基于學(xué)科素養(yǎng)下高中物理教學(xué)案例分析
——以“用單擺測(cè)量重力加速度”教學(xué)為例

于子童

(昆山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)高級(jí)中學(xué),江蘇 蘇州 215334)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)幫助學(xué)生建立物理模型,并運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)去提升學(xué)生解決實(shí)際問題的能力,促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)和發(fā)展[1].在課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生可以將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐知識(shí),這不僅能加深學(xué)生對(duì)物理理論知識(shí)的理解,而且這也將提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)素養(yǎng).在其課程的教學(xué)設(shè)計(jì)階段,教師應(yīng)充分重視有教育意義的實(shí)驗(yàn)教學(xué).針對(duì)現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題,教師還應(yīng)尋找課程創(chuàng)新的有效途徑,以確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)在節(jié)能環(huán)境中順利進(jìn)行,充分發(fā)揮對(duì)高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)的積極導(dǎo)向作用,引導(dǎo)教學(xué)重視實(shí)驗(yàn)探究,引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn),切實(shí)提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

1 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

1.1 優(yōu)化課程結(jié)構(gòu),培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣

高中物理應(yīng)試教育以教師在課堂上傳授理論應(yīng)試知識(shí)為主,單一的教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理缺乏興趣.此外,枯燥的課程理論也大大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,從而導(dǎo)致物理課堂難以培養(yǎng)學(xué)生的情感.通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué),在課程中引入實(shí)驗(yàn)活動(dòng)可以優(yōu)化結(jié)構(gòu),為枯燥無味的理論課程增添趣味性.

1.2 體會(huì)知識(shí)生成過程

高中物理課程相對(duì)來說比較難,因?yàn)樗膬?nèi)容對(duì)學(xué)生來說是抽象的,尤其是在高中階段.因此,學(xué)生在理解過程中經(jīng)常會(huì)遇到很多問題,導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率低下.通過設(shè)計(jì)課堂實(shí)驗(yàn)活動(dòng),把理論知識(shí)在實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)化為具體的表達(dá);通過學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng),加強(qiáng)學(xué)生的主體性地位,教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生從物理實(shí)驗(yàn)直接體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生過程,從而加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解,提高學(xué)習(xí)物理的效率.

2 高中物理教學(xué)現(xiàn)狀

2.1 功利性強(qiáng),設(shè)計(jì)不合理

由于高考的壓力,教師們逐漸把教學(xué)中心偏移到學(xué)生成績上來,針對(duì)高考題型給學(xué)生設(shè)計(jì)大量的題目,題海戰(zhàn)術(shù)對(duì)于學(xué)生短期內(nèi)提高物理成績是有效果的,但從長遠(yuǎn)上看不利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)[2].我們應(yīng)注意到實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)中的重要性并應(yīng)用于課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué),從而推動(dòng)傳統(tǒng)教學(xué)的創(chuàng)新,打造更高效的課程學(xué)習(xí)平臺(tái).然而,在實(shí)際教學(xué)中,大多數(shù)物理教師缺乏專業(yè)知識(shí),在具體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中只表述知識(shí)點(diǎn),看起來好像在促進(jìn)課堂教學(xué),但由于教師缺乏合理的設(shè)計(jì),大大削弱了教育價(jià)值并且滿足不了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的需求.

2.2 缺乏獨(dú)立經(jīng)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)過程主觀性不平衡

素質(zhì)教育理念強(qiáng)調(diào)教師應(yīng)在課程設(shè)置上始終以學(xué)生為主體,學(xué)生是課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)的真正主人.高中物理實(shí)驗(yàn)往往以教師的示范為主,教師盲目追求課程的進(jìn)步,忽視了課程發(fā)展應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生主觀設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng),導(dǎo)致學(xué)生缺乏獨(dú)立實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn).這種不平衡性是教師過度的主觀偏見,使教師難以通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),大大降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義.

3 高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新策略

3.1 創(chuàng)建物理情景,激發(fā)學(xué)生探究興趣

學(xué)生要對(duì)所學(xué)的內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣,才能積極參與后續(xù)的實(shí)驗(yàn)過程并自主創(chuàng)新.通過物理情景培養(yǎng)學(xué)生的情感素養(yǎng),注重科學(xué)素養(yǎng),提倡學(xué)習(xí)方式多樣化是物理課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念之一.教師應(yīng)在課前設(shè)計(jì)方面多花些心思,比如設(shè)計(jì)一個(gè)小游戲或放一個(gè)小短片等作為創(chuàng)新的方向,教師應(yīng)該在新課前盡可能清晰地安排與物理知識(shí)直接相關(guān)的小設(shè)計(jì),以激發(fā)學(xué)生對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的興趣.

例如,在用單擺測(cè)量重力加速度的教學(xué)中,首先肯定是要介紹測(cè)量重力加速度的重要意義,教師可以從學(xué)生感興趣的角度激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.學(xué)生們普遍對(duì)科幻電影有濃厚的興趣,并且能夠以此激發(fā)學(xué)生追求科學(xué)真理的精神.給學(xué)生播放《末日崩塌》影片中科學(xué)家預(yù)測(cè)地震時(shí)的片段,其一個(gè)重要指標(biāo)是當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊牟▌?dòng)情況,這跟我們的生活息息相關(guān).教師借此引出學(xué)會(huì)重力加速度的測(cè)量尤為重要,并引導(dǎo)學(xué)生思考測(cè)量重力加速度有哪些方法.學(xué)生很容易想到自由落體測(cè)量重力加速度,鼓勵(lì)學(xué)生說出自己的方法并在課后留一個(gè)開放性作業(yè).這節(jié)課我們主要探究用單擺測(cè)重力加速度的方法,惠更斯其實(shí)在提出單擺周期公式之后,已用單擺測(cè)出了他當(dāng)時(shí)所在地巴黎的重力加速度,我們沿著前人的足跡再現(xiàn)惠更斯的實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)好奇心,充分利用了實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的興趣因素直接激發(fā)學(xué)生的探究欲望.

