核心素養引領下高中物理實驗教學的現狀與改善

李景明

（福建省漳州實驗中學，福建 漳州）

在高中物理教學中開展實驗活動的意義重大，因為每一種實驗都伴隨著直觀的實驗現象，可豐富學生的感性認識，對于活躍學生的思維、激發學生的學習興趣有積極作用。隨著核心素養目標深入人心，實驗活動的育人效能更加突出，高中物理教師也應積極開展實驗教學指導活動，切實營造探究氛圍。目前，高中物理實驗教學還存在諸多問題，影響了學生物理素養的提升。

一、高中物理實驗教學的現狀與問題反思

（一）以驗證型實驗為主，缺少探究特點

驗證型實驗是指高中生在實驗之前便已經得知實驗結論、可能產生的實驗現象，所展開的一系列動手實踐活動都是為了驗證已有結論。在這種形式下，實驗活動成為驗證現有結論的工具，而高中生因為在實驗前便了解了各類實驗現象所反映的一般規律、出現實驗意外的解決方法。所以整體的思維活躍度不高，而且普遍缺少探究意識，這也就限制了高中生科學探究思維的發展，不利于提升學生的探究水平，而且學生是很難通過這種實驗活動掌握研究物理問題的一般方法的。

（二）以學生的機械模仿為主，并未真正突出學生

現在，高中物理教學存在負擔偏重的現象，很多教師為了保證教學進度，都更為看重理論知識的講授進度，對實驗教學的重視度不夠，要么忽視實驗教學指導，要么便在課堂上示范、演示實驗操作技巧，學生觀察教師的動作，進行機械模仿與操作，按部就班地完成實驗操作任務。然而，此類實驗教學雖然能在一定程度上培養高中生的動手實踐能力，但是會大大限制學生的思考，不僅不利于優化學生的思維品質，還會錯失培養學生創新素養的機會，很難真正為提升學生的素質水平做好準備。

（三）脫離生活實際，影響學生的實驗遷移行為

在很多學生的心中，物理課程是十分抽象的，這也就致使學生存在畏學情緒，不利于培養學生的物理學習興趣。實驗教學中，因為高中物理教師也忽視了生活情境的創設與優化，并未引入生活資源，導致學生忽視了物理實驗所能再現的生活現象，出現知行脫節的問題。學生只是在實驗課上做實驗，很少在現實生活中自主參與實驗探究活動，缺少創新意識，也缺乏遷移欲望。長此以往，高中生只能學習書本上的物理，難以真正在現實生活中遷移實驗所得，這也就會直接影響高中生的學習狀態。

綜上，高中物理實驗教學現狀并不理想，高中生的探究行為、思維狀態或者是實驗創新、遷移行為都存在諸多問題，這不僅降低了實驗教學效益，還將限制高中生物理學科素養的形成與提升。因此，在核心素養引領下，高中物理教師不僅要重視實驗教學，還要基于素養目標不斷調控實驗教學的組織形式及操作程序，使高中生身心愉悅、充滿創造性地參與到實驗探究活動中，真正為學生的長遠發展做準備。

二、核心素養下高中物理實驗教學的改善策略

（一）創設真實的實驗情境，激發學生的探究欲望

皮亞杰指出，建構是在情境中發生的，在探究教學方法時也指出教師要在課堂上還原知識的發生情境、社會應用情境，使高中生能在實驗探究中實現有意義學習。因此，高中物理教師應主動在實驗導入階段創設真實的實驗情境，關聯生活實際，順勢提出實驗任務，使高中生能產生探究欲望，為進行科學探究做準備。

