高中物理教學(xué)科學(xué)探究能力培養(yǎng)

華沁怡 陳心豪

摘 要：依據(jù)物理學(xué)學(xué)科特點，實驗探究是學(xué)習(xí)者認(rèn)識物理、掌握物理非常重要的途徑。在高中物理教學(xué)中，科學(xué)探究能力是組成學(xué)生物理核心素養(yǎng)很重要的一部分。教師在進(jìn)行物理教學(xué)中，應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)有教育資源充分培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和思維水平。本文結(jié)合2010年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者的經(jīng)歷，分析在我國現(xiàn)行教育制度下，高中物理教學(xué)中存在的缺乏對學(xué)生實驗探究能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀，以在中學(xué)開展物理低成本實驗為例，提出改進(jìn)建議及低成本實驗實施中的注意點，為學(xué)生能夠進(jìn)行物理核心素養(yǎng)的多元評價提供可能的方案。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究;高中物理;低成本實驗;創(chuàng)新意識

一、引言

創(chuàng)新是一個民族的靈魂，然而我國教育長久陷入難以培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才的困境，尋根究底是因為傳統(tǒng)的教育模式常常只注重對學(xué)生知識性能力的培養(yǎng)，在引導(dǎo)學(xué)生實踐探究層面稍顯缺乏。創(chuàng)新不僅僅需要知識性經(jīng)驗的基礎(chǔ)，且更需要科學(xué)探究能力，因此對中學(xué)生的科學(xué)探究意識和能力的培養(yǎng)不可輕視。

物理學(xué)是注重實踐的學(xué)科，研究物理尤其需要探究能力，而一個國家在物理科研方面的成果能夠展現(xiàn)國民整體的科學(xué)探究素養(yǎng)。在高中物理教學(xué)中注重學(xué)生科學(xué)探究意識的培養(yǎng)為我國孕育創(chuàng)新型人才提供了基礎(chǔ)和保障。

二、“透明膠帶技術(shù)”撕出的諾貝爾獎

石墨烯曾經(jīng)被認(rèn)為是一種不可能存在的二維物質(zhì)，但蓋姆竟然僅僅依靠透明膠帶并經(jīng)過不懈地嘗試得到了只有一層厚度的石墨烯，將不可能變?yōu)榱丝赡?，而他的博士生即使用一臺精密的打磨儀器也只能打薄至10微米。不起眼的透明膠帶為蓋姆贏得了2010年的諾獎。

蓋姆的成功并非偶然。早年俄羅斯艱苦的科研環(huán)境促使蓋姆形成了善于利用常見的甚至廉價的物品進(jìn)行科學(xué)研究的習(xí)慣。他堅信并不是擁有最先進(jìn)的儀器和最杰出的人才才能做出偉大的科學(xué)成果。

物理是“玩”出來的，當(dāng)然這種“玩”不同于小孩子毫無目的的游戲，這是建立在一定猜想假設(shè)和探究模式下的科學(xué)探索。對身邊的事物永遠(yuǎn)保持好奇心，享受工作，在邊玩邊工作的氛圍中，才能體會探索的樂趣。實驗探究為學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展提供基礎(chǔ)，物理的學(xué)習(xí)模式應(yīng)當(dāng)是邊“玩”邊學(xué)，學(xué)生借助形象思維能夠?qū)ο鄬Τ橄蟮奈锢砀拍瞰@得更為深刻的理解。

三、實驗是物理教學(xué)的基礎(chǔ)

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，高中物理教學(xué)在對學(xué)生知識積累的培養(yǎng)下，同時也應(yīng)當(dāng)重視實驗教學(xué)。對學(xué)生實驗設(shè)計和操作能力的培養(yǎng)踐行了課程標(biāo)準(zhǔn)中定義的課程目標(biāo)，在學(xué)生原有知識背景下創(chuàng)設(shè)物理情境，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、思維能力、表達(dá)能力以及合作交往能力，這是指導(dǎo)學(xué)生采用科學(xué)方法進(jìn)行理論聯(lián)系實際的實踐過程。

在高中物理教學(xué)中融入實驗教學(xué)是結(jié)合物理學(xué)科特點的必要舉措，如何制定合理的實驗教學(xué)方案，如何在現(xiàn)有資源條件下最大限度地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的意識是需要教師在實際教學(xué)中予以思考的。

四、我國現(xiàn)行教育制度下高中物理教學(xué)存在的問題

新課程改革具體目標(biāo)其中一大轉(zhuǎn)變是：“改變課程實施過于強(qiáng)調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機(jī)械訓(xùn)練的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、勤于動手。”教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，教學(xué)的最終目的是指導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí)，勇于探究。

