如何基于高中物理實驗教學提升學生物理素養

鐘 寧 王長才

(甘肅省靜寧縣第一中學 743400)

下面，我將結合自己的實際教學經驗，自“立足實際，以生為本，樹立物理實驗思想”、“激發探討，反思交流，夯實物理實驗基礎”、“畫圖示意、原理探索，強化實驗原理理解”和“關注創新，倡導設計，培養實驗創新能力”等四方面入手，對此加以闡述.

1 立足實際，以生為本，樹立物理實驗思想

高中物理教師應當充分立足學生的物理學習實際，樹立以生為本的教學理念，在循序漸進的教學過程中不斷幫助學生樹立物理實驗思想，以提升學生的物理實驗探究能力.在實驗教學中，物理教師要設計明確的教學內容和目標，有針對性的進行教學內容預設，使學生明確實驗目的和基礎理論知識.例如，高中物理必修一第四章的牛頓第一定律實驗，是理想實驗的重要代表，在物理學史上有著非凡的意義和地位.我為了讓學生重走伽利略的探究之路，體會理想實驗的妙用，提升學生物理科學探究思維，課前為學生著重講解了牛頓第一定律實驗的歷史背景，將培養學生的科學思維能力作為實驗講解的重要目標.伽利略獨特敏銳的實驗探究觀點與亞里士多德所提出的“力是維持物體運動的原因”這一具有統治地位的觀點相互矛盾.但是伽利略大膽想象、大膽創造，設計了著名的理想斜面實驗，進行了合理的邏輯推理，最終得出“物體的運動不需要靠力來維持”的重要結論，為力和運動關系的研究提供了可貴的物理結論.課堂上我帶領學生利用較為光滑的軌道演示了伽利略的實驗探究過程，一起剖析了伽利略獨特的實驗探究方法——實驗事實基礎+科學的邏輯推理的理想實驗思路，總結得出了“若沒有受到力的作用，小球將永遠運動下去”.在本實驗教學中，我著重引領學生體會了伽利略所具備的物理探究精神與物理探究思維，鼓勵學生要向其學習，認真思考，培養物理創新精神與探究能力，以科學的思維，對曾經的物理知識與實驗進行自主性的探索，提高學生的綜合物理素養.

作為一名農村高中物理教師，在教學過程中要想方設法不斷創造實驗條件，開展演示實驗，盡可能讓學生動手操作.我在教授學生物理實驗問題時，先從檢查學生物理實驗狀態開始，感受學生進行物理實驗學習和實踐操作中的變化，及時肯定學生在實驗學習中的進步，給他們鼓勵和指導.學生實驗能力的提高需要長期的堅持和循序漸進的引導，長期以來的堅持促使學生在實驗能力上有了進步，也是老師的欣慰和成就感.

2 激發探討，反思交流，夯實物理實驗基礎

高二學生相繼學習了電壓表、電流表、歐姆表知識后，為了順利開展多用電表的教學，我組織了“能不能將這些電表的功能集合在同一個表內，實現一表多用”的探討？學生們觀點不一，有同學認為歐姆表需要電源，不能和其他表組合在一起，也有同學認為歐姆表和其它電表可以共用一個表盤，通過改變內部結構來實現多種功能.基于此，首先我將學生分成小組，研究各種電表的工作原理和內部電路結構；其次，開展小組自主設計，考慮如何用最合理的方式將這些不同的表組合在一起，形成最合理的電路實現一表多用.最后，各小組通過多媒體展示設計方案，所有學生做評委，參與討論，篩選出最合理實用、最具可行性的設計方案.通過這種小組設計展示活動，學生查閱了不少資料，充分調動了學生的能動性，發揮了學習的積極性，使學生在討論設計的過程中深刻領會了電壓表、電流表和歐姆表的改裝和原理，起到了事半功倍的效果.最后組織學生進行了多用電表的校準和操作訓練，幫助學生熟練掌握了多用電表的使用.

這種發揮學生能動性的探討、設計、交流學習，大大提高了學生學習的參與度，激發了學生探索某種裝置儀器內部結構的熱情，為學生開展物理探究實驗搭建了很好的平臺，加深了物理理論知識的掌握程度，發揮了學生的科學探究精神.

3 畫圖示意，原理探索，強化實驗原理理解

高中物理教師在教學過程中可以通過畫圖示意、教具模型展示等方式來幫助學生對實驗本質的認識，深化學生對實驗內容的理解.

打點計時器的使用是高中物理的第一個學生實驗，雖然實驗簡單，但是如何深入有效開展高中物理實驗教學，學生如何進入實驗的深度學習，本節課的教學具有非常重要的意義.為了深化學生對打點計時器的使用、開好這個實驗教學的頭，課前我做了充分的準備，做了如下設計：首先我給每個學習小組發放了打點計時器實物，讓學生仔細觀察打點計時器的構造，先做了必要的了解和準備；接下來我通過系列問題設計引導學生理解打點計時器的原理：

問題1 線圈通電后會有什么變化？

問題2 推測振針受到了什么樣的作用力，發生上下振動的？

問題3 線圈中通過的電流有什么特點？電源應該使用交流電還是直流電？

問題4 振針振動的周期和電流變化的周期有什么關系？

問題5 振針振動如何將點打在紙帶上？復寫紙應該放在紙帶的上面還是下面？復寫紙的油面應該朝上還是朝下？

雖然高一學生還沒有系統學習通電線圈在磁場中受的安培力，但是他們根據初中學過的電磁繼電器知識和右手螺旋定則，能對通電線圈在磁場中的受力做出合理的推測，大大激發了學生研究打點計時器構造的欲望，深入仔細的觀察了打點計時器的結構，掌握了工作原理.例如：打點計時器打不上點的原因如果是振針挨不到紙帶，我們就得調整振針的高度；如果是打點力量太小在紙帶上留不下痕跡，我們就得增大電源電壓；如果是復寫紙太舊，我們就得更換新的復寫紙，還得注意觀察復寫紙有沒有放反……同學們對排查故障，解決問題表現出了極大的熱情，個個積極參與，深入研究，通過這個故障排查的過程更深入的理解了打點計時器的工作原理和過程，透徹的分析強化了他們對打點計時器的認識，給高中物理實驗開了好頭，為后續物體速度加速度的測定實驗打下了堅實的基礎，同時滲透了從分析問題到解決問題的科學思路.

4 關注創新，倡導設計，提升實驗綜合能力

物理實驗創新設計最能體現一個學生的綜合能力和實驗素質，考題難度高，試題偏向于實驗的設計性和探究性，體現出遷移性、創新性，突出開放性，考查創新能力，更加注重學生科學探究精神和創新能力的考查，滲透著學科育人價值.試題設計注重區分扎扎實實做實驗的學生和通過刷題背實驗的學生.

在驗證動量守恒定律的實驗教學中，我首先幫助學生分析并把握實驗目的.即：驗證物體系統內相互作用的過程中系統的總動量保持不變.然后我將設計方案的過程以下面這些問題的形式做了展開：

問題1：動量守恒定律研究的對象是什么？

問題2：動量守恒的條件是什么？

問題3：以我們的學習經驗，哪些相互作用的過程中動量是守恒的？

學生們根據以上給出的問題導引開始設計或者選擇實驗方案并分享自己的設計.同學們設計的具有代表性的實驗方案主要有以下幾種：

方案一：如圖1甲所示，利用氣墊導軌和光電計時器研究滑塊A和滑塊B碰撞過程中的動量守恒；

圖1

方案二：如圖1乙所示，利用滑板和打點計時器研究滑塊A和滑塊B發生完全非彈性碰撞過程中的動量守恒；

方案三：如圖1丙所示，利用兩個小球擺動中的碰撞研究碰撞過程中的動量守恒；

方案四：如圖1丁所示，利用小球從斜面上下滑獲得初速度，與槽口的小球發生碰撞，利用平拋運動測量小球碰前碰后的速度，進而驗證動量守恒；

學生通過這樣的設計過程，看到了各種不同的實驗方案，發散了思維，拓寬了思路，掌握了驗證性實驗的一般設計思想，提升了實驗創新能力，當他面對高考創新類實驗時就不至于亂了手腳，不至于無從下手.仔細研究我們不難發現，不論實驗題怎么變化，實驗教學中讓學生明確實驗目的、理解實驗原理、掌握實驗方法、會正確使用儀器、控制實驗條件、能記錄并處理數據、得出實驗結論的基本思路一成不變，只要教學過程中教師多關注學習過程，以培養學習能力為目標開展實驗教學，避免以應試為目的的背實驗、刷實驗題的粗劣做法，我們就可以做到以不變應萬變.

綜上所述，高中物理實驗教學是高中物理教學不可分割的一部分，是認識物理規律、深化物理概念、提升物理核心素養的重要部分，應當引起高中物理教師的高度重視.實驗教學又是物理教學的難點，教師應當從起點上立足教學實際，樹立物理實驗思想，創造實驗條件，優化實驗教學模式，通過做好實驗教學提升其物理素養，實現學科育人價值.