核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新研究

黃龍平

摘 要：隨著新課改的不斷落地和深入進(jìn)行，高中階段對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)進(jìn)入到一個(gè)全新的階段，也引發(fā)了廣大教育工作者的高度重視。作為物理教學(xué)的重要一環(huán)及關(guān)鍵組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以培養(yǎng)高中生的物理思維，更能夠幫助其直觀、系統(tǒng)和清晰地感知和掌握物理知識(shí)，在培養(yǎng)核心素養(yǎng)的教育目標(biāo)之下，具有不容忽視的意義和價(jià)值。因此，本文以“聚焦核心素養(yǎng)，創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為研究主題，先總結(jié)了目前核心素養(yǎng)導(dǎo)向下物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題與不足，后具體指出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新方向，以期相關(guān)研究內(nèi)容能夠?yàn)閺V大物理教師提供參考、帶來啟示。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)設(shè)計(jì)

在高中物理教學(xué)過程中，教師必須結(jié)合課本當(dāng)中已經(jīng)呈現(xiàn)出的教學(xué)內(nèi)容及知識(shí)點(diǎn)，采取豐富多樣的教學(xué)手段創(chuàng)新教學(xué)過程，讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)充滿興趣，進(jìn)而積極、主動(dòng)地投身到實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中。只有這樣，學(xué)生才能更為深入地學(xué)習(xí)和了解知識(shí)，了解相關(guān)結(jié)論的由來，提高物理學(xué)習(xí)及知識(shí)吸收的質(zhì)量。根據(jù)新課程改革的具體要求，高中物理教學(xué)必須注重對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，教師需要注重對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，確保其能夠積極有效地利用課堂所學(xué)的知識(shí)、教材上的內(nèi)容解決生活中實(shí)際存在的問題。

一、核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題闡釋

高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)主要包括四個(gè)維度的內(nèi)容，分別是物理觀念和應(yīng)用、科學(xué)探究和交流、科學(xué)思維和創(chuàng)新、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[1]。而在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，個(gè)別教師沒有嚴(yán)格從培養(yǎng)核心素養(yǎng)的角度思考問題，導(dǎo)致物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用和價(jià)值沒有得到真正意義上的呈現(xiàn)。

（一）實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身沒有圍繞核心素養(yǎng)展開

隨著新課程改革的不斷深入，廣大教師對學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)工作越來越關(guān)注、越來越重視，不少教師開始積極嘗試各種各樣的改革實(shí)踐，注重對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，保障學(xué)生的全面發(fā)展[2]。但是在個(gè)別地區(qū)，個(gè)別教師沒有關(guān)注對核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，或者說受傳統(tǒng)應(yīng)試教育所影響，將物理這樣一門原本需要思考、分析以及推理演算的學(xué)科，處理成背誦性的學(xué)科。結(jié)果學(xué)生沉溺在題海當(dāng)中，通過背誦標(biāo)準(zhǔn)題型、必考例題，甚至背誦實(shí)驗(yàn)的方式來學(xué)習(xí)和感知物理，學(xué)生在整個(gè)學(xué)習(xí)的過程中是完全被動(dòng)的，而且缺少必要的自主性和主動(dòng)意識(shí)，最終影響到對物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（二）教師在推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中缺少行之有效的辦法和手段

在以往的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，很多教師習(xí)慣于要求學(xué)生嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，或者讓所謂的動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)調(diào)整為“看”實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)充斥著“演示”意味。受這樣一種偏頗的教學(xué)觀念和習(xí)慣所制約，很多教師在實(shí)際開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，在方法的選擇上也會(huì)比較局限，無法保證所有的學(xué)生都參與到實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生動(dòng)手能力無法得到顯著提高。而且當(dāng)教師本身對實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視時(shí)，學(xué)校對實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備的投入也不會(huì)予以更多的重視，最終影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最終呈現(xiàn)效果。

二、核心素養(yǎng)導(dǎo)向下高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新方向

以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目的開啟的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，意味著通過實(shí)驗(yàn)來激發(fā)學(xué)生探究知識(shí)的積極性和主動(dòng)性，并在實(shí)驗(yàn)過程中加強(qiáng)對物理知識(shí)的理解和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活與物理時(shí)間的知識(shí)遷移。

（一）創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在核心素養(yǎng)培育這一需求和目標(biāo)之下，教師完全可以通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情境的方式，讓學(xué)生真正意義上變成課堂的主人，提高其動(dòng)手能力。這樣也可以盡可能地縮短學(xué)生與新知識(shí)之間的距離感，減少高中階段物理學(xué)習(xí)的心理作祟因素[3]。