《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中對課程性質(zhì)作了明確表述：“高中物理課程旨在落實立德樹人的根本任務(wù)，進(jìn)一步提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)?！逼渲?，科學(xué)探究是物理核心素養(yǎng)的重要組成部分。

目前高中物理教學(xué)普遍存在的一個問題是學(xué)生往往能在基礎(chǔ)知識上打下扎實基礎(chǔ)，但缺乏實踐性的科學(xué)探究意識。教師在課堂上往往只是完成課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，將知識以定論的方式教授給學(xué)生，對于超出課程綱要的部分就不再深究。對于課本上規(guī)定的必做實驗，教師一般采用課堂實驗演示，指導(dǎo)學(xué)生觀察的方法以提高課堂效率，將知識系統(tǒng)性流程化地傳授給學(xué)生，但學(xué)生很少有親自參與的機(jī)會。這種現(xiàn)有教學(xué)模式只是著重訓(xùn)練了學(xué)生實驗探究中的觀察與思考能力，對于實驗設(shè)計，實驗操作等方面的培養(yǎng)顯然還不夠到位。

此外，學(xué)生在這種模式下的學(xué)習(xí)局限于對教材知識點的驗證，很多開放性問題教師在教學(xué)過程中常常一掠而過，對于學(xué)生課后探究的重視程度不夠。高中物理教學(xué)中，對于學(xué)生科學(xué)探究意識和能力的培養(yǎng)是亟待解決的問題。

五、原因分析

針對我國高中物理教學(xué)存在的問題，本文主要從教育模式和國情進(jìn)行分析：

（1）高考對學(xué)生掌握一定量知識的需求

高考是我國選拔人才的重要途徑。高考的選拔性導(dǎo)致其對于考生知識掌握程度和數(shù)量都有一定的要求。為了適應(yīng)高考的知識性要求，教師在高中物理教學(xué)中一般知識傳授與反復(fù)練習(xí)，側(cè)重訓(xùn)練學(xué)生對陳述性知識的理解掌握，而對于實驗設(shè)計、科學(xué)探究方面的培養(yǎng)和訓(xùn)練由于課時有限經(jīng)常不能得到合理的安排。

（2）傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛

目前很多高中物理教師還無法適應(yīng)新課改提出的由充當(dāng)學(xué)生知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者這一發(fā)展要求。學(xué)生的思維活動受傳統(tǒng)教學(xué)模式的制約效果仍舊很明顯，對于科學(xué)探究、團(tuán)隊合作等全新的學(xué)習(xí)方式無法快速接納。教師在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效科學(xué)探究方面的訓(xùn)練依舊薄弱，教師的教與學(xué)生的學(xué)還無法在課程改革這條路上擰成合力。

（3）教育資源的地區(qū)性差異

很多實驗需要配置相應(yīng)的教學(xué)儀器，部分地區(qū)由于教育資金匱乏，學(xué)校不具有購買這類設(shè)備的能力，區(qū)域間資源配置不均衡會導(dǎo)致部分區(qū)域忽視物理學(xué)科的實驗教學(xué)。

六、低成本實驗為物理教學(xué)科學(xué)探究意識的培養(yǎng)提供可能

針對前文提到的傳統(tǒng)教學(xué)模式束縛及資源空間分配不均問題，教師如何巧妙運用身邊常見的物品進(jìn)行低成本實驗，如何妥善引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計低成本實驗，最大程度發(fā)揮他們的創(chuàng)新思維，需要在物理教學(xué)過程中予以重視和實踐。

教師在設(shè)計開發(fā)或指導(dǎo)學(xué)生操作低成本實驗時，可以利用自制器具、自組物件、借用器具或者利用人的親身感受的方法。在進(jìn)行低成本實驗設(shè)計時，需要注意以下幾點：

（1）科學(xué)的實驗原理，明確的實驗?zāi)康?/p>

教師在進(jìn)行低成本實驗前，需面向?qū)W生進(jìn)行實驗原理的講解，使學(xué)生明確物理觀念;同時教師要介紹相應(yīng)的實驗?zāi)康?，使學(xué)生在實驗觀察時具有指向性。在進(jìn)行實驗操作時，教師要與學(xué)生加強(qiáng)互動，不斷地提出問題鍛煉學(xué)生的思維能力，有條件的話可以讓學(xué)生參與實驗。

