导学生自主传承实事求是、精益求精、注重证据与理性等科学态度，将真正对学生的终身成长产生积极的影响。对此，高中物理教师应主动开展实验教学改革，使学生在实验中形成良好的物理学习能力。具体而言，物理实验教学的作用、价值有哪些呢？

一、物理实验教学的意义与作用

（一）丰富动手实践经验，积累直接体验

实验是通过控制一定的实验条件、变量等，通过操控必要的实验设备与用品，促使各类实验用品发生反应，由此生成结论的一种实践性活动，十分看重学生“做”的经验。这就意味着高中生不必再以单一的理论背诵去学物理，而是能够通过亲手操作、控制实验变量自主生成物理概念。这有利于培养学生的自主探究能力、动手实践能力及创新思维能力，促使学生积累丰富的感性认识与直接体验，更加符合高中生的认知发育规律与特点，也将真正激发出学生的物理学习兴趣，便于形成以学生为中心的教学理念[1]。

（二）便于生成物理知识，实现自主建构

《新课标》中已经指出，要通过物理实验使学生能够“基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判”，也支持学生在实验中去验证、内化某一物理观念。这代表着高中生能够通过丰富的实验探究与论证去总结感性、具象的现象，并从中抽象出一般规律、生成物理概念。同时，学生也可通过实验活动论证整个物理知识、进一步分析与检验教材中的物理概念，从而自主生成知识意义，并由此提升学生的记忆水平[2]。由此，则可切实优化学生的物理学习状态，促使学生在实验中发现物理现象背后的规律，潜移默化地提升学生的物理认知水平[3]。

（三）助于传承科学精神，提升品德修养

《新课标》已经指出要培养学生的科学态度与责任，使学生能够自主传承物理学家严谨、刻苦、敢于创新与突破等科学精神，由此落实“立德树人”根本任务，发挥德育的引领作用。在实验教学中，高中生所得出的每一个结论都需依赖于具体的实验现象、操作步骤，不可虚构数据、现象，也需在遇到问题与瓶颈时思考更优化的实验探究方案，调整实验变量与工具等。这能够潜移默化地培养学生实事求是、精益求精的科学态度，也有助于激发出学生刻苦钻研、敢于创新等品德意识，将切实促进学生的品德发展，为学生的未来成长做好充分的准备。

综上，在高中物理教学实践中组织实验教学将从多个层面产生积极影响，教师也应设计多元化的实验活动，支持学生在实验中进行论证、质疑、检验等，自主生成知识意义。但是，现阶段高中物理实验教学效益并不理想，还存在不少问题，下面本文将对此进行研究与思考。

二、物理实验教学的现状与问题

（一）缺少探究性

对于很多教师来说，他们虽然能够认识到实验教学的重要作用，但是在具体的教学实践中却并不愿意开设实验课，其原因为：实验教学的进度相比较理论课更加缓慢，一节课的知识容量比较少，担心影响物理课程的整体教学进度。但是，实验又是物理课程中必不可少的一环，所以很多教师会设计验证性实验，即组织学生通过实验操作、观察与分析验证已经得知的物理结论，缺少探究性。这能在更短的时间内完成实验教学任务，并不会影响物理课程的进度安排。在这种状态下，高中生在实验活动中也将丧失探究欲望，因为他们知道每一个操作步骤将产生的实验现象，也知道最终的实验结论，并不能在实验活动中形成良好的科学思维与探究能力。

（二）忽视学生的主体性

一直以来，高中物理教学都是按照“教师讲，学生听”的方式展开课程活动，实验教学也同样如此。有不少教师会选择通过演示实验组织学生进行观察与记录，看似可以丰富课堂教学活动，但是却剥夺了学生亲自做实验的机会，无法顺利培养学生的实验操作能力，也因此削弱了实验教学的教育作用。对于这一点，《新课标》中也以“引导学生自主学习”科学解释了师生关系，也由此提出了优化教学形式的具体要求，所以实验教学改革势在必行，一线教师也应主动重构教与学的形式，切实优化实验教学结构。

（三）生成性不足

生成性教学是指教师根据师生双方在课堂上的互动行为与效益及时调整教学策略、思路的一种教学活动，主张突出学生的个性，也比较关注学生的过程性学习表现。但是，目前的高中物理實验教学却比较重视实验结果，对于学生的生成性学习行为关注较少，也很少会利用实验意外去调整教学策略与方法，在一定程度上限制了学生创新性思维能力的形成与发展，也使得不少学生习惯按照固定的顺序、条件去操作实验设备，很难真正发展学生的物理学科素养。

