基于實驗情境教學 落實物理核心素養

高 峰

(浙江省桐鄉鳳鳴高級中學 314500)

一、實驗情境教學為何能培養物理核心素養

德國教育家第斯多惠曾說過:“教學的藝術不在于傳授本領，而在于激勵、喚醒和鼓舞.”實驗作為物理教學的一個重要組成部分，是學生對物理規律和概念獲得感性認識的基本途徑，也是培養學生思維能力的重要手段，同時也是加深學生對所學知識的理解與記憶.在《2018版物理課程標準》中也提到了在高中物理課程中，應注重科學探究，尤其應注重物理實驗，這在培養學生的探究能力和科學態度等方面具有重要地位.

具體來說通過實驗情境教學，可以發掘實驗在培養學生發現和提出問題能力方面的潛在價值，萌發出科學問題，萌生和理解物理觀念；還可在實驗中創設一些任務，讓學生在完成任務中運用科學思維，自己提煉出應探究的科學問題，培養科學思維,同時提升科學探究的能力.最后實驗還能培養學生的科學態度和科學精神，教師應培養學生嚴肅認真對待實驗的態度.尊重實驗結果與事實，杜絕編造和修改實驗數據，并把實事求是的作風帶到平時的學習和生活中去，這個就是科學態度和責任.

因此，筆者認為實驗情境完全能夠勝任培養學生物理核心素養的任務，筆者在自制實驗情境教學方面經歷了很多的實踐，接下來和大家一起分享.

二、依托實驗情境培養物理核心素養的實踐探索

1.自制演示實驗情境有助于物理觀念的形成

“觀念”是人們對事物的主觀和客觀認識的系統化之集合體，人們會根據自身形成的觀念進行各種活動.新課程標準指出物理觀念是從物理學視角形成的關于物質,運動與相互作用,能量等的基本認識,是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華,是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎.但是有時候觀念的形成不能靠灌輸，一個自制演示實驗情境往往能解決所有問題.

案例1比如在上《全反射》新課時為了讓學生有全反射的概念這個觀念，在教學引入的過程中，可讓學生先看魔術表演“消失的硬幣”，教師將一枚硬幣壓在杯子底部，這時可從杯子側面看到硬幣，但當往杯中注入水時，硬幣“不見”了；又如，如圖1所示，將一只空試管放入裝有水的燒杯中，讓學生從側面觀察試管的外觀，學生發現試管已經變得“不透明“而發出銀光，再在試管中逐漸加入水，發現試管又變得“透明”了.

通過幾個小實驗，學生發現原有的想法和眼前的物理現象完全不同，產生強烈的認知沖突與悖論，好奇心被深深的吸引，求知的欲望被激發，總想問個為什么，這時就可以順理成章地引入 “全反射”的新內容.通過這個自制實驗，對接下來理解全反射這個觀念就順利多了.

2.利用演示實驗情境誘發科學探究的問題進而培養科學思維

科學思維的解讀是科學思維是從物理學視角對客觀事物的本質屬性,內在規律及相互關系的認識方式,是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程,是分析綜合,推理論證等到方法的內化.通過自制實驗，讓學生觀察物理現象，分析物理現象，可以發掘實驗在培養學生發現和提出問題能力方面的潛在價值.教師可在教學難點和重點的地方創設演示實驗情境，讓學生在觀察和體驗后有所發現、有所聯想，萌發出能引出科學探究問題，讓學生在完成任務中運用科學思維，自己提煉出應探究的科學問題，培養科學思維.

案例2比如在《全反射》一節中，全反射產生的條件是教學的重點，為了使學生理解并掌握該知識點，課堂中可以自制教具，實驗用激光器與半圓形玻璃磚演示全反射現象，讓光從玻璃射向玻璃與空氣的界面，并逐漸增大入射角，讓學生觀察實驗現象(如圖2和3)，同時，可以創設以下幾個問題情境引導學生思考與探究：①在入射角增大的過程中，折射角和反射角的大小如何變化？②折射光線和反射光線的強度如何變化？③入射角增大到某一角度后，折射光線消失，體現了什么哲學思想？④若光從空氣射到玻璃與空氣的界面上，能發射全反射現象嗎？

通過實驗演示與問題的設置，可以有效提升教學的效率，學生根據自身的觀察、認識與探究，即可得出全反射的條件.

