如何在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

詹易凡

摘 要：傳統(tǒng)的圍繞物理課堂知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)的模式，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)階段高中素質(zhì)教育的要求。新課改強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生的探究能力以及提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)?；谶@個(gè)要求，教師應(yīng)當(dāng)在物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，以學(xué)生為主體，構(gòu)建以學(xué)生為本的課堂教學(xué)氛圍。同時(shí)教師要注意到，物理實(shí)驗(yàn)作為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力以及思維邏輯的重要課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)給予足夠的重視。本文就如何在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，提出一些淺略的見(jiàn)解。

關(guān)鍵詞：高中物理;核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在高中階段，學(xué)生在物理學(xué)科所需要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，具體表現(xiàn)是能夠從物理視角，形成關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)以及互相作用能量等的基本認(rèn)識(shí)，并且能夠?qū)⑽锢砀拍詈臀锢硪?guī)律經(jīng)過(guò)提煉和升華，運(yùn)用到實(shí)際的生活中。而這些核心素養(yǎng)對(duì)于學(xué)生養(yǎng)成物理思維，以及終身物理學(xué)習(xí)的發(fā)展都有積極作用。物理實(shí)驗(yàn)作為聯(lián)系實(shí)際和理論知識(shí)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，理應(yīng)肩負(fù)起培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重任。因此，筆者從以下幾點(diǎn)探討“在實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的具體方法”。

一、深挖實(shí)驗(yàn)變量關(guān)系，幫助學(xué)生建立物理觀念

物理作為一門(mén)復(fù)雜的自然科學(xué)，其中所涵蓋的知識(shí)非常廣泛。物理實(shí)驗(yàn)作為驗(yàn)證物理定律以及提供思想方向的重要手段，基本上實(shí)驗(yàn)中所含變量之間的關(guān)系也是十分復(fù)雜的，這些變量之間的關(guān)系也很難通過(guò)字符進(jìn)行表達(dá)，這十分不利于學(xué)生提煉物理信息以及建立物理觀念。但同時(shí)，物理觀念又是從物理學(xué)視角形成關(guān)于物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和相互作用以及能量的基本認(rèn)知。養(yǎng)成物理觀念對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成具有十分重要的意義。養(yǎng)成物理觀念，能夠幫助學(xué)生對(duì)物理知識(shí)和概念有著更加深刻的理解。并且物理觀念也是能夠讓學(xué)生從物理視角解決自然現(xiàn)象和實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。因此，這就需要教師在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中深挖變量之間的關(guān)系，明確展示給學(xué)生看，讓學(xué)生自主思考，從而建立物理觀念[1]。

例如：在進(jìn)行教學(xué)“探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化的規(guī)律”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，由于本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖悄軌蜃寣W(xué)生練習(xí)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶求小車(chē)的瞬時(shí)速度，以及學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)探究小車(chē)速度隨時(shí)間變化規(guī)律的方法，并且學(xué)會(huì)用v-t圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，教師要先講一下本實(shí)驗(yàn)的基本原理，以及各物理量之間的內(nèi)在聯(lián)系。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們要求的是小車(chē)的速度和時(shí)間之間的關(guān)系，但是由于小車(chē)的速度并不能直接地測(cè)量出來(lái)，因此，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，利用小車(chē)背后的紙帶上面的點(diǎn)的距離，根據(jù)速度定義式去計(jì)算小車(chē)某一時(shí)刻的瞬時(shí)速度，讓學(xué)生理解所計(jì)算出來(lái)的速度是這小段時(shí)間的平均速度。由于時(shí)間非常短暫，近似地等于小車(chē)的瞬時(shí)速度。通過(guò)這種方法讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的原理，幫助學(xué)生養(yǎng)成物理觀念。接著講解實(shí)驗(yàn)的步驟，將一個(gè)長(zhǎng)木板放到水平桌面上，接著接通電路，把帶有重物的細(xì)繩拴在小車(chē)上，打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，緩緩放下小車(chē)。這樣就得到了一條很有點(diǎn)跡的紙帶。重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)幾次，選取點(diǎn)跡清晰的紙帶，用平均速度公式求出若干個(gè)點(diǎn)上的近似速度。最后再將所得出來(lái)的速度和時(shí)間的關(guān)系一一對(duì)應(yīng)的繪制在v-t圖像上，清晰直觀地觀察小車(chē)的速度。通過(guò)這種方式，讓學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)背后數(shù)據(jù)的關(guān)系。養(yǎng)成學(xué)生的物理觀念，便于學(xué)生找到實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源，從而能夠幫助學(xué)生更好地掌握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)探究的核心素養(yǎng)。

二、提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生物理邏輯思維

一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)包括發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的過(guò)程，以及對(duì)問(wèn)題作出合理假設(shè)的過(guò)程，在進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案后，要分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果然后對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象論證，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的評(píng)估與反思。因此，教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，不應(yīng)該只單單進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。要鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，通過(guò)這樣的方法，學(xué)生才能對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，以及中間產(chǎn)生的現(xiàn)象有著更加深刻的印象。并且在對(duì)比物理知識(shí)點(diǎn)時(shí)能夠很好地和自己實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行對(duì)應(yīng)。在學(xué)生親手做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，根據(jù)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟，一步一步地探索物理規(guī)律，選擇能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的物理邏輯思維，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)[2]。

例如：在進(jìn)行教學(xué)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行動(dòng)手操作，由于本次實(shí)驗(yàn)所用的模型也是小車(chē)，探究力質(zhì)量和加速度之間的關(guān)系時(shí)，這需要分別保持“力不變，質(zhì)量在改變，觀察加速度的變化”以及“質(zhì)量不變，力在變，觀察加速度的變化”這兩種方案反映到實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，這是改變小車(chē)的質(zhì)量以及細(xì)繩索懸掛重物的質(zhì)量。具體的實(shí)驗(yàn)步驟可以如下設(shè)計(jì)：讓學(xué)生用天平測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量，用天平測(cè)出木桶以及沙子的總質(zhì)量，然后根據(jù)要求安裝實(shí)驗(yàn)儀器。第二步需要學(xué)生去平衡摩擦力，在小車(chē)的開(kāi)始端，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膲|高。將小車(chē)輕輕放下，如果小車(chē)背后打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打出來(lái)的點(diǎn)是連續(xù)且相同間隔的，那么這說(shuō)明平衡了摩擦力。同時(shí)為學(xué)生講解“為何要平衡摩擦力”，因?yàn)樵谶@個(gè)實(shí)驗(yàn)中，外力只能是由重物提供，而摩擦力會(huì)隨著小車(chē)質(zhì)量的改變發(fā)生改變。也就是說(shuō)，摩擦力并不確定，所以要把它給平衡掉。接著需要掛上沙桶，打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，在紙帶上得到一系列的點(diǎn)，讓學(xué)生通過(guò)這些點(diǎn)，利用逐差法求出小車(chē)的加速度。同時(shí)要保持小車(chē)的質(zhì)量不變，在沙土中加入適量的砝碼，作出加速度和小車(chē)質(zhì)量倒數(shù)之間關(guān)系的圖像，讓學(xué)生觀察圖像是否為一條直線？如果是的話，那么說(shuō)明加速度和質(zhì)量成反比。在得出第一種情況之后，再讓學(xué)生保持“沙桶質(zhì)量不變”，在小車(chē)內(nèi)增加砝碼，測(cè)速加速度重復(fù)得到幾次之后，讓學(xué)生做出加速度和力之間的關(guān)系圖像。如果這些點(diǎn)在一條直線上，則證明了加速度與力成正比。通過(guò)這種方式，讓學(xué)生親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，教師在一旁答疑解惑，如此能夠有效提高學(xué)生的動(dòng)手能力，在完善學(xué)生物理思維的過(guò)程中也同步提升了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

三、注重實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生物理嚴(yán)謹(jǐn)意識(shí)

在高中物理實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中，一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)行成功，很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)中所操作的具體細(xì)節(jié)。在重現(xiàn)書(shū)本上的實(shí)驗(yàn)，或者是進(jìn)行自主探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)重視學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作的細(xì)節(jié)。當(dāng)學(xué)生得出來(lái)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果或者實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不符合物理基本定律，也不符合書(shū)中所給的現(xiàn)象時(shí)，教師要站在學(xué)生的角度，一步步觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中所進(jìn)行的步驟，幫助學(xué)生改正實(shí)驗(yàn)中存在的錯(cuò)誤，最后總結(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤的問(wèn)題，避免下次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)再次出現(xiàn)。通過(guò)這種方式能夠培養(yǎng)學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的嚴(yán)謹(jǐn)意識(shí)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，真正有所收獲，養(yǎng)成物理學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)思維。