比如，在“科學測量：做直線運動物體的瞬時速度”實驗教學的導入環節，我便利用多媒體資源展現了小車做直線運動、運動員的短跑練習、火車沿著鐵軌運行、兒童滑滑梯等動態視頻，據此創設了實驗情境，組織學生思考視頻中每一種運動的具體狀態。根據已有認知經驗，本班學生能根據各個短視頻的內容說出“直線運動”這一關鍵詞，而我也由此提問：“如何測量這些物體做直線運動的加速度？”據此，學生可進行實驗猜想，比如有的學生表示可以用秒表測量計算，但是這種計算方式存在局限性，即難以動態監測每個時刻物體做直線運動時的瞬時速度。在此基礎上，我就介紹了電火花打點計時器、電磁打點計時器兩類實驗工具，學生觀察這兩類打點計時器的結構特點，探究打點方式及其周期等基本問題，然后便可準備其他實驗道具，使用紙帶上的數據去測量小車做直線運動時的瞬時速度，且能據此畫出速度-時間圖像。

在上述案例中，展現物體做直線運動的短視頻可及時喚起學生對于運動類知識的學習印象，便于學生自行遷移已有認知經驗，這樣有利于活躍學生的思維，再加上實驗問題的設計與引導，就可促使高中生自行探究計算物體做直線運動時瞬時速度的方法，這也就有利于優化學生的實驗探究行為，提升學生的科學探究水平。

（二）開展分組實驗，提高學生的探究能力

客觀來講，自主、合作、探究式教學模式是培養高中生物理學科素養的基本方法，因為當高中生能親歷物理概念的生成、物理實驗的操作與論證過程時，他們就能準確地理解物理知識。因此，在組織實驗教學時，高中物理教師也要設計分組探究實驗活動，將學生平均分到各個小組內，合作完成實驗探究與操作任務，切實提高學生的探究水平。

比如，在“科學探究：彈力”一課教學中，為了切實提升學生的科學探究能力，使其能以主人翁的身份參與到實驗探究活動中，我就設計了這樣幾個實驗任務：

1.能夠了解并解釋彈性、彈性形變、彈性限度、彈力的概念及其應用情況。

2.能夠根據實驗操作去分析彈力產生的條件，并且學會判斷物體間是否存在彈力的方式方法。

3.能使用胡克定律計算彈簧的彈力大小，總結出計算彈力大小的物理公式。

上述幾個實驗探究任務分別包含“物理觀念”“科學探究”“科學思維”三個素養目標任務，如果高中生能通過分組操作完成上述幾個實驗任務，就可切實培養學生的物理學科素養。因此，待學生明曉了實驗探究任務之后，便可在小組內積極討論物體在彈力的作用下發生形變的方式方法，根據實驗觀察與論證去總結彈力產生的條件，并計算彈力大小的公式與方法，自行解釋彈性、彈性形變、彈性限度等關鍵概念。值得一提的是，不少學生在實驗探究中都聯想到生活中各類物體發生形變的真實案例，在組內分享、討論，這有利于促使學生掌握形變的概念以及生活中常見的形變，能順利地通過實驗操作與觀察總結出物理概念。

在這一次的分組實驗教學實踐中，高中生在實驗活動中的認知狀態變得積極自主，絕大多數學生都能通過實驗現象與操作論證總結出彈力產生的條件，而且在判斷物體間存在彈力現象時的準確率高達90%，且能自主利用胡克定律去計算彈簧的彈力大小。這就說明高中生在實驗探究中順利積累了建構經驗，對于提高學生的探究水平、活躍學生的科學思維是有積極作用的，而且能促使學生形成物理觀念。更重要的是，本班學生能在實驗探究中認識到數據的準確性、實驗操作的嚴謹性以及實驗論證的辯證性，自然而然地傳承科學態度，這也能切實提高學生的物理素養水平。

（三）開展豐富的提問活動，活躍學生的思維狀態

提問是課堂教學技巧的關鍵，在高中物理實驗教學中巧用提問也有利于不斷提高學生的思維水平，使學生的思維更加發散、開放，而且合理的問題串也能不斷深化學生的思考，是非常有利于完善學生思維品質的。因此，高中物理教師應在實驗指導中組織豐富的提問活動，以提問引導學生總結實驗現象、探究實驗規律，從而真正為學生的可持續學習做準備。