3.2 強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體性,準(zhǔn)備足夠的實(shí)驗(yàn)材料

為了改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主體性失衡的狀況,教師應(yīng)及時(shí)采取措施轉(zhuǎn)變教育觀念,實(shí)現(xiàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的主體地位.只有尊重學(xué)生的地位,才能通過實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生的物理素養(yǎng).為了真正增強(qiáng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的主體性,而并不僅僅只是給學(xué)生演示實(shí)驗(yàn),教師應(yīng)準(zhǔn)備好充足的實(shí)驗(yàn)材料和具體的實(shí)驗(yàn)方法,提供學(xué)生參與課堂的條件,使學(xué)生能通過自己動(dòng)手操作理解課堂內(nèi)容獲取知識(shí).

學(xué)生根據(jù)所選擇的器材,動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn),給學(xué)生一段時(shí)間,4人為一小組,分工合作,完成實(shí)驗(yàn).觀察學(xué)生的操作過程,收集學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題并展示,引導(dǎo)學(xué)生思考,讓他們自己去發(fā)現(xiàn)問題.例如在測(cè)重力加速度教學(xué)時(shí),搜集到以下問題(1)擺動(dòng)的α角度過大對(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響?(2)懸點(diǎn)沒有固定:提出學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)兩種不同的懸掛方式.應(yīng)該選用哪種方式?為什么?(3)擺球不在同一豎直面內(nèi)擺動(dòng),而是圓錐擺,圓錐擺和單擺的周期相同嗎?通過實(shí)驗(yàn)觀察并提出問題,學(xué)生可以更深刻學(xué)到本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該注意的事項(xiàng)以及誤差分析的原因.學(xué)生以這種方式加深對(duì)物理的理解,最終達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率的教學(xué)目標(biāo).

3.3 促進(jìn)演示的數(shù)字化,并提供具體指導(dǎo)

高中生在實(shí)驗(yàn)方面的經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少,教師需要演示實(shí)際過程中的實(shí)驗(yàn)步驟和具體實(shí)驗(yàn)方法.這是一個(gè)重要的參考標(biāo)準(zhǔn),指導(dǎo)學(xué)生更有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn),規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作,并獲得良好的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn).在實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新方面,教師可以借助數(shù)字化多媒體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理創(chuàng)新,數(shù)字化儀器其內(nèi)部有傳感器和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和收集,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的統(tǒng)計(jì)分析和處理,防止學(xué)生在數(shù)據(jù)計(jì)算過程中出現(xiàn)失誤,保證整個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性[3],而學(xué)生也對(duì)數(shù)字化儀器充滿好奇和探究欲望.

教師可以利用數(shù)字化平臺(tái)測(cè)量當(dāng)?shù)刂亓铀俣?與學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做對(duì)比.如圖所示,打開手機(jī)Phyphox軟件,建立單擺模型如圖1,測(cè)量擺長,在手機(jī)軟件中輸入擺長.然后拉起一個(gè)小角度,松手等穩(wěn)定后,暫停軟件記錄結(jié)果,重復(fù)做多次(得到以下數(shù)據(jù)如圖2).三次結(jié)果取平均值為9.56 m/s2.

圖1 搭建物理模型

圖2 重力加速度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

在新課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變下,傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課與創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)課做對(duì)比,師生行為大有不同(表1).

表1 兩種類型實(shí)驗(yàn)課對(duì)比

傳統(tǒng)模式弱化了課堂中師生的交流,使學(xué)生長期處在被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)之下.所以在新時(shí)期的教育理念指導(dǎo)下,教師必須以新穎的教學(xué)思想設(shè)計(jì)有效的教學(xué)策略,使學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)向主動(dòng)轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)[4].從實(shí)驗(yàn)理論上看,采集數(shù)據(jù)的過程僅僅是一種模仿形式,通過對(duì)比,利用數(shù)字化平臺(tái)大大縮減了數(shù)據(jù)采集時(shí)間,其優(yōu)勢(shì)就凸現(xiàn)出來.

3.4 提質(zhì)增效

“雙減”政策頒布之后,教師需要及時(shí)適應(yīng)新政策,響應(yīng)“減負(fù)增效”的具體要求,“減負(fù)增效”的前提是課堂提質(zhì)增效,達(dá)成教學(xué)目標(biāo).在課堂上設(shè)置優(yōu)質(zhì)精選題目,使學(xué)生當(dāng)堂掌握,從而提高學(xué)習(xí)效率,減少課后題海作業(yè).大部分學(xué)生喜歡一定的挑戰(zhàn)性,在解決問題、克服困難的過程中獲得自信和成就感[5].因此把題海作業(yè)設(shè)置為開放性自主實(shí)驗(yàn)作業(yè),更能激發(fā)學(xué)生的興趣.例如:用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)它他方法測(cè)量重力加速度.

綜上所述,高中物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的是為了更好地開展實(shí)驗(yàn)教學(xué),通過這種方式,學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)真正形成體驗(yàn)式學(xué)習(xí).課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)打破了傳統(tǒng)教學(xué)方法帶來的限制,從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì).