聚焦核心素養，改進實驗教學

李慧玲

【中圖分類號】? G633.7? ? ? ? ??? ? 【文獻標識碼】? A 【文章編號】? 1992-7711（2020）03-035-020

一、高中物理實驗教學的重要性和現狀

實驗是物理學的基礎，是物理學前進的動力，在教學中，實驗服務于教學、促進教學。實驗能創設更有效的學習環境，激發學生的興趣和求知欲，讓學生感受物理學習的樂趣;實驗能培養學生的動手操作能力、合作能力等;實驗能培養學生的科學思維、科學態度和責任感;實驗是培養學生的物理核心素養的一種重要方式。

然而，在現實的實驗課堂中，演示實驗往往演變成學生看熱鬧;分組實驗演變成學生按照老師提供的“菜譜”按步操作;探究實驗演變成學生快樂地玩耍。鬧哄哄的課堂在學生的歡呼聲中結束，但是對所學內容一知半解，老師也只能下節課繼續理論強化、習題強化。如此，實驗教學落實不到位，實驗課的優勢未能發揮出來，對教學起不到促進作用，甚至會產生反效果。

實驗教學是提高高中物理教學效率，培養學生學習興趣，增強學生物理知識應用能力的關鍵，在核心素養背景下，我們應該改變傳統的教學，探究更有效的教學模式，發揮學生的主體地位，讓老師從“包辦”中走出來成為課堂的引導者。下面以粵教版必修1的一節實驗課《驗證力的平行四邊形定則》為例，探究在核心素養的引領下如何開展有效的實驗教學。

二、聚焦核心素養，改進實驗教學

新課導入：

評析：本課選擇了復習導入，在新課展開前，先給學生復習了力的概念、力的三要素、力的圖示、合力與分力等知識點，其中重點強調力的圖示，并提醒學生本節課需要嚴格按照力的圖示來作圖，為新課的順利開展做好了鋪墊。

教學過程：

探究一：合力一定比分力大嗎？

教師：如果有兩個力，F1=3N，F2=4N，當F1和F2的方向相同時，它們的合力的大小和方向如何？

學生：當兩力方向相同時，合力等于兩力相加，F=7N，方向與F1和F2相同。

教師：如果兩力的方向相反時，它們的合力的大小和方向又如何呢？

學生：當兩力方向相反時，合力等于兩力相減，F=1N，方向與F2相同。

教師：以上兩種情況兩分力均在同一直線，同向時兩力相加，反向時兩力相減，如果兩分力不在同一直線上時合力與分力又有什么關系呢？合力是不是一定大于分力？

學生1：合力應該大于分力。

學生2：不一定，因為當兩力方向相反時，合力F=1N，小于兩個分力。

教師：既然有不同的意見，我們通過實驗來解決大家心中的疑惑。在水平桌面上平放一塊方木板，在方木板上鋪一張白紙，用圖釘把白紙固定在方木板上。用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點，在細繩的另一端系上兩個細繩套。用兩個彈簧測力計分別鉤住細繩套，互成角度地拉橡皮條，將結點拉到某一位置O，用筆描下O點的位置;再用一個彈簧測力計鉤住細繩套，把橡皮條拉至同一點O.兩個彈簧測力計和一個彈簧測力計都是把橡皮條拉到O點，力的效果相同，所以兩個彈簧測力計的力為分力，一個彈簧測力計的力為合力。下面我們一起進行多組實驗，記錄實驗數據，再進行處理分析。

教師進行演示實驗，學生記錄數據：

教師：根據以上的數據，同學們可以得到什么結論呢？

學生：合力可能大于分力，也可能小于分力。

教師：由上表的數據我們能找到合力與分力之間的關系嗎？

學生：不行。

教師：通過上述的實驗，我們只能看出合力與分力之間大小的關系，但并不能找到合力和分力之間的規律，大家重新檢查一下我們的實驗，看看我們在研究過程中是否忽略了某些重要的因素？

學生：我們忽略了力的方向。

教師：是的，力是矢量，有大小和方向。剛才我們的研究只關注了力的大小，并未考慮到力的方向。接下來，我們可以改善我們的實驗，重新驗證合力和分力之間的關系。

評析：探究一先從學生已有認知入手，即同一直線上力的合成，從而引出“合力一定大于分力嗎”這一問題，學生已經具備的知識是代數求和，關于矢量求和這一知識是首次遇到，所以學生容易誤以為合力一定大于分力。爭議的產生激發了學生的興趣和求知欲，給學生創設了有效的學習環境，也促進了學生對于矢量和標量的深度認識。演示實驗的進行為學生下一步的自主驗證實驗提供了知識儲備和能力儲備，也引導學生遇到問題，通過實驗進行驗證分析、實事求是的科學態度，強化了學生的實踐意識。實驗的結果分析又引導學生進行質疑，冷靜觀察分析，進一步強化了矢量的概念，培養學生的科學探究意識，發現問題、提出問題，改進實驗的能力，達到了核心素養在實驗探究中的具體要求（一）。

