優化高中物理實驗教學的對策和流程析解

陳金芳

摘 要：作為物理學科探索自然規律的有效途徑，實驗教學也成為新課標下高中物理教學工作的重要組成部分，在學生學科素養培養中發揮著重要作用。本文基于高中物理實驗教學對策研究，在簡單闡述高中物理實驗教學在學生興趣激發、想象力及邏輯推理能力發展、物理實驗問題解答能力提升的基礎上，針對現階段高中物理實驗教學中出現的教師認知不正確、過分關注理論知識傳授、學生學業負擔較重的問題，提出了推進教師實驗教學觀念的轉變、引導學生使用科學方式進行物理規律探索、創建與實驗教學相關的教學情境的教學策略，并以“牛頓第二定律”的教學作為研究對象，明晰了高中物理實驗教學的整個流程。

關鍵詞：科學素養;高中物理實驗教學;問題;流程

物理作為一種來源于生活的實踐、應用型學科，缺乏實驗教學的高中物理教學使得學生對基礎知識的掌握僅限于記憶和背誦，無法在實際問題解答中靈活遷移應用。與傳統的理論知識灌輸相比，實驗教學的開展能夠將抽象化的物理知識以直觀的形式呈現出來，幫助學生深刻認識物理現象和規律，掌握并應用基礎知識。本文通過研究高中物理實驗教學的有效對策，為今后高中階段物理實驗教學工作優化提供借鑒和參考。

一、高中物理實驗教學的價值分析

（一）學生學習興趣的有效激發

高中階段的物理學科，在內容抽象性方面有了更進一步的提升，因為高中階段學生的抽象思維能力發展尚未完全成熟，如果教師繼續使用灌輸理論知識的教學方式，往往會令學生對基礎理論知識的理解停留在表面，讓這種情況長期存在而不做改變，必然會影響學生對物理知識學習探究的興趣。新課標下的高中物理教材所安排的物理實驗都是在學生已具備對應領域基礎知識的前提下，以常見現象作為切入點，在引發其知識沖突的同時，引導學生主動積極參與到實驗教學中[1]。相較于傳統的理論知識灌輸，實驗教學能夠通過學生的親自操作，在發現、解決問題的過程中得出對應的物理知識或者物理規律，可以有效激發學生對物理學科學習的興趣。

（二）學生的想象力和邏輯推理能力得到發展

因為高中階段的學生面臨著較大的升學壓力，教師通常只關注學生學習物理知識之后是否掌握了基礎知識，要求學生可以在考試中進行基礎知識的遷移和應用，尚未關注學生是否能夠通過物理知識的學習提高其學科素養及思維能力水平。在我國新課改工作持續深化的背景下，高中物理教師已經認識到實驗教學在學生綜合能力發展方面的重要價值，實驗教學中教師綜合應用演示實驗法、小組實驗等多種方式，能夠幫助學生在集體參與實踐的過程中掌握基礎知識。學生在參與物理實驗的過程中，可以結合自己發現的各種問題，向教師及時尋求幫助，解決存在的各種問題，幫助學生提高邏輯推理能力。在實驗中看不見摸不到的各種物理現象，也能夠幫助學生在親自操作的過程中形成想象，這對于學生的想象力和邏輯思維能力發展有著十分重要的作用。

（三）學生通過物理實驗，問題解答能力有所提升

在新課標持續深化的背景下，物理高考的內容也發生了一定程度的變革，整體試題偏向于綜合考核，不僅關注學生對基礎知識的掌握，同時對學生的理解、推理、問題解決能力也進行重點考查[2]。教師不僅需要使用各種全新的現代化手段，在突出學生學習主體地位的同時強化其基礎知識的掌握，更加需要通過實驗教學，確保學生能夠憑借實踐來提高實驗題目的解答能力。曾經在高考題目中出現過使用銅片、鋅片和果汁制作電池進行電動勢和內阻測量的實驗題目，這一題目本身難度相對較低，主要是對歐姆定律、限流時間法和圖像觀察能力進行考核。但因為學生尚未接觸過這種全新的實驗，很容易在解答過程中出現丟分現象。教師在實驗教學的過程中可以結合生活中最為常見的各種材料，經常開展各種趣味性的生活實驗，做到在激發學生探究熱情的同時，幫助學生有效應對綜合性的物理試題。

二、當下高中物理實驗教學中存在的問題

（一）教師缺乏對實驗教學的正確認知

之所以在高中物理實驗教學中學生的學科素養提升不夠明顯，并非教師尚未針對實驗教學進行科學的規劃，而是因為教師在思想層面未形成對實驗教學的正確認知。高中物理教師認為實驗教學就是由自己提前準備相應實驗用具，要求學生按照書本上的各項要求逐步進行操作并獲得相應的實驗結論。但實際上，這種實驗教學管理與現代化素質教育是相悖的，不利于培養學生的學科素養，只能夠讓學生對實驗教學形成一種重復性的刻板印象，久而久之，學生并不會主動積極地參與到實驗教學中。