综上，高中物理实验教学效益不佳，也存在不少问题，直接影响了实验教学功效[4]。在《新课标》的引领下，高中物理教师不仅要开展生成性、开放式、探究式的实验教学活动，还要充分发挥实验教学在培养学生核心素养方面的积极促进作

用，使学生能够形成热爱科学、实事求是的科学态度[5]。具体来说，高中物理教师应该重视实验情境的创设与问题导入，切实活跃学生的思维，也要在学生产生好奇心之后合理引入实验任务，有效驱动学生，进而组织开放、生成性的实验探究与展示总结活动，同时支持学生在课外自主参与实验拓展与创新活动，不断提升学生的实验操作能力，为发展学生的物理素养做好充分的准备。下面，本文将客观阐述在核心素养目标引领下高中物理实验教学的改进与优化策略，希望能够切实发挥实验教学的育人作用。

三、核心素养下高中物理实验教学的改进策略

（一）创设真实的问题情境

真实的问题情境便于学生自主迁移成长经验，也能在一定程度上优化学生的思维状态，便于学生自主思考物理实验的操作方案并展开合理的实验猜想。这就有助于激发出学生的学习兴趣，也将真正为学生的素质发展做好充分准备。对此，高中物理教师应在实验导入阶段创设真实的问题情境，具体可通过以下几种方式优化情境创设效益。

第一种形式，利用一些代表性的生活实物创设生活情境，根据学生的生活经验提出核心问题，由此优化学生的实验探究意识，为提升学生的动手实践能力做好充分准备。比如，在“形变与弹力”一课教学实践中，笔者便准备了海绵、“小跳蛙”等常见物品，通过双手按压这些生活实物，据此引导学生观察物体发生弹性形变的具体过程，还专门用手机将这一过程拍摄下来，投放至电教设备中，希望能够组织本班学生细致观察物品在外力作用下发生弹性形变的具体细节，同时也希望学生能够由此思考弹性形变大小与哪些因素有关。由此，学生则可根据自己的生活经验去总结相关问题，带着猜想、思考参与物理实验探究活动之中。

第二种形式，借助信息技术创设问题情境，从更细微的角度呈现现实生活中的物理现象，激发出学生的实验探究兴趣，优化学生的物理认知状态。比如，在“质点和位移”一课教学实践中，笔者便利用网友在网络平台中所晒出的飞机航行次数、总里程等图片与数据资源导入了本节课，由此引导学生思考“总里程”属于位移还是路程，并且利用飞机航行图做出了具体解释，帮助学生自主区分路程、位移这两个物理量的异同点，同时引入“质点”这一新概念，进而组织学生参与到位移测量与计算的实验探究活动中，使其能够在实验中自主描述“质点”的运动轨迹、位移长度等，使其在实验中进一步内化本课重点知识。

除了上述两种方式之外，高中物理教师也可在实验准备阶段组织学生参与到生活体验与观察活动之中，即根据物理实验的主题设计实践活动，如在“匀变速直线运动的实验探究”一课教学中，教师则可组织学生观察现实生活中各类物品做匀变速直线运动的具体过程，记录必要的速度、加速度、时长等多个数据，初步迁移相关的物理概念，同时也为物理实验活动做好充分准备。当学生能够在情境引导下对物理实验产生兴趣、展开合理的实验猜想之后，便可积极主动地参与到实验探究活动之中，充分发挥自身的聪明才智，积极迁移物理概念与现实生活体验，形成良好的探究氛围，也能提高物理实验的探究效率。

（二）布置适宜的实验任务

很多学生虽然有主动参与实验探究的欲望，但是却很有可能因为不知道要做什么、做到什么程度而陷入低效，也不得不被动地听从教师的教导，在实验探究中失去了主動性。对此，高中物理教师则应根据学生的兴趣、需求去设计合适的实验探究任务，明确说明要在实验中做什么，初步优化学生的探究意识，切实改善学生的物理认知状态。在此方面，高中物理教师则可通过以下方式科学调控物理实验任务的难易程度：

首先，通过必要的理论教学、预习检测等方式判断学生对物理知识的理解程度，同时要在实验准备阶段询问学生对于物理实验的设想、已有认知经验等，综合判断学生的整体认知水平，由此预设难度适宜的实验探究任务。比如，在“科学探究“加速度与力、质量的关系”一课教学实践中，笔者便在课前详细了解了学生的物理认知状态与实验操作经验。学生在理论学习活动中已经掌握了力、质量、加速度等多个物理概念，也知道力是改变物体运动状态的决定性要素，能够自主分析物体的受力情况，也已经在前期的实验探究活动中掌握了打点计时器的使用方法，具备一定的实验探究能力。但是，本班对于加速度、力与质量之间的关系认识并不深刻，也缺少自主设计、实施实验方案的丰富经验。对此，笔者便由此设计了本节实验课的主要任务。