1.妙用物理現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的探究興趣

事實(shí)上，很多看似復(fù)雜的、不容易被理解的物理概念和知識(shí)，萌發(fā)于現(xiàn)實(shí)生活中十分尋常的細(xì)節(jié)，比如：大家所熟知的突然剎車時(shí)身體前傾的現(xiàn)象，就是對“牛頓第一定律”的最好折射，是對“慣性”這一知識(shí)點(diǎn)的延續(xù)。所以在進(jìn)入全新的物理知識(shí)和概念時(shí)，教師可以使用生動(dòng)的情境實(shí)驗(yàn)，將要展開學(xué)習(xí)的物理知識(shí)點(diǎn)蘊(yùn)含在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象當(dāng)中，來激發(fā)學(xué)生的興趣和探究意識(shí)，從而促進(jìn)其更進(jìn)一步地思考。以人教版“自感”部分的教學(xué)內(nèi)容為例，在正式引入這一課題內(nèi)容之前，筆者設(shè)置了以“神奇的觸電”為主題的導(dǎo)課實(shí)驗(yàn)，在準(zhǔn)備4～6V的交流電源、一個(gè)開關(guān)以及一個(gè)自感線圈的基礎(chǔ)上，將電源和線圈使用導(dǎo)線進(jìn)行連接，再用兩根裸導(dǎo)線引出自感線圈的兩端；然后邀請一名同學(xué)上臺(tái)握住裸導(dǎo)線的兩端。此時(shí)，當(dāng)教師接通電源以后，參加實(shí)驗(yàn)的同學(xué)就會(huì)產(chǎn)生如同觸電一樣的感覺，教師隨即關(guān)于這起實(shí)驗(yàn)所引發(fā)的現(xiàn)象進(jìn)行提問，引發(fā)學(xué)生思考為什么會(huì)“觸電”，“電”究竟從何而來。

在以往的很多教學(xué)過程中，上述這種類型的小實(shí)驗(yàn)往往是被教師忽略的，或者僅僅通過口頭表達(dá)的方式進(jìn)行陳述，學(xué)生體驗(yàn)感不足，對物理現(xiàn)象的感知也存在局限性，對教師的描述感到半信半疑。但是作為導(dǎo)課環(huán)節(jié)，教師可以將其轉(zhuǎn)化為具體的實(shí)驗(yàn)，只需要短短的幾分鐘就讓學(xué)生完成體驗(yàn)，產(chǎn)生后續(xù)探究的欲望，產(chǎn)生對于即將要學(xué)習(xí)物理知識(shí)的“初印象”，為增加新舊知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)度，提供新的契機(jī)，而不是停留在看實(shí)驗(yàn)或者聽實(shí)驗(yàn)的層面。

2.立足生活實(shí)際，提高學(xué)生的實(shí)踐能力

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，必須充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，具體可以結(jié)合學(xué)生在現(xiàn)實(shí)生活中所遇到的一些物理現(xiàn)象，讓學(xué)生針對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行反思和猜測，產(chǎn)生借助實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的想法是否正確——這樣一種思路[4]。以這樣一個(gè)小實(shí)驗(yàn)為例：

準(zhǔn)備兩個(gè)相同的晾衣架，然后將其中的一個(gè)晾衣架纏上繩子。邊纏繩子邊引導(dǎo)學(xué)生去思考這樣做的好處（衣服不容易掉落）以及為什么會(huì)產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象，后續(xù)學(xué)生可以根據(jù)自己的猜想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作論證，最終發(fā)現(xiàn)繩索所帶來的最大變化在于受力面積的增加，阻力增加是導(dǎo)致掛在晾衣架上的衣服不容易滑落的重要原因。

這樣的操作模式有助于引導(dǎo)學(xué)生開啟物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，不斷激發(fā)其物理思維。在推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，教師可以將來自生活中的現(xiàn)象與物理知識(shí)進(jìn)行組合，這樣不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的積極性，激發(fā)興趣，還能加深其對物理實(shí)驗(yàn)的理解和感知，對培養(yǎng)其物理核心素養(yǎng)，具有十分重要的作用。以高中階段的力學(xué)部分知識(shí)學(xué)習(xí)為例，當(dāng)學(xué)生掌握了有關(guān)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)時(shí)，會(huì)接收到物體下墜完全是由力學(xué)引起的——這一知識(shí)點(diǎn)。但是這一知識(shí)點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)生活中有著怎樣的呈現(xiàn)，或者說現(xiàn)實(shí)生活中哪些現(xiàn)象與這一知識(shí)點(diǎn)相關(guān)，就可以導(dǎo)入實(shí)驗(yàn)的方式，引導(dǎo)學(xué)生來參與和探究。