首先，重視教師提問，由教師根據學情預設實驗問題，在學生陷入實驗探究瓶頸、思考過于膚淺、缺少探究方向時進行提問，引領學生探究實驗規律。比如，在“科學探究：向心力”一課教學中，本班學生以分組實驗的方式共同探究與向心力有關的相關知識，觀察物體做向心力的動態現象，而我也會根據實驗探究進度適當提出問題。比如，在實驗開始階段，我先是準備了一個裝著水的瓶子，用繩子拉住這個瓶子，使其在豎直面內進行轉動，并提出問題：“水是否會從瓶子中漏出來？”隨著實驗的示范與操作，我又引入了關鍵性問題：“物體做圓運動的原因是什么？受到幾個力的作用？這幾個力的合力是朝著什么方向的？”這一組問題有利于促使學生在實驗觀察中分析向心力的本質及其來源，使學生能帶著問題觀察實驗現象、總結實驗規律。在此基礎上，本班學生還可通過實驗探究去分析影響向心力大小的具體因素。

其次，關注學生提問，鼓勵學生根據實驗操作體驗提出個人猜想。培養學生的自主提問能力是使其展開創造性學習活動的重要方式，也是培養學生物理素養的有效策略。因此，高中物理教師應支持學生自主設問，且要根據學生的合理猜想去調整實驗操作流程。但是，并不是每一輪實驗活動都包含學生提問，因為這一行為往往發生在高中生陷入認知懸念、發現個人猜想與實驗現象不相符等情形下，所以如果學生主動提問，教師便要立即指導，以免挫傷學生的學習積極性。

（四）創新實驗設計，優化學生的創造行為

實驗具有非常重要的育人功能，有利于培養高中生的創新素養，一方面是因為在實驗探究中學生能經歷從未知到已知的創造性學習過程。另一方面則是因為物理實驗本身具有多變性、創造性，高中生可以自行利用生活資源去代替專業的物理實驗設備，或者是利用人工智能技術去優化物理實驗操作方法，以便真正為學生的素質提升做準備。因此，高中物理教師要創新實驗教學設計，支持學生創造性地操作與探究，使其在實驗活動中順利生成創新意識。

比如，在“向心力”實驗探究活動中，在分析向心力的概念、大小、合力的方向等關鍵問題時，我便利用生活中隨處可見的瓶子、繩子組織了實驗教學活動，學生也可自行選擇小球、木塊等物品去觀察物體做圓周運動的具體過程。在這種狀態下，學生就能明白任何物品都有可能在外力作用下做圓周運動，這也有利于培養學生的創新意識，使學生能主動利用已有認知經驗去探索向心力的概念、向心加速度的概念、影響向心力大小的具體因素及其表達式等。在每一輪實驗探究活動中，我都鼓勵學生利用生活中的廢舊物資去創新實驗設備與素材，使其能將廢舊物資變成可循環利用的實驗設備，這也就為提升學生的素質水平做了準備。

（五）設計延伸的課外實驗，提高學生的遷移能力

上文指出，高中生往往只在課堂上學物理，在課外、生活中的遷移經驗不多，限制了高中生科學探究能力的提升。對此，高中物理教師可設計延伸類的課外實驗活動，支持學生在現實生活中利用物理實驗探究解決現實問題的方法，切實豐富學生的遷移經驗，為提高學生的科學探究能力做好準備。

比如，在“彈力”課堂實驗結束后，由于本班學生都能自主回想生活中物體受到彈力作用發生形變的真實經歷，所以為了進一步提高學生的科學探究水平，我就設計了一個課外延伸實驗活動，即讓學生自行測量能發生彈性形變的物體的彈力大小，且要據此設計優化彈力形變現象的改良計劃，對比各類材料的彈性限度，根據彈力發生的條件去優化生活實物的功能。在這一課外延伸實驗活動中，高中生能進一步利用胡克定律去計算彈力的大小，這也有利于激發出學生的學習欲望。

總而言之，高中物理教師應在課堂上重視真實情境的創設與優化，設計以生為本的實驗探究活動，結合課堂提問啟發、創造性學習活動提高學生的實驗探究能力，也要在課外延伸實驗活動中提升學生的知識遷移能力，真正為學生的可持續發展做好充足準備。