任务一：自主设计实验方案，选择合适的实验设备、道具等，说明实验猜想与操作方案。

任务二：通过实验操作与观察总结出加速度与力、质量之间的关系，并且能够写清楚在探究三个要素关系时的实验操作行为、所产生的具体现象与结论等。

任务三：总结出决定物体加速度的具体因素，并且能够使用控制变量法、图像法改变实验条件，自主计算加速度的大小。

由此，本班学生则可围绕上述几个实验任务展开探究与思考，自主迁移已有实验探究经验与物理理论知识储备。

其次，按照难易递进的结构呈现出各个探究任务，使学生能够一直处于挑战自我、勇于突破的学习状态之中，同时也能兼顾学生的差异性需求，确保学生能够顺利实现有意义学习。在上述“科学探究：加速度与力、质量的关系”一课教学实践中，笔者所设计的三个学习任务便具备难度递进的特点，比如，任务一则要求学生从整体上规划本轮实验活动的操作方案、实施计划等，鼓励学生展开实验猜想与思考，自主迁移已有的实验探究经验去预设可行的实验方案；待确定好实验方案之后，学生便要围绕第二个探究认为去验证、推导加速度与力、质量之间的关系，自主分析决定物体加速度的主要因素，根据实验现象与具体的实验操作步骤去总结关键结论，尝试展开实验探究，自主生成物理知识；待学生积累了一定的实验探究经验之后，则可围绕探究任务三去总结丰富的实验探究经验，根据自己所使用的图像法、控制变量法等去总结出科学的研究方法，从具象过渡到抽象层面，以便在其他相似的物理实验中自主迁移各个物理研究方法。由此，则可逐步提升学生的实验探究水平，也将真正为学生的素质发展做好充分准备。

值得一提的是，在实验开始之前设计具体的实验探究任务是非常有利于重构师生关系的，将切实突出学生的主体探究作用，也能优化一线教师的主导行为，是提高实验教学效率的一个保障条件。

（三）开展开放的实验探究

前面在反思现阶段高中物理实验教学现状时提出学生在实验活动中的自主性不强，通常是以接受式的学习方式一步步落实教师所提出的要求，因此限制了实验教学的效益。对于这一点，高中物理教师便要在实验活动中开展学生探究活动，引导学生自主观察、操作、验证、质疑等，根据实验任务的提示逐步建构物理概念，完成实验论证与分析。在此方面，高中物理教师则可设计学生分组实验，一方面是要通过组内成员之间的合作交流去优化学生的物理认知状态，确保实验活动能够落到实处，另一方面便是要保证全体学生都能参与到实验活动之中，避免因为设备不足、学生人数过多等原因而导致探究式实验活动流于形式。

比如，在“科学探究：机械能守恒定律”一课教学实践中，笔者便组织学生以小组为单位参与到实验探究活动中。在组建实验小组时，笔者综合考虑了学生的认知特点、在实验方面所展现出来的智力潜能，将具有不同智能优势的学生分到一个小组内，鼓励学生以异质合作的方式共同参与到实验探究活动中。待确定好小组成员之后，笔者鼓励学生在组内确定每个成员的具体职责，分别负责管理实验设备与素材、负责记录实验数据与现象、负责搭建实验设备并且控制实验变量等，使每个学生都能在小组内承担起一定的实验探究责任。接下来，各小组则可自主参与验证机械能守恒定律的实验探究活动中，认真记录实验数据、处理数据误差等，总结出机械能守恒定律的具体内容，也要写清楚动能与势能之间的转换条件与转换方式，使用物理语言与符号化信息去记录实验现象。在小组探究活动中，各小组需认真写清楚每一个实验步骤、操作方法，以及对应的实验现象与结论，善于记录实验数据，以便在后续的实验展示与分享活动中提供证据。

在实验探究活动中，有的小组因为对实验条件、变量的控制出现问题而陷入认知瓶颈，无法总结出动能与势能在转化中存在的定量关系。对此，教师则应观看小组所撰写的实验操作报告、方案等各项资料，帮助小组梳理实验探究思路与操作手法，同时也要指导各个小组调整必要的实验变量与操作方式，利用实验意外进一步开发学生的认知潜能，优化学生的物理认知与探究行为。在此过程中，教师只能以指导者的身份与小组互动，切忌直接否定小组的实验探究思路，否则很有可能会打击学生的探究热情，不利于提高学生的实验探究能力。