3.創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，增強(qiáng)學(xué)生的參與感

教師可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，增強(qiáng)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的參與感。對高中階段的物理教學(xué)而言，情境的最大作用在于減少物理知識(shí)的晦澀程度，尤其是當(dāng)物理知識(shí)本身比較抽象時(shí)，提高學(xué)生對情境的代入感十分關(guān)鍵，如此其所學(xué)習(xí)的物理知識(shí)才不會(huì)游離于現(xiàn)實(shí)世界。比如：在學(xué)習(xí)到力的分解與合成時(shí)，筆者設(shè)置了這樣的情境實(shí)驗(yàn)：

準(zhǔn)備一根拔河用的繩子，同時(shí)邀請兩名男生和一名女生參與實(shí)驗(yàn)。兩名男生同時(shí)握住拔河繩的兩端，但彼此之間站得較為靠近，然后安排女生握緊拔河繩的中部，男生和女生分別朝兩個(gè)方向發(fā)力，會(huì)發(fā)現(xiàn)男生輕輕松松就戰(zhàn)勝了女生；但是如果讓兩名男生的距離稍微拉開，重新進(jìn)行比賽，結(jié)果女生獲勝。

這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無疑會(huì)引起學(xué)生的好奇，而“拔河”情境的設(shè)定，更容易讓學(xué)生減少對于新知識(shí)的抵觸心理。事實(shí)上，這樣一種看似有些奇妙的現(xiàn)象，可以通過物理學(xué)當(dāng)中“力的分解”來輕松掌握，畢竟通過前后兩組不同的“比賽方式”，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)條件的變化所產(chǎn)生的結(jié)果變化，隨后其可以在教師的引導(dǎo)下繪制出不同的力分解與合成的圖示，增加體驗(yàn)感的同時(shí)，也更為直觀地感受到物理知識(shí)的呈現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)所能產(chǎn)生的作用和效果可見一斑。

（二）整合知識(shí)模塊，實(shí)驗(yàn)知識(shí)的“三化”實(shí)現(xiàn)

以核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要進(jìn)一步整合知識(shí)模塊，確保知識(shí)條件化、情態(tài)化以及結(jié)構(gòu)化。畢竟對實(shí)驗(yàn)本身而言，其存在的意義就是為了幫助學(xué)生更好地感知物理現(xiàn)象、遷移物理知識(shí)、完善物理知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)入到高中階段，學(xué)生所接觸的物理知識(shí)不斷增多、體系日漸復(fù)雜，及時(shí)梳理和整合是十分必要的。

1.條件化

其主要目的在于通過實(shí)驗(yàn)揭示知識(shí)的產(chǎn)生過程，意味著教師要從實(shí)驗(yàn)知識(shí)的開始進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)過程了解知識(shí)（或者某些結(jié)論、公式）的產(chǎn)生過程。比如：在學(xué)習(xí)到電磁感應(yīng)定律這部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生需要新理解和掌握的知識(shí)點(diǎn)包括電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容、特征等，此時(shí)引入“電動(dòng)勢以及匝數(shù)之間的關(guān)系”——這樣的實(shí)驗(yàn)，通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的電阻，觀察示波器當(dāng)中的波形變化，適度增加感應(yīng)線圈的數(shù)量，及時(shí)測量并記錄下各次波形的幅度值，然后計(jì)入實(shí)驗(yàn)記錄的表格當(dāng)中，后續(xù)學(xué)生可以通過觀察實(shí)驗(yàn)所記錄的數(shù)值，生成具體的數(shù)字變化圖像，探討結(jié)論。這個(gè)結(jié)論也可以直接證實(shí)電磁感應(yīng)定律部分的內(nèi)容，幫助學(xué)生增加記憶點(diǎn)，改善知識(shí)內(nèi)化的效果。

如此，學(xué)生等于通過實(shí)驗(yàn)的方式去觸碰知識(shí)，而不是單純停留在教材的文字層面靠自己的想象去抽象性地理解、生硬地記憶。可以說只有讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)感受物理現(xiàn)象從無到有、感受物理知識(shí)從“零”到生成的過程，他們的學(xué)習(xí)思路才是清晰的、知識(shí)的學(xué)習(xí)過程也是扎實(shí)和不斷遞進(jìn)的。

