如何基于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生物理素養(yǎng)

鐘寧　王長才

摘要：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理教學(xué)不可分割的一部分，是認(rèn)識物理規(guī)律、深化物理概念、提升物理核心素養(yǎng)的重要部分，應(yīng)當(dāng)引起高中物理教師的高度重視.實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是物理教學(xué)的難點(diǎn)，需要教師優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路，轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，基于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生物理素養(yǎng).本文我以實(shí)際教學(xué)內(nèi)容為例，對于如何基于高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升學(xué)生物理素養(yǎng)問題進(jìn)行研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路的優(yōu)化探索，望能引起讀者深思.

關(guān)鍵詞：高中物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);物理素養(yǎng);策略探究

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2022）15-0101-03

收稿日期：2022-02-25

作者簡介：鐘寧（1984-），男，甘肅省靜寧人，本科，中學(xué)高級教師，從事高中物理教學(xué)研究.

王長才（1984-），男，甘肅省靜寧人，本科，中學(xué)高級教師，從事高中物理教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：本文系甘肅省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)課題，課題名稱：農(nóng)村地區(qū)普通高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)多樣化特色化發(fā)展模式研究——以靜寧縣為例，課題立項(xiàng)號：GS [2021] GHBZ088.

下面，我將結(jié)合自己的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，自“立足實(shí)際，以生為本，樹立物理實(shí)驗(yàn)思想”、“激發(fā)探討，反思交流，夯實(shí)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)”、“畫圖示意、原理探索，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)原理理解”和“關(guān)注創(chuàng)新，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力”等四方面入手，對此加以闡述.

1 立足實(shí)際，以生為本，樹立物理實(shí)驗(yàn)思想

高中物理教師應(yīng)當(dāng)充分立足學(xué)生的物理學(xué)習(xí)實(shí)際，樹立以生為本的教學(xué)理念，在循序漸進(jìn)的教學(xué)過程中不斷幫助學(xué)生樹立物理實(shí)驗(yàn)思想，以提升學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)探究能力.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，物理教師要設(shè)計(jì)明確的教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，有針對性的進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容預(yù)設(shè)，使學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮突A(chǔ)理論知識.例如，高中物理必修一第四章的牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)，是理想實(shí)驗(yàn)的重要代表，在物理學(xué)史上有著非凡的意義和地位.我為了讓學(xué)生重走伽利略的探究之路，體會理想實(shí)驗(yàn)的妙用，提升學(xué)生物理科學(xué)探究思維，課前為學(xué)生著重講解了牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)的歷史背景，將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力作為實(shí)驗(yàn)講解的重要目標(biāo).伽利略獨(dú)特敏銳的實(shí)驗(yàn)探究觀點(diǎn)與亞里士多德所提出的“力是維持物體運(yùn)動的原因”這一具有統(tǒng)治地位的觀點(diǎn)相互矛盾.但是伽利略大膽想象、大膽創(chuàng)造，設(shè)計(jì)了著名的理想斜面實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了合理的邏輯推理，最終得出“物體的運(yùn)動不需要靠力來維持”的重要結(jié)論，為力和運(yùn)動關(guān)系的研究提供了可貴的物理結(jié)論.課堂上我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生利用較為光滑的軌道演示了伽利略的實(shí)驗(yàn)探究過程，一起剖析了伽利略獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)探究方法——實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)+科學(xué)的邏輯推理的理想實(shí)驗(yàn)思路，總結(jié)得出了“若沒有受到力的作用，小球?qū)⒂肋h(yuǎn)運(yùn)動下去”.在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我著重引領(lǐng)學(xué)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(xué)生要向其學(xué)習(xí)，認(rèn)真思考，培養(yǎng)物理創(chuàng)新精神與探究能力，以科學(xué)的思維，對曾經(jīng)的物理知識與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主性的探索，提高學(xué)生的綜合物理素養(yǎng).