例如：在講解“探究平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是平拋運(yùn)動(dòng)，可以看作兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成，一個(gè)是水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)，其速度就等于平拋物體的初速度，另一個(gè)是在豎直方向上的自由落體運(yùn)動(dòng)，它的速度隨高度的增大而增大。由于在探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，很容易出現(xiàn)一些操作上的問(wèn)題，所以教師在讓學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生糾正實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的錯(cuò)誤操作。在實(shí)際操作的過(guò)程中，需要將帶有斜槽的軌道木板固定在實(shí)驗(yàn)桌上，使其末端伸出桌面，并讓末端與水平相切。接著從同一高度釋放小球，在小球經(jīng)過(guò)的點(diǎn)投影上，依次描出點(diǎn)。最后再根據(jù)公式去計(jì)算水平方向速度以及豎直方向上的速度。如果學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，得到的初速度不是水平方向，教師可以觀察學(xué)生是否將調(diào)平裝置完全調(diào)至水平。或者學(xué)生把所得的點(diǎn)代入公式時(shí)，發(fā)現(xiàn)有1到2個(gè)點(diǎn)所得的結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)大相徑庭。教師可以讓學(xué)生考慮舍棄這一兩個(gè)點(diǎn)。最后，在取下白紙前，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生在白紙上記下小球飛離槽口時(shí)球心的位置，這里主要細(xì)節(jié)是，應(yīng)當(dāng)記錄的是在圖板上的水平投影點(diǎn)，而不是斜槽末端的投影。通過(guò)這種方式，能夠讓學(xué)生在細(xì)節(jié)上著重把控本實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中尋找問(wèn)題產(chǎn)生的原因，而教師在一旁進(jìn)行指導(dǎo)和解釋。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的課堂教學(xué)理念。幫助學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢硭季S，從而提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生總結(jié)物理思想

所謂物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)就是指對(duì)物理實(shí)驗(yàn)過(guò)后所產(chǎn)生的物理現(xiàn)象或者物理結(jié)果有著清楚的解釋與思考。因?yàn)樵诮^大多數(shù)物理實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，都遵循著單一變量原則。在每一次將變量改變之后，所對(duì)物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響，都進(jìn)行總結(jié)記錄。最后在全部對(duì)照實(shí)驗(yàn)完成時(shí)，要先寫(xiě)總體評(píng)價(jià)，再去寫(xiě)每一次實(shí)驗(yàn)的收獲與失誤。讓學(xué)生自己去反思哪些方面值得加強(qiáng)與改進(jìn)，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的整理。避免下次實(shí)驗(yàn)再出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過(guò)這種方式，能夠幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)后進(jìn)行系統(tǒng)性總結(jié)，從而能夠讓學(xué)生全面掌握物理知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)物理水平的提高。

例如：在進(jìn)行教學(xué)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，教師要重點(diǎn)向?qū)W生滲透實(shí)驗(yàn)內(nèi)所用到的物理思想。就是通過(guò)計(jì)算物體自由運(yùn)動(dòng)的重力勢(shì)能減少量，再去計(jì)算相應(yīng)過(guò)程中，動(dòng)能的增加量，如果在過(guò)程中，二者的增減量在誤差允許的范圍內(nèi)相等，那就說(shuō)明機(jī)械能守恒。具體的實(shí)驗(yàn)步驟，是將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與電源相接。然后將自帶懸掛砝碼上，用手輕輕提著紙袋，讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并處于靜止?fàn)顟B(tài)，然后打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，讓重物自由落下。最后從幾條打下來(lái)的紙帶中挑選點(diǎn)跡清楚地紙帶進(jìn)行測(cè)量。在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，可以采用起始值和第n個(gè)點(diǎn)，來(lái)進(jìn)行計(jì)算。先去計(jì)算重力勢(shì)能的減少量ΔEp=mghn，接著再去計(jì)算動(dòng)能的增加量ΔEk=mvn2。如果在這個(gè)實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，二者大致相等。這就驗(yàn)證了“機(jī)械能守恒定律”。不過(guò)要明確地告訴學(xué)生，在利用這種方法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的時(shí)候，重力勢(shì)能的減少量與動(dòng)能的增加量不可能完全相等，因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器在打印紙帶的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生摩擦力。當(dāng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)之后，讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)，同時(shí)去思考有沒(méi)有其他的方法能夠更好地完成本實(shí)驗(yàn)？通過(guò)這種方式，能夠讓學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考，善于總結(jié)的好習(xí)慣，從而提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

結(jié)束語(yǔ)

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，其主要的原則就是能夠讓學(xué)生養(yǎng)成物理觀念，用物理的眼光看待事物，深刻的理解物理知識(shí)和物理現(xiàn)象。其次，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，親自感知物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所產(chǎn)生的問(wèn)題，幫助學(xué)生完善物理知識(shí)儲(chǔ)備，完善學(xué)生的物理思維邏輯，讓學(xué)生掌握物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用到的思想。通過(guò)這些方式，不斷提高學(xué)生的物理水平，最終得以在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中逐步培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]李海濱.如何在高中物理教學(xué)中滲透核心素養(yǎng)培養(yǎng)[J].華夏教師，2018：24.

[2]倪佳燕.如何在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透物理核心素養(yǎng)教育[J].名師在線，2019：41-42.

本文系廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃2019年度教育科研課題《核心素養(yǎng)下的物理實(shí)驗(yàn)拓展的研究》（立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào)2019YQJK517）研究成果之一