（二）過分關注理論知識的傳授

作為一門兼顧理論、實踐操作的應用型學科，高中物理教學要求教師必須要有機地結合理論知識和實驗操作，確保學生掌握基礎知識的同時為其留出足夠的用于實踐探究的機會。但在傳統的教學模式下，教師更加關注理論知識的傳授，忽視實驗教學在學生學科素養發展方面的重要價值[3]。即便是在理論教學環節，學生也只是以一種被動的狀態跟隨教師的思路進行知識學習，并回答相應的問題，這導致學生認為物理知識的學習是一種枯燥刻板的事情，對于學生綜合能力和學科素養的培養有著嚴重的負面影響，直接影響到高中生的全面發展。

（三）學生面對較重的學業負擔

高中階段的學生所面臨的學科知識難度進一步提升，因為來自高考升學方面的壓力，使得學生的學業負擔進一步加重。而高中階段的物理知識帶有明顯的抽象性，要求較為嚴謹，學生必須投入更多的時間和精力才能夠真正掌握相應的知識。實際上，教師和學生因為缺乏足夠的時間深刻地探討知識，導致學生在物理知識的學習方面始終未能達到預期的效果，學科素養也未能有效提高。這種較重的學業負擔也使得學生過分將精力集中在理論知識的學習上，缺乏用于實驗探究的精力和時間，影響了學生學科素養和綜合能力的發展。

三、高中物理實驗教學問題的解決對策

（一）教師加強對實驗教學的觀念轉變

在我國素質教育、新課改深化實施的背景下，高中階段的物理教學本就是兼顧理論知識和實驗教學的應用性學科，需要幫助學生在掌握基礎知識的同時，關注學生實踐能力的培養。高中物理教師需要在思想層面認識到物理學科本質上就是一種以實驗教學為基礎的實踐性學科，認識到實驗教學在學生學科素養以及綜合能力發展方面的重要價值[4]。在理論知識教學的過程中，也可以結合學生已經掌握的基礎知識，通過實驗探究的方法幫助學生產生與原有知識經驗的沖突，使學生更為積極主動地參與到實驗教學中，確保學生能夠通過實驗探究得出物理知識及規律之后，意識到實驗教學在物理知識學習中的作用，提高其學習興趣和學科素養水平。

（二）引導學生使用科學方式進行物理規律的探索

高中階段物理實驗教學按照教材內容按部就班進行實驗的方法，并不符合素質教育背景下物理實驗的具體要求，也完全違背了物理實驗操作的初衷。教師需要在學生具備一定問題探究需求并做好相應準備的基礎上，使用各種科學的方法帶領學生進行物理規律和知識的探索。最為常用的實驗探究和理論推導等方式能夠幫助教師向學生闡述有關物理知識和規律的形成過程，最終建立起新舊知識之間的聯系。通常而言，高中階段的學生在認識物理知識和規律的過程中，可以通過實驗進行物理現象的觀察，最后總結出相應的物理規律[5]。同時，也可以將已知的規律和定律作為出發點進行理論推導，學生主動探求物理規律，并進行實驗驗證。

比如，教師在帶領學生共同學習“牛頓第二定律”這部分知識時，需要讓學生通過親身實驗探究有關加速度、力、質量三者之間的關系，借助變量控制的實驗方法得出a∝F，a∝1/m的結論。教師也可以引導學生通過實驗探討得出有關加速度、力和質量三者之間的具體關系，這也為學生真正理解牛頓第二定律奠定了堅實的基礎。學生在親身探究實驗的過程中，對于物理規律的認識也經歷了一個較為清晰的過程，對于知識的理解也變得越發深刻。又比如，在教師帶領學生進行“平拋運動規律”探究的過程中，教師需要站在學生的角度思考，“為何要進行分解，為何需要沿著水平和豎直方向進行分解”，確保學生能夠在教師的引導下，對這些問題進行深刻思考，深化對物理規律的理解。

（三）建立與實驗教學相關的教學情境

在枯燥的理論知識灌輸教學模式下，學生對高中物理實驗教學的興趣相對較差。教師需要在引領學生進行實驗教學的過程中，逐步引導學生在物理教學情境中發現問題、產生疑問，由此進行初步的實驗探索。教師可以結合學生日常生活中最為常見的各種案例，凸顯其中的問題，或者結合視頻、演示實驗等方式，引導學生發現、提出自己的問題，最大限度激發學生參與物理實驗的興趣和求知欲。教師創設的有關物理實驗教學情境，需要確保學生能夠通過親身體驗獲得有關物理規律探索的感性認識及相關數據，為接下來的思考提供必要支持。