作為一名農(nóng)村高中物理教師，在教學(xué)過程中要想方設(shè)法不斷創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，開展演示實(shí)驗(yàn)，盡可能讓學(xué)生動手操作.我在教授學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)問題時，先從檢查學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)狀態(tài)開始，感受學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和實(shí)踐操作中的變化，及時肯定學(xué)生在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中的進(jìn)步，給他們鼓勵和指導(dǎo).學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣咝枰L期的堅(jiān)持和循序漸進(jìn)的引導(dǎo)，長期以來的堅(jiān)持促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ι嫌辛诉M(jìn)步，也是老師的欣慰和成就感.

2 激發(fā)探討，反思交流，夯實(shí)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

高二學(xué)生相繼學(xué)習(xí)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(xué)，我組織了“能不能將這些電表的功能集合在同一個表內(nèi)，實(shí)現(xiàn)一表多用”的探討？學(xué)生們觀點(diǎn)不一，有同學(xué)認(rèn)為歐姆表需要電源，不能和其他表組合在一起，也有同學(xué)認(rèn)為歐姆表和其它電表可以共用一個表盤，通過改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)多種功能.基于此，首先我將學(xué)生分成小組，研究各種電表的工作原理和內(nèi)部電路結(jié)構(gòu);其次，開展小組自主設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)一表多用.最后，各小組通過多媒體展示設(shè)計(jì)方案，所有學(xué)生做評委，參與討論，篩選出最合理實(shí)用、最具可行性的設(shè)計(jì)方案.通過這種小組設(shè)計(jì)展示活動，學(xué)生查閱了不少資料，充分調(diào)動了學(xué)生的能動性，發(fā)揮了學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生在討論設(shè)計(jì)的過程中深刻領(lǐng)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(xué)生進(jìn)行了多用電表的校準(zhǔn)和操作訓(xùn)練，幫助學(xué)生熟練掌握了多用電表的使用.

這種發(fā)揮學(xué)生能動性的探討、設(shè)計(jì)、交流學(xué)習(xí)，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度，激發(fā)了學(xué)生探索某種裝置儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的熱情，為學(xué)生開展物理探究實(shí)驗(yàn)搭建了很好的平臺，加深了物理理論知識的掌握程度，發(fā)揮了學(xué)生的科學(xué)探究精神.

3 畫圖示意，原理探索，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)原理理解

高中物理教師在教學(xué)過程中可以通過畫圖示意、教具模型展示等方式來幫助學(xué)生對實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的認(rèn)識，深化學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解.

打點(diǎn)計(jì)時器的使用是高中物理的第一個學(xué)生實(shí)驗(yàn)，雖然實(shí)驗(yàn)簡單，但是如何深入有效開展高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生如何進(jìn)入實(shí)驗(yàn)的深度學(xué)習(xí)，本節(jié)課的教學(xué)具有非常重要的意義.為了深化學(xué)生對打點(diǎn)計(jì)時器的使用、開好這個實(shí)驗(yàn)教學(xué)的頭，課前我做了充分的準(zhǔn)備，做了如下設(shè)計(jì)：首先我給每個學(xué)習(xí)小組發(fā)放了打點(diǎn)計(jì)時器實(shí)物，讓學(xué)生仔細(xì)觀察打點(diǎn)計(jì)時器的構(gòu)造，先做了必要的了解和準(zhǔn)備;接下來我通過系列問題設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生理解打點(diǎn)計(jì)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(fā)生上下振動的？

問題3線圈中通過的電流有什么特點(diǎn)？電源應(yīng)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(guān)系？

問題5振針振動如何將點(diǎn)打在紙帶上？復(fù)寫紙應(yīng)該放在紙帶的上面還是下面？復(fù)寫紙的油面應(yīng)該朝上還是朝下？1CB46F43-F5C7-4946-8305-D559D5BA169D

