高中物理實驗教學的價值考量與策略探尋

邵克岷

(江蘇省連云港開發區高級中學,江蘇 連云港 222000)

2017版課標指出“在高中物理課程中,應注重科學探究,尤其應注重物理實驗,這在培養學生的探究能力和科學態度等方面具有重要地位”[1].實驗教學是引導學生分析和探究具體問題、強化學生物理概念理解、促進學生物理學科素養發展的有效教學手段.高中物理課程的教學內容因具有抽象性及理論化等特征,學生往往難以正確理解并形成物理觀念.實驗教學可以將物理現象以較為直觀的方式清晰展示,便于學生在概念理解的基礎上形成正確的物理認知,進而使其物理學科的綜合學習能力得以明顯提高.

1 高中物理實驗教學的價值考量

1.1 展示實驗過程,讓學生在觀察中興趣得以激發

高中物理課程與初中相較而言,學習內容具有較高的抽象性,甚至與學生的現實生活經驗也缺乏必要的關聯.實驗教學可以為學生直觀展示物理現象的發生過程,學生在觀察過程中可以將現實生活與物理知識的學習有效關聯,進而在教師的引導、啟發下,對實驗現象發生的內在物理原理,以及可能得以推廣應用的生活場景,產生濃厚的探究興趣.

1.2 動手實驗操作,讓學生在體驗中主動融入課堂

傳統的高中物理教學以單向輸出方式為主,學生極易產生枯燥乏味的內心感受,長此以往,必將喪失持續學習的內在動力.實驗教學不僅體現了“以生為本”的教學理念,更是基于學生對未知領域的探究心理,讓學生在動手操作中體驗物理學科的奧秘,再輔之教師的耐心指點及細致講解,學生的主觀學習欲望明顯增強,進而自覺主動融入課堂教學活動.

1.3 揭示物理真相,讓學生在實踐中形成正確理解

高中物理學科知識具有理論化特征,如教師僅以文字敘述的方式開展教學活動,學生必然對物理概念、原理及公式推導過程等內容,采用背誦記憶的學習方法,既背離了課程標準的要求,還可能造成學生的錯誤理解.實驗教學可以將物理現象直觀展示,讓學生通過觀察和具體操作,進行相應公式和定理的驗證,進而對物理知識形成正確理解.

2 高中物理實驗教學的現狀分析

2.1 對物理實驗教學缺乏足夠重視

實驗教學作為高中物理課程教學的重要組成部分[2],可以讓物理學科知識以直觀化的形式呈現,既可以減輕教師的教學壓力,又利于學生理解并形成正確認知.然而由于部分教師“分數至上”的錯誤教學理念,認為“實驗教學可有可無,對最終成績影響不大”,自然不可能基于學科素養的高度開展實驗教學.在此現狀下,學校及教師對于實驗教學的重要性必然缺乏足夠重視,而僅僅關注學生運用所學知識書面答卷的正確與否,以致學生的物理思維及學科素養均未能得以明顯提高.

2.2 實驗教學與學生認知相脫離

高中物理教材或基于學生學習興趣的引發,或為培養學生的探究心理,或為說明某個物理現象的原理,而收錄了部分易于學生理解的經典實驗案例.然而部分教師只是將實驗教學當作課堂調劑品來活躍課堂氣氛,并未將通過實驗研究來激發學生探究物理的興趣、鍛煉學生的獨立思考能力和實踐動手能力作為實驗演示的目標.在此現狀下,教師在選取演示實驗項目的過程中,會優先考慮實驗演示所帶來的視覺感官體驗,并不考慮學生的真實認知能力,以致實驗教學與學生的認知相脫離,最終影響到課堂教學知識轉化率的提升,更難以在培養學生物理綜合能力方面起到引導作用.

3 高中物理實驗教學的策略探尋

3.1 充分認識實驗教學的重要性,并落實到綜合評價中

為讓實驗教學的功能及價值得到有效發揮,教師應從培養學生學科素養的角度出發,有針對性地設計并開展實驗教學活動.在學生方面,讓學生意識到實驗教學活動的重要性,并引導學生主動參與物理實驗教學活動.

以物理必修第一冊(2019版)的課程教學為例.本冊的教學內容主要由運動、力、運動和力的關系三個部分構成,由于高中物理學科的學習內容及方法明顯不同于初中,為幫助學生快速進入學習狀態,教材編排了大量的實驗教學內容,因而學生對實驗過程、原理、方法的掌握程度,在一定程度上反映了學生的真實學習情況.基于此,在整本教材的教學活動結束后,教師除了用書面化考試的方式來檢測學生的知識掌握程度之外,還需要結合“用打點計時器測速度”等實驗教學活動,學生的具體參與情況,以及動手進行實踐的質量,來綜合考量學生的最終得分.這樣的綜合評價方式,既體現了實驗教學活動重要性,又能夠引導學生花費更多時間和精力完成實驗探究任務,進而實現教學質量的有效提升.

3.2 鼓勵學生利用互聯網平臺,提高課前預習質量

部分教師認為實驗教學的整個流程過于繁瑣,且不可控因素太多,極易發生意外事件,同時占用了大量的授課時間,進而導致教學任務無法如期完成.為盡量規避意外事件的發生,并提升實驗教學的有效性,教師可以充分發揮信息技術在學科學習中的應用優勢,布置相應的課前預習任務,并引導學生利用互聯網平臺提前熟悉實驗整個流程,以及相關注意事項等內容,進而為實驗教學的順利進行做好準備工作.