比如，教師可以通過帶領學生進行實驗現象的觀察，導入有關小燈泡伏安特性曲線描繪這一節的具體內容。可以先通過實物投影等方式展示220V、40W的燈泡，讓學生結合已有的知識進行電阻的計算。隨后由教師使用多用電表進行燈泡電阻的測量，并將最終的結果借助投影儀進行展示，學生會對測量值和計算值之間的數據差異之大產生疑問。在學生產生實驗疑問之后，教師便可以要求學生結合已經提供的實驗器材，自主進行電阻的測量，并將燈泡的伏安曲線進行描繪，借此間接反映出燈泡電阻數值的變化，以此自然地進入燈泡伏安特性曲線這一知識的學習。

四、高中物理實驗教學的整體流程分析

（一）實驗操作前的學生教材自主閱讀

有關牛頓第二定律這部分知識的教學難點就是實驗的相關原理。教師可以在實驗開始之前，讓學生進行教材內容的閱讀，找到存在疑問的地方。因為教科書中明確提及要將小車放在木板上之后，需要在其后側進行紙帶的固定，并將其穿過打點計時器。在合理墊高木板一側的情況下，對打點計時器在小車運行過程中產生的阻力以及其他阻力進行補償處理。通過木板傾斜度的調節，確保小車能夠在不受牽引力影響的情況下，借助紙帶的拖動保障小車沿著木板進行勻速運動。學生在自主閱讀、學習這部分知識時，會覺得在不平衡摩擦力的情況下，只要測出對應的摩擦力數值也能夠進行合力的計算，教師需要優先針對學生的這種想法給予肯定，并解釋這種操作的具體好處。

（二）學生自己發掘實驗中的問題

在具體實驗操作過程中，有關長板上小車運動的加速度需要使用打點計時器進行測量。教師可以在開始實驗之前將摩擦力平衡這部分內容故意忽略不提，直接讓學生進行加速度跟作用力之間的定量關系探究，學生可以結合自己的實驗數據得出有關加速度和力的圖像，但并非一條通過原點的直線。因為實驗數據不支持相應最終的結論，會促使學生主動進行思考實驗探究過程中哪個環節出現了問題。教師可以用分組討論的方式，讓得出正確圖像以及錯誤圖像的學生相互對話，讓學生自己發現實驗操作過程中忘記了摩擦力平衡這一環節。

（三）分層次的實驗操作及反思

學生在通過實驗探究有關加速度、作用力和質量之間的定量關系時，學生需要至少打10次紙帶，并進行加速度的計算，這種機械化的重復操作通常會影響學生參與實驗的興趣。教師可以先讓學生單純使用打點計時器進行小車加速度和作用力之間定量關系的研究，教師也需要將加速度和質量之間的定量關系實驗變更為演示實驗，使用光電計時或者是傳感器進行實驗操作，引導學生在觀察實驗現象的過程中主動思考。教師也可以故意使用不滿足小車質量遠遠超過懸掛物質的數據，使得最終形成的圖像曲線向右下側進行彎曲。在實驗演示中出現的問題也能夠引發學生進行二次思考。教材中有關牛頓第二定律方面的實驗教學明確指出在盤以及重物總重量測出之后，這一數據與小車運動過程中所受的拉力近似。學生在自主學習的過程中，對于理解近似這兩個字的具體含義存在一定的困難，通過親手實驗得出的圖像分析能夠幫助學生認識到圖像彎曲的具體原因是因為不滿足小車質量超過懸掛重物質量，最終得出牛頓第二定律，并由教師引領學生進行實驗操作的反思和拓展[6]。

結束語

實驗教學作為高中物理學科不可或缺的重要內容，對于學生學習興趣的激發和邏輯想象思維能力的培養都有著十分重要的作用。教師需要在思想上認識到物理實驗教學的重要價值，并建立有關實驗教學方面的教學情境，引導學生使用科學的方法進行物理知識和規律的探討，確保學生能夠在自主發現并解決問題的過程中得出物理規律，增進對知識點的理解和掌握，持續提高高中物理教學工作的效果和質量。

參考文獻

[1]謝祿橋，張軼炳.對比中、美課程標準“科學本質”內涵及對我國中學物理教學的啟示：以“互感”實驗教學為例[J].物理教學，2021，43（7）：71-75.

[2]謝振忠.基于創新能力培養的高中物理實驗教學模式探索[J].科學咨詢（科技·管理），2020（9）：286.

[3]莊金鳳.如何在高中物理教學中培養學生的科學素養[J].西部素質教育，2019，5（4）：77.

[4]周慶武.如何在實驗教學中培養高中生的物理學科核心素養[J].西部素質教育，2018，4（14）：71.

[5]張濱.淺談物理實驗教學中如何提高學生的科學素養[J].教育現代化，2017，4（24）：125-127.

[6]李瑞常.提高高中物理實驗教學有效性的研究[J].現代交際，2016（19）：190.