核心素養導向下的物理實驗教學探究

摘 要：核心素養是學生應具備的必備品格和關鍵能力，物理是基于實驗的重要基礎學科，實驗教學是開展物理教學的主要方式和形式。本文結合實例探討了核心素養導向下如何通過高中物理演示實驗、設計實驗、分組實驗和課外實驗的教學來有效提升學生的科學思維和科學探究能力。

關鍵詞：核心素養;實驗教學;能力培養

在傳統的物理教學中，受到“應試教育”理念的影響，教師往往不夠重視實驗教學。一些教師認為各種實驗是浪費時間，因此直接忽視它們;一些教師保留了實驗教學，但是基本主導了從理論教學到實驗操作的整個過程，學生只是在已經知道實驗結果的情況下按部就班地進行實驗，并盲目被動地接受結論。實際上，物理實驗對培養學生的觀察、分析、設計、探究、實踐和創新等綜合能力所起到的關鍵作用是其他教學方式無法替代的。教師對實驗的輕視將無法很好地為學生構建科學思維，導致學生的實驗探究能力不能在自主實驗中得到激發和培養。

物理核心素養是指學生在物理學習中形成的正確的價值觀念、基本技能和關鍵能力，主要包括物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態度與責任四個方面，其中“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素，“科學探究”主要包括問題、證據、解釋、交流等要素[1]。對于物理學科而言，依托物理實驗教學，重視對學生的科學素養和探究能力的培養，是培養學生物理核心素養的重要途徑。物理實驗教學應更加重視演示實驗、設計實驗、分組實驗、課外實驗，讓學生理解物理概念、規律的形成過程，構建科學思維，掌握科學探究方法，提升實驗探究能力。

一、重視演示實驗，培養學生的觀察分析能力

演示實驗是物理實驗教學中的首要且重要的一個環節。在演示實驗過程中，教師邊實驗、邊講解，通過實驗現象激發學生對于新知識的興趣，使學生積極地進行自主思考。如果演示實驗能設計得生動有趣，就會對學生有很強的吸引力，并極大地提升學生的學習興趣。

例如，在“力的分解”中講授“利用小力產生大力”的原理時，可以設計“用刀劈木柴”的實驗：事先準備幾塊同樣的木塊，讓學生選用不同的刀具（刀、劍和斧頭等）來劈開它們，接著讓學生上臺動手操作，并在實踐后發現斧頭確實是最好用的，最后引導學生畫出力分解的示意圖并解釋原因。接下來還可以設計一個用橡皮筋掛鉤碼的實驗：將鉤碼掛在一根彈性很好的橡皮筋的中間，然后依次加大橡皮筋兩端的距離（緩慢地由兩端重合到橡皮筋幾乎被拉直），也就是增大兩分力的夾角，讓學生觀察橡皮筋的長度變化。學生能很直觀地看到橡皮筋長度不斷變長的現象，進而理解“合力一定時，大小相等的兩個分力間的夾角越大，分力也越大的特點”。

又如，在講授“波的形成”時，教師先請一位學生上臺緩慢搖動橫波演示器的手柄，并用問題引導其他學生認真觀察現象，如：“波動過程中各個質點是如何運動的？”“各個質點運動同步嗎？”“先運動的質點與后運動的質點的運動形式一樣嗎？它們有聯系嗎？”“波動過程到底傳遞的是什么？”“停止搖動手柄，同學看到的各質點位置連線是什么形狀？不同時刻形成的形狀相同嗎？”等等。學生對波的形成的理解需要過程，所以演示中要舍得花時間，不斷重復操作，這樣將抽象問題具體化，可以提升學生的空間想象力，培養學生的抽象科學思維能力。

在演示實驗的教學過程中，邀請學生參與實驗不但可以調動課堂氣氛，而且可以讓學生體驗實驗過程，積極開動腦筋思考，在分析和解釋實驗現象的過程中達到讓學生理解所學知識以及培養學生科學思維和科學探究意識的目的，從而提升學生的科學素養。