（2）實驗現(xiàn)象盡可能明顯

低成本實驗所采用的器材一般都是取材于生活，精度普遍較差，如果實驗設(shè)計不當(dāng)完全有可能觀察不到實驗現(xiàn)象。教師在進(jìn)行實驗設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)注意在保證實驗原理的基礎(chǔ)上使得實驗現(xiàn)象便于觀察。例如在進(jìn)行摩擦力演示實驗時，采用傳統(tǒng)的彈簧測力計拉動小木塊讀取示數(shù)的方法學(xué)生難以看清測力計的示數(shù)，如果利用生活中常見的毛刷，同樣在桌上進(jìn)行拉動，學(xué)生便很容易根據(jù)刷毛的形變程度直觀感受到靜摩擦或者滑動摩擦力的大小。

（3）實驗演示操作中盡可能避免引起學(xué)生誤解的舉動

教師在進(jìn)行實驗操作時要對學(xué)生講清楚每一步操作的意義，避免干擾因素影響學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。例如利用密封的瓶子自制氣壓計探究溫度的影響作用時，需要雙手握住瓶體，觀察插入瓶中吸管液柱高度的變化。教師應(yīng)當(dāng)選擇不易發(fā)生形變的瓶子以及避免在握住瓶身時對瓶身進(jìn)行擠壓，使得學(xué)生僅僅關(guān)注體積變化而忽略溫度變化造成的影響。

（4）鼓勵學(xué)生設(shè)計，制定多元評價標(biāo)準(zhǔn)

由于新技術(shù)的發(fā)展，傳感器等較為先進(jìn)的設(shè)備逐漸引入中學(xué)實驗室，大大提高了實驗數(shù)據(jù)的精度，簡化了學(xué)生分析數(shù)據(jù)的步驟，對于學(xué)生能夠準(zhǔn)確形象地建立物理觀念有很大的幫助。但是，借助這些高精度的儀器在一定程度上卻限制了學(xué)生的思維空間，對學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)沒有很大的幫助。學(xué)生設(shè)計低成本實驗?zāi)軌蜷_拓思維能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，同時在進(jìn)行實驗操作、現(xiàn)象觀察時也可以訓(xùn)練科學(xué)探究能力。

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，對學(xué)生科學(xué)探究方面能力的評價應(yīng)當(dāng)是多元化的。鼓勵學(xué)生進(jìn)行低成本實驗為從多方面、多角度評價學(xué)生提供了一種合理的方案。科學(xué)探究分為三個要素：問題要素、證據(jù)要素和解釋要素。學(xué)生結(jié)合具體的問題情境制定實驗方案體現(xiàn)了問題要素的具體行為，考察學(xué)生思維能力和探究能力;小組合作采取拍攝測量等手段記錄實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析體現(xiàn)了證據(jù)要素的具體行為，考察學(xué)生的觀察能力和合作意識;結(jié)合數(shù)據(jù)分析解釋實驗現(xiàn)象體現(xiàn)了解釋要素的具體行為，考察學(xué)生的邏輯推理能力和語言表達(dá)能力。

綜上所述，中學(xué)物理教學(xué)中低成本實驗的開展為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識、創(chuàng)新思維能力以及教師多元評價學(xué)生的物理核心素養(yǎng)提供了合理途徑。

七、結(jié)語

學(xué)生科學(xué)探究意識的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)在高中物理教學(xué)中予以重視。課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出對于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)是多元化多層面的，科學(xué)探究是其中不可或缺的一部分。結(jié)合我國目前的教學(xué)模式和國情，低成本實驗彌補(bǔ)了教育資源地區(qū)性差異的缺陷，同時也將物理課堂延伸到學(xué)生的平時生活，拓寬了學(xué)生的思維水平，真正實現(xiàn)了能夠邊“玩”邊學(xué)的物理趣味性學(xué)習(xí)模式，體現(xiàn)了新課程改革中改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式的核心思想。

參考文獻(xiàn)

[1]閻金鐸，郭玉英.《中學(xué)物理教學(xué)概論》[M].第四版.北京：高等教育出版社，2019.4

[2]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2017

[3]劉文義.《高中物理實驗課創(chuàng)新思維培養(yǎng)策略分析》[J].《中學(xué)物理教學(xué)參考》.第48卷第5期，2019.5

[4]褚慧玲.《基于課程標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)探究評價初探》[J].《物理教學(xué)》.第41卷第6期，2019.6

作者簡介

華沁怡，1999年10月出生，女，漢族，江蘇無錫人，本科在讀，南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院，研究方向：物理教育

陳心豪1999年1月出生，男，漢族，江蘇蘇州人，本科在讀，南京師范大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，研究方向：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)