探究二：驗證力的平行四邊形定則

教師：根據教材可知，合力與分力遵循力的平行四邊形定則，下面請同學們根據桌面上提供的儀器，改進我們的實驗，共同討論出一個方案，看如何證明這一規律。

學生討論交流后：根據平行四邊形定則作出力F1和F2的合力F的圖示。再做出合力F′的圖示，如果F和F′重合，則證明力的平行四邊形定則是正確的。

教師：請同學們注意，實驗中要準確反映力的大小，所以必須選擇標度，作力的圖示。接下來，請同學們帶著以下兩個問題，完成實驗步驟，動手完成實驗。

學生分組實驗后，分享交流，展示成果，得出結論：

得出結論：在誤差允許的范圍內相同，F和F′的大小和方向幾乎重合，驗證了力的平行四邊形定則。

評析：本環節初步體現了核心素養在實驗探究中的具體要求，由于高一學生知識面和思維能力的局限，完全放手讓學生進行探究耗時多，且有部分學生跟不上，急于求成會打擊學生的積極性，因此本驗證實驗教師進行了引導，層層遞進，發散學生思維，促進學生思考，引導學生學會解決問題;討論與交流能啟發學生的思考，同時為學生提供主動參與、樂于探究、積極實踐的機會，為解決問題提供一定的引導;探究二的驗證實驗，主要采取了分組合作的形式，讓學生體會科學研究中相互合作的必要性，增強學生的合作意識。最后給學生提供了展示交流的平臺，培養學生描述、解釋探究結果，分析論證的能力，同時也能增強學生的自信，讓其獲得成功感。

探究三：分組自由探究

教師：同學們已經成功驗證了力的平行四邊形定則，接下來同學們可以利用身邊的器材進行自由探究解決以下四個問題，

把學生分成四組，每一組探究解決一個問題，探究結束后進行交流分享。

教師進行總結：

1.本次探究實驗同學們完成得非常好，分別得到了以下四個結論：

（1）當兩分力F1、F2的夾角為θ=90°時，合力與分力構成一個直角三角形，可用勾股定理解決問題。

（2）當兩分力F1=F2，且夾角為θ=120°時，合力與分力構成一個等邊三角形，合力F=F1=F2

（3）若兩分力大小不變，夾角θ越大，合力越小。

（4）若合力的大小方向不變，兩分力的夾角θ越大，分力越大。

2.同學們在實驗過程中，做得特別好的地方有：

（1）就地取材，充分利用身邊可用的物品進行實驗，實驗中老師并未告訴你們怎樣解決θ=90°和θ=120°的問題，同學們能夠發揮自己的聰明才智解決問題，方法多種多樣。

（2）在實驗過程中，大家都抱著嚴謹的態度，認真完成每一步，而且大家都能夠利用初中學過的數學知識解決問題，圖中的平移方法讓作圖更加嚴謹，更加科學。

討論與交流：請同學們利用以上探究結果解決以下兩個生活中的問題。

學生討論分享后，教師進行課堂小結，進行情感態度價值觀教育。

評析：以上四個問題在教學中本來需要教師花費大量時間進行講解和習題訓練，本節課在驗證力的平行四邊形的基礎上，經過探究一和探究二的引導，學生的能力大大提高，學生已經能夠發揮主觀能動性，自主設計實驗進行探究，而自由探究的機會大大激發了學生的興趣，也進一步鞏固了本節課所學知識。討論與交流環節引導學生將所學知識應用到生活中去，學以致用，引起學生的興趣。本環節引導學生合作正確設計和實施科學探究，使用不同方法和手段分析、處理、收集信息，具有設計科學探究和獲取證據的能力，能描述、解釋探究結果，并進行交流討論，達到了核心素養在實驗探究中的具體要求（二）、（三）、（四）。

三、教學反思

本節課取得了良好的教學效果，學生在快樂的學習中即掌握了知識也掌握了技能，并且聯系生活，學以致用，大大地提高了學生的積極性。筆者經過總結反思后，認為高中物理實驗教學應做到以下幾項：

一要重視實驗教學，重視實驗課程的設計過程，克服重結果、輕過程的傾向;

二要教師在課堂中的適度引導，通過教學問題的有效設計，層層遞進，發散學生思維，促進學生思考，引導學生學會解決問題;

三要結合生活實際，增添聯系生活的教學內容、創設生動活潑的課堂情境激發學生的學習熱情，讓學生保持旺盛的求知欲;

四要凸顯學生的主體地位，提供學生進行交流的機會以體驗和享受合作的成果;

五要培養學生實事求是的科學態度，鼓勵學生大膽創新。

在實驗教學中，我們應該膽大心細，充分發揮學生的主體作用和教師的引領作用，思考實驗教學設計和日常教學設計的異同、實驗教學在培養學生創新能力的作用，改變傳統的“菜譜式”和“放任式”的實驗教學，在核心素養的引領下，創新實驗課堂，培養全面發展的人才。

【注：本文為廣東省中山市2018年度立項課題“核心素養背景下的高考物理試題分析與試題編制的實踐研究”（C2018133）的研究成果】