二、增加設計實驗，提升學生的設計推理能力

設計實驗是教師為達到特定教學目的，給定實驗要求和條件，讓學生通過所學知識自行設計方案，然后去完成的實驗。教學實踐證明，這種實驗教學對提升學生的設計能力和推理能力有重要作用，它能夠引導學生使用科學的方法篩選、收集有利信息，并鍛煉學生解決問題的能力。平常教學中教師可以根據實際情況增設一些簡單易行的設計實驗，鼓勵學生結合理論大膽動手設計實驗方案并進行實驗[2]。

比如，在“磁生電的探索”教學中，教師可以用一系列問題引導學生理解實驗目的和原理，如：“利用磁場如何產生感應電流？”“如果導體棒不切割磁感線能否產生感應電流？”“不切割磁感線回路產生感應電流的原因是什么？”“感應電流的產生條件是什么？”等。然后教師讓學生依據實驗目的來設計實驗方案，并選擇合適的實驗儀器進行實驗。最后教師可以請學生根據實驗方案進行演示并分析總結實驗現象和結論。起初學生設計的方案可能是五花八門的，這就要求在設計過程中教師要不斷通過問題進行引導，如;“為什么要這樣設計？”“這樣設計有什么優點？”“如果不這樣設計，還有沒有其他方法？”等，讓學生對實驗方案不斷進行修正，得出最佳方案，最后一起討論并總結得出電磁感應的產生條件。

設計實驗的過程，是讓學生按照實驗要求、結合理論知識、設計實驗方案、選擇實驗器材、對實驗過程中發現的不足及時進行糾正，并分析實驗現象和總結實驗結論的過程。在設計實驗的過程中，教師引導并協助學生逐個解決面對的問題體現了“教師為主導、學生為主體”的教學原則[3]，通過這樣的方式能夠有效訓練和提高學生的收集信息能力、推理分析能力和動手實踐能力，還能夠培養學生的科學證據意識和批判性思維。

三、落實分組實驗，加強學生的協作探究能力

分組實驗中，學生根據實驗目的、步驟，依次安裝或連接實驗裝置，然后進行實驗并對數據進行收集和分析，最后根據實驗原理總結得出實驗結論。傳統物理實驗課堂因教師“一言談”而顯得有些沉悶、枯燥，分組實驗可以打破這種沉悶，促進學生之間的交流，活躍課堂氣氛。

比如在“研究單擺的周期”的教學中，教師先通過演示讓學生猜想其影響因素可能有擺長、振幅、擺球質量、重力加速度等等，接著讓學生利用控制變量法分組探究影響單擺周期的各種因素，探討實驗方案。在進一步研究“周期與重力加速度g的關系”時，教師可引導學生討論并嘗試用磁鐵模擬地磁場進行研究。實驗結束后，教師還可讓學生在組內對實驗過程、實驗現象及實驗誤差進行分析討論，提出針對實驗的改進措施和具體建議，并進行小組間的相互交流、經驗分享，實現各組之間的優勢互補。

在分組實驗過程中，學生之間分工合作、各抒己見，這有助于營造良好的學習氛圍，增強集體意識。同時，組內成員還可以在交流過程中積極思考、相互學習，從而更加熟練地掌握理論知識和所需技能。分組實驗能培養學生的協作能力、總結能力和思維能力，還能通過組內外的互助和督促使學生養成實事求是、認真嚴謹的態度。

四、創設課外實驗，增強學生實踐創新能力

課外實驗是對物理課堂教學的有效的補充和擴展。物理課后，學生有時會有種“意猶未盡”的感覺，課外實驗則可繼續滿足學生的好奇心，進一步提升學生對物理的學習興趣和獨立思考的能力。