為了探究核心知識與規律，并體現“走進生活，走進社會”的新課程理念，老師還可以針對教學重點、難點，利用身邊的器材，有針對性開發實驗儀器，如圖4所示為演示全反射現象而開發的演示儀器，將裝有半瓶水的玻璃瓶固定在鐵架臺上，刻有角度的紙板開一孔，套在玻璃瓶上，將激光射到水與空氣形成的界面上，即可演示全反射現象.器材簡潔而有效，并貼近生活.

3.理論探究和自制實驗演示探究同時走，提升科學探究能力

密立根說過：“科學是在用理論和實驗這兩只腳同時前進的.有時候是這只腳先邁一步，有時是另一只腳再邁一步，但是前進要靠兩只腳：先建立理論再做實驗，或者在實驗中看到新的關系，再用理論這只腳推動實驗.”從中可以看出科學探究里應包括實驗探究和理論探究，而不僅僅是很多人認為的實驗探究.標準中指出實驗探究是指提出科學問題、形成猜測和假設，設計實驗與制定方案，獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估，反思的能力，主要包括問題、證據、解釋、交流、合作等要素.而理論探究是從理論的角度進行推理，兩者同等重要，缺一不可.

案例3如圖5所示，一塊橡皮用細線懸掛于O點，用鉛筆靠著線的左側水平向右勻速移動，運動中始終保持懸線豎直，則橡皮運動的速度( ).

A．大小和方向均不變

B．大小不變，方向改變

C．大小改變，方向不變

D．大小和方向均改變

自制實驗情境設計：把系著橡皮的繩子固定在黑板上，拿一根鉛筆，按著題目的意思，把整個物理過程演示一遍，學生看了以后會發現當鉛筆向右勻速移動5cm的時候，橡皮就會在豎直方向上勻速上升5cm，在水平方向上運動情況與鉛筆一致.實驗操作過程如圖6所示.

4.自制實驗培養學生的質疑能力和科學精神

新課標指出科學態度和責任要求學生具有嚴謹認真、實事求是和持之以恒的探索精神，獨立思考、敢于質疑和善于反思的創新精神，以及保護環境、推動可持續發展的責任感.因此高中生應該具有批判性思維的意識，能基于證據大膽質疑，從不同角度思考問題，能否實事求是，具體問題具體分析，敢于質疑批判老師的觀點等等.而自制實驗往往能演出不同的實驗效果，這就給學生創設了質疑的機會.

案例4演示實驗——“力的作用是相互的”

由于初中學過，教師常常信手拈來，推動粉筆盒(如圖7)，根據生活經驗告訴學生，粉筆盒受到桌面施加的摩擦力，桌面也受到粉筆盒施加的摩擦力.實驗雖簡潔，但無法引導學生積極思考.

質疑1：怎么知道粉筆盒受摩擦力？

學生：給粉筆盒初速度后撤去力，它慢慢停下來，說明受到摩擦力.

質疑2：怎么知道桌子也受到摩擦力？(學生困惑)

質疑3：要是能看到桌子動起來就好了.桌子很大，動起來有點困難，能否做個簡易的“桌子”？(學生馬上想到下面墊上一本書)

質疑4：可是，書受到桌子的摩擦，也很難動起來啊？(有學生想到在下面放幾根棍子就容易滾了.實驗室提供的小車質量不好，輪子常常被卡.看到這個現象，有學生提議：用玩具遙控車.)

一系列的質疑，裝置慢慢被改進.果然，車往前，書往后(圖8).

質疑5：汽車的牽引力由誰提供？(基本上每個學生都認為是發動機)

用繩子懸起遙控車，車沒往前開，只有后輪不停地轉.引導學生了解汽車牽引力其實就是摩擦力提供.

一個簡單的自制實驗裝置，在引導學生層層質疑中，啟發了學生探索的欲望，不僅看到了明顯的現象，還意外糾正了意識中常見的錯誤.讓學生參與到實驗創新中來，不僅完善了裝置，更激發學生的求知欲.

以上就是我對實驗教學提升核心素養的思考.伽利略開創了用實驗研究物理學的先河，今天的教師也要用實驗武裝自己的課堂，達到立德樹人的目的.