雖然高一學(xué)生還沒有系統(tǒng)學(xué)習(xí)通電線圈在磁場中受的安培力，但是他們根據(jù)初中學(xué)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(fā)了學(xué)生研究打點(diǎn)計(jì)時器構(gòu)造的欲望，深入仔細(xì)的觀察了打點(diǎn)計(jì)時器的結(jié)構(gòu)，掌握了工作原理.例如：打點(diǎn)計(jì)時器打不上點(diǎn)的原因如果是振針挨不到紙帶，我們就得調(diào)整振針的高度;如果是打點(diǎn)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(fù)寫紙?zhí)f，我們就得更換新的復(fù)寫紙，還得注意觀察復(fù)寫紙有沒有放反……同學(xué)們對排查故障，解決問題表現(xiàn)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(diǎn)計(jì)時器的工作原理和過程，透徹的分析強(qiáng)化了他們對打點(diǎn)計(jì)時器的認(rèn)識，給高中物理實(shí)驗(yàn)開了好頭，為后續(xù)物體速度加速度的測定實(shí)驗(yàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時滲透了從分析問題到解決問題的科學(xué)思路.

4 關(guān)注創(chuàng)新，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)，提升實(shí)驗(yàn)綜合能力

物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)最能體現(xiàn)一個學(xué)生的綜合能力和實(shí)驗(yàn)素質(zhì)，考題難度高，試題偏向于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)性和探究性，體現(xiàn)出遷移性、創(chuàng)新性，突出開放性，考查創(chuàng)新能力，更加注重學(xué)生科學(xué)探究精神和創(chuàng)新能力的考查，滲透著學(xué)科育人價值.試題設(shè)計(jì)注重區(qū)分扎扎實(shí)實(shí)做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生和通過刷題背實(shí)驗(yàn)的學(xué)生.

在驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我首先幫助學(xué)生分析并把握實(shí)驗(yàn)?zāi)康?即：驗(yàn)證物體系統(tǒng)內(nèi)相互作用的過程中系統(tǒng)的總動量保持不變.然后我將設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，哪些相互作用的過程中動量是守恒的？

學(xué)生們根據(jù)以上給出的問題導(dǎo)引開始設(shè)計(jì)或者選擇實(shí)驗(yàn)方案并分享自己的設(shè)計(jì).同學(xué)們設(shè)計(jì)的具有代表性的實(shí)驗(yàn)方案主要有以下幾種：

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

方案二：如圖1乙所示，利用滑板和打點(diǎn)計(jì)時器研究滑塊A和滑塊B發(fā)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(fā)生碰撞，利用平拋運(yùn)動測量小球碰前碰后的速度，進(jìn)而驗(yàn)證動量守恒;

學(xué)生通過這樣的設(shè)計(jì)過程，看到了各種不同的實(shí)驗(yàn)方案，發(fā)散了思維，拓寬了思路，掌握了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的一般設(shè)計(jì)思想，提升了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，當(dāng)他面對高考創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)時就不至于亂了手腳，不至于無從下手.仔細(xì)研究我們不難發(fā)現(xiàn)，不論實(shí)驗(yàn)題怎么變化，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒗斫鈱?shí)驗(yàn)原理、掌握實(shí)驗(yàn)方法、會正確使用儀器、控制實(shí)驗(yàn)條件、能記錄并處理數(shù)據(jù)、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基本思路一成不變，只要教學(xué)過程中教師多關(guān)注學(xué)習(xí)過程，以培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，避免以應(yīng)試為目的的背實(shí)驗(yàn)、刷實(shí)驗(yàn)題的粗劣做法，我們就可以做到以不變應(yīng)萬變.

綜上所述，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理教學(xué)不可分割的一部分，是認(rèn)識物理規(guī)律、深化物理概念、提升物理核心素養(yǎng)的重要部分，應(yīng)當(dāng)引起高中物理教師的高度重視.實(shí)驗(yàn)教學(xué)又是物理教學(xué)的難點(diǎn)，教師應(yīng)當(dāng)從起點(diǎn)上立足教學(xué)實(shí)際，樹立物理實(shí)驗(yàn)思想，創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通過做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)提升其物理素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人價值.

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[責(zé)任編輯：李璟]1CB46F43-F5C7-4946-8305-D559D5BA169D