比如，在學習了“力的平行四邊形定則”之后，教師可以讓學生回家用硬紙板或木板條等材料自制一個平行四邊形模型，去探究“合力的大小和方向隨原來兩個分力夾角的變化將如何改變？”“兩個共點力的合力的取值范圍如何？”“夾角取特殊值時，合力如何計算？”等;第二次上課時，教師可以讓學生上臺展示自制的模型并利用它匯報探究成果，在匯報過程中，教師還可以與學生交流，對不同的模型進行比較和評價。這樣學生通過自制模型、上臺展示和比較分析，將能更加熟練地應用平行四邊形定則思考和解釋日常生活中的實際問題。

又如，在學校科藝節活動中，高中物理組可以組織一個名為“摔不破的雞蛋”的有趣活動。活動前先公布活動內容和比賽規則：提供生雞蛋一枚，各組自制道具，讓生雞蛋從不同高度下落而不破，高度最高者獲勝。活動評出一、二、三等獎，并發放獲獎證書和獎品。教師組織各班同學推選代表組隊報名并發放生雞蛋，讓學生回家研究方案，制作作品。科藝節時各組學生帶著自制的五花八門的作品前來參賽。隨著發令老師的口號，各式各樣的“雞蛋”作品紛紛從二層樓落下，然后再從三層、四層、五層……依次釋放，比賽中參賽者個個斗志昂揚，各班的拉拉隊和觀眾們也興致勃勃，人群中不時爆發出一陣陣歡呼聲，場面非常壯觀。通過這樣的開放的活動，同學們能親眼看到平常非常容易摔破的雞蛋在各種巧妙的包裝下變得“堅不可摧”。在發表作品介紹時，同學將嘗試用物理動量定理等知識解釋原因。這個活動是物理課堂教學的延伸，它讓學生從動手操作的實踐中獲得物理知識，從思想深處感知、理解物理知識，進而激發學生對物理學習的興趣，啟發學生的科學思維，提升學生的物理學科素養。

物理課外實驗不受到課時時間和教室空間的限制。教師通過合理地布置課外物理實驗，可以讓學生更加善于發現并利用身邊的資源，并在安全的前提下設計實驗、自制教具、觀察現象。這一過程趣味性強、操作簡便，貼近生活實際，能使學生動手實踐能力得到提升，并對抽象的物理規律有更加深入的理解，有利于培養學生的科學興趣和科學探究意識，真正實現“從生活走向物理”的課程理念[4]。同時，課外實驗也是對課本知識的拓展，將課本理論知識付諸課外實踐，也能讓學生明白“知識源于課本，但高于課本”的道理。

在核心素養導向下，物理教學不再是單純地傳授課本知識，而是應該更加注重培養學生的物理學科素養。本文結合具體例子分析了各類物理實驗的教學并提出了相應的教學策略。在物理實驗教學中，教師需要不斷提升自己對于核心素養的理解，并做到：注重演示實驗，增加設計實驗，落實分組實驗，創設課外實驗，促進對學生的科學思維和科學探究能力的培養。教師還應進一步引導學生樹立正確的科學態度，勇于承擔社會責任，逐步擁有社會發展所需要的品格和能力。依托實驗教學，積極培養學生的物理核心素養，將有助于提升學生的綜合能力，最終使他們成為國家、社會所需要的有技術、有能力、有素質的人才。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部著.普通高中物理課程標準2017年版[M].北京：人民教育出版社.2018.

[2]楊雪梅.高中物理實驗教學中學生動手實踐能力培養策略[J].課程教育研究，2016（28）：162-163.

[3]孫國林.“教師為主導、學生為主體”教學原則的理論依據[J].內蒙古教育，2008（18）：18-19.

[4]陳慶朋.“從生活走向物理”的意義闡釋[J].教學與管理，2008（18）：109-110.

作者簡介：余愛珍（1972-），女，福建莆田人，中學一級教師，從事高中物理教學方面的研究。