在上述案例中，教师采用异质分组的方式优化了生生互助关系，其作用是要充分发挥学生的个人智能优势，通过互助与合作生成集体智慧，使每一个学生都能在同伴互助与启迪下形成一定的物理认知能力。这就有助于优化学生的物理探究行为，也能提高实验教学的效率，在提升学生科学探究、发展学生科学思维方面是具有积极的促进作用的。

（四）注重即时的实验展示

实验展示不仅能够展现具体的实验现象与结果，也将切实优化学生的逻辑思维，便于培养学生的物理表达能力。同时，实验展示活动也将促进生生之间共享实验探究经验，一同讨论优化实验方案的更多方法，达到开阔学生的探究思维，丰富学生实验操作经验的目的，也非常有利于培养学生的物理素养。因此，高中物理教师也要设计即时的实验展示与交流活动，切实优化学生的物理素养。

比如，在“科学探究：平抛运动的特点”一课教学实践中，学生便通过小组合作的方式参与到平抛运动的实验探究活动中，根据平抛运动的运动方向总结出水平方向的匀速直线运动、竖直方向的自由落体运动两类，还通过小组讨论总结出了生活中物体发生平抛运动的具体现象，自主应用了运动的合成与分解知识。待各個小组完成实验探究与验证任务之后，笔者便组织本班学生进行了实验展示，以小组为单位演示物体做平抛运动的条件、现象，从中分析利用运动的合成与分解知识去处理曲线运动的基本探究思路。在实验展示活动中，各小组可直接利用投影设备展示本小组设计的实验方案、探究计划、所观察并记录的实验数据与计算过程等多个资料，使用具体的实验数据去验证实验结论。这有利于优化学生的物理表达能力，也能培养学生实事求是、用数据说话的科学态度。另外，在小组展示活动中，各小组不必重复已经阐述过的实验结论，需重点展示本小组的创新思维、探究结论，同时也可根据本小组与其他小组所得出的不同结论提出质疑与反驳，与其他同学一同讨论平抛运动的特点以及运动的合成、分解规律。由此，则可进一步提高学生的理性思维能力，便于学生在展示、分享活动中进一步内化实验结论。另外，小组展示也将有利于培养学生的优化思想，使其能懂得虚心学习、精益求精，潜移默化地端正学生的科学态度。

（五）组织课外的延伸活动

实验教学不仅应该发生在课堂上，还应伴随着学生的日常生活、科学论证与创造发明展开，使学生在课外探究中切实形成良好的创新素养与科学素养。对此，高中物理教师则可根据学生的兴趣喜好设计课外实验延伸与拓展活动，切实丰富学生的实验探究经验，进一步培养学生的物理素养。

比如，在“科学探究：向心力”一课教学实践中，笔者便组织学生在课堂上探究了向心力的运动轨迹、运动方向，以及计算向心力大小的物理公式，使学生能够在实验探究与论证中把握向心力的概念、产生条件等。在此基础上，笔者设计了一轮课外实验拓展活动，即学生以“向心力”为基础去设计一个“绳球”，通过外力的作用转动绳球，并且要计算绳球在运动中所产生的向心力。对此，学生则需在课外自主搜集生活物资、制作绳球，还要积极迁移向心力知识去展开相应的物理计算，总结绳球的运动轨迹与运动方向等。由此，便可进一步提升学生的物理探究与实验论证能力，也有助于初步培养学生的创新思维。

结束语

总而言之，在高中物理教学中开展实验活动不仅可促进学生的学，也将从多个角度综合发展学生的物理素养。对此，高中物理教师应在核心素养目标引领下重视实验教学，设计丰富的、开放的实验探究活动，丰富学生观察、操作与创新的机会，使学生在实验探究中自主建构与生成物理概念，以便逐步发展学生的物理素养。

参考文献

[1]殳峰华.高中物理实验教学与改进方法探究[J].试题与研究，2021（5）：13-14.

[2]王鹤.高中物理实验教学的改进策略与方向[J].天津教育，2022（21）：93-95.

[3]韩世峰.新课程背景下高中物理实验教学改进策略[J].数理化解题研究，2020（36）：42-43.

[4]张莹.高中物理实验教学的实践探究与改进[J].基础教育论坛，2020（35）：27-28.

[5]张慧敏.基于核心素养的高中物理实验教学改进[J].中学物理教学参考，2020，49（10）：78-79.