2.情態(tài)化

其主要是指將理智和情感融入實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所開啟的一種實(shí)驗(yàn)策略，目的在于讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中不僅樹立絕對的理性和科學(xué)素養(yǎng)，更能產(chǎn)生一定的人文情懷。比如：在學(xué)習(xí)到摩擦力這部分內(nèi)容時(shí)，已知力的產(chǎn)生會(huì)有三個(gè)重要的因素，分別是大小、方向以及作用點(diǎn)，而對于摩擦力而言，力的方向判斷無疑是最大的難點(diǎn)，此時(shí)教師可以按照讓學(xué)生提出問題、進(jìn)行猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，處理數(shù)據(jù)和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的思路，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程的探究，而在這樣一個(gè)學(xué)生自行尋找問題、探究問題的過程中，學(xué)生的思維會(huì)得到充分的激發(fā)，在小組合作的過程中，也能夠充分建立良好且和諧的關(guān)系。而且在這樣一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生既吸收到了理性知識(shí)內(nèi)容，也補(bǔ)充到了一定的感性認(rèn)知。教師可以引導(dǎo)學(xué)生懂得，生活中任何看似平凡的現(xiàn)象都有一定的道理和知識(shí)在支撐，面對這些現(xiàn)象要帶有一定的探究思維和問題精神，猜測其與物理知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性，不僅要從生活中捕獲知識(shí)、更要利用知識(shí)去解決現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)存在的問題。

3.結(jié)構(gòu)化

其主要是指以實(shí)驗(yàn)本身為分界點(diǎn)，將前后單元（或者章節(jié)）的知識(shí)進(jìn)行高度銜接，將新的知識(shí)融入學(xué)生原本的知識(shí)結(jié)構(gòu)和體系當(dāng)中，完善知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生在頭腦中逐漸形成有關(guān)物理知識(shí)的邏輯系統(tǒng)，在感知物理實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)知識(shí)的遷移和應(yīng)用。如此也更容易揭示物理實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，因?yàn)槿绻麑W(xué)生本身沒有厘清實(shí)驗(yàn)以及知識(shí)之間的邏輯關(guān)系，也很有可能會(huì)陷入知識(shí)越學(xué)越多、越學(xué)越混亂的情況，往往舊的知識(shí)還沒有完全消化，新的知識(shí)便無須疊加而上，比如：高中物理后期很多實(shí)驗(yàn)會(huì)使用到滑輪——這種物理裝置，如果能夠在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中重申滑輪的作用和功能，對學(xué)生的物理知識(shí)學(xué)習(xí)顯然會(huì)更加有利。

比如：通過實(shí)驗(yàn)論證起步之時(shí)，10S內(nèi)的速度可以達(dá)到100Km/h的小汽車，和要想達(dá)到100Km/h，需要500S的火車，究竟為何加速度有著如此大的差距時(shí)，需要測量加速度大小和物體質(zhì)量之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)一步判斷加速度、力以及質(zhì)量三者之間的關(guān)系。為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，整個(gè)實(shí)驗(yàn)被分為兩個(gè)部分，分別是在確保質(zhì)量不變的情況下，判斷加速度和力之間的關(guān)系，以及確保力不變的情況下，判斷加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系。前者可以通過勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式，以及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移和時(shí)間測量，來求解加速度；通過增加砝碼的方式，來改變實(shí)驗(yàn)對象的質(zhì)量，利用天平測量不同質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)對象；利用彈簧測力計(jì)測量力的大小。而為了確保固定彈簧測力計(jì)能夠更為精準(zhǔn)地測量運(yùn)動(dòng)中的重物，可以在彈簧測力計(jì)和重物之間，增加一個(gè)定滑輪。此時(shí)彈簧所顯示的數(shù)字、重物本身的重力以及具體承受的拉力之間存在明顯的數(shù)字關(guān)系，即在不考慮摩擦力的情況下，拉力=（彈簧顯示的數(shù)值—重力）/2。通過必要的討論以及比較策略，學(xué)生在縱向上能夠?qū)Ω咧形锢韺W(xué)習(xí)過程中，所有涉及實(shí)驗(yàn)元素的實(shí)驗(yàn)都能產(chǎn)生連帶性的影響，而該結(jié)論基本為后續(xù)學(xué)生進(jìn)行牛頓第二定律的學(xué)習(xí)提供了一定的基礎(chǔ)和保障。

結(jié)束語

在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，通過創(chuàng)設(shè)情境、聯(lián)系生活、整合知識(shí)三大方式，能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，更能夠幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)和完善的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，促使其擁有足以為后續(xù)走向社會(huì)、從事繼續(xù)教育所需的種種資本和條件。當(dāng)然，由于核心素養(yǎng)本身是一個(gè)非常寬泛的命題，對具體方法的使用、策略的實(shí)施還需要考慮到高中生的實(shí)際情況，做到具體問題具體分析。在現(xiàn)有的圍繞高中物理實(shí)驗(yàn)所展開的種種研究中，基于教材已有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行形式和操作上的創(chuàng)新，將是未來教育工作者所極力突破的方向，也會(huì)給高中生的物理學(xué)習(xí)帶來新的體驗(yàn)。

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