以必修第一冊(2019版)的第二章第一節《實驗:探究小車速度隨時間變化的規律》實驗教學為例.本節內容以上一章的時間、位移等相關概念理解為基礎,涉及了速度、加速度的計算,所用的實驗器材打點計時器的使用方法學生也已掌握,因而已具備自主開展課前預習的前提.教師可以以此為基礎設計課前預習方案,鼓勵學生在互聯網平臺搜索與“探究小車速度隨時間變化的規律”知識相關聯的微課視頻,讓學生以自主觀摩微課實驗視頻的方式,了解打點計時器的結構及使用原理,以及使用過程中的注意事項,并引導學生探索“結合已學知識猜想一下,小車的瞬時速度可能與哪些因素相關?”等問題,進而提高預習的效果.這樣的實驗教學預習方式,不僅為課堂實驗教學的順利開展奠定了良好的基礎,更能促進學生自主學習能力的有效養成.

3.3 豐富實驗教學的方式方法,提高實驗教學的效果

隨著新版課標的頒布及正式實施,教師需要不斷優化原有的實驗教學方法,積極探索新型教學方式,提升學生參與物理實驗活動的興趣,以貼合學生興趣點的教學形式展開實驗活動,讓課堂教學變得更為生動有趣,提高實驗教學的效果.

以物理選擇性必修第三冊(2019版)的第三章第一節《功、熱和內能的改變》教學為例.本小節需要通過實驗教學,讓學生正確理解“做功是能量間的轉化,而傳熱則是內能的轉移”,以及“無論是做功還是熱傳遞,總能量既不損耗也增加,才能順利開展后面三節的教學活動.但如果實驗教學活動與學生日常生活實際相脫離,學生則很難理解“功、熱和內能的改變”的基本原理.教師可以結合學生的生活實際,用“暖手寶取暖”及“熱水袋取暖”兩個常見的生活事例,來引發學生討論“哪種方式是依靠做功達到取暖目的?哪種方式是依靠熱傳遞達到取暖目的?”在學生討論之后,再正式開展實驗教學活動.這種利用生活常識作為實驗教學導入環節,既顯得新穎別致,又可以讓學生將注意力集中于實驗教學中,進而正確理解并掌握所學知識.

3.4 鼓勵學生在操作中驗證猜想,培養實驗創新能力

無論從物理學科的發展史來看,還是從教材內容編排的情況來看,物理實驗均基于相應的原理,指向相應的探究目的,但并不存在固定的程序及方法.實驗教學作為半開放型教學活動,如果過于程式化,則會讓學生產生可以預測實驗結果的乏味感.基于此,對部分學生分組實驗,教師鼓勵學生自主設計實驗方案,并在確保安全的前提下,讓學生在動手操作中探究、驗證自己所設計實驗方案的可行性及合理性,進而通過實驗教學培養學生的創新能力.

以物理必修第一冊(2019版)的第三章第一節《 重力與彈力》課程教學為例.本節教學內容涉及到“重力”“彈力”兩個力學知識,存在“接觸”與“不接觸”兩種情況,理解難點為“力是一個物體對另一個物體的作用”.通常情況下教師會采用“實驗教學+講解練習”的方式來幫助學生建立概念并促進理解,但學生往往會產生諸如“力是哪里來的?是儲存在物體內部嗎?是如何儲存的?”等疑惑.為幫助學生正確建立“力的概念”并培養學生的創新能力,教師可以指導學生自主設計“力的產生條件及表現形式”實驗方案,并將“彈簧測力計及砝碼”“平面鏡”“激光筆”等實驗器材交由學生開展實驗探究活動,在學生的具體實驗操作過程中,教師再引導學生思考“力是單個存在的嗎?”進而幫助學生對“力”的抽象概念產生正確認知.這樣讓學生自己動手操作驗證猜想的實驗教學方法,不僅有助于學生的學業進步,更有利于學生創新能力的培養[3].

3.5 重視實驗操作的具體細節,培養學生嚴謹的科學態度

為保證課堂教學進度的有序開展,在以往的實驗教學演示過程中,教師僅僅關注實驗演示流程的順利推進,而對實驗操作的相關細節“一帶而過”不做細致講解,以致學生“科學態度與責任”的學科素養未能得以有效培養.為規避這種不良現象,教師在日常的實驗教學活動中,不僅重視操作流程的完整性,還應重視實驗操作的細節講解,進而讓學生以更為嚴謹的態度對待實驗活動.

以物理必修第一冊(2019版)第四章第二節《 實驗:探究加速度與力、質量的關系》課程教學為例.本實驗涉及到“物體質量”“作用力大小”以及“加速度”三個物理變量,教師通常采用控制變量的方法開展實驗教學,以培養學生的物理思維能力,促進學生對實驗所形成的結論正確理解.但如果對于諸如“事先測量小車質量”“法碼的釋放方式”等細節部分不做任何解釋,當學生自己動手驗證實驗結論時必然會出現各類意外情況.為此,教師在做演示實驗的過程中,不僅應關注實驗過程中學生“控制變量”實驗方法的正確掌握,還應從實驗細節著手,為學生演示當實驗操作不當時可能出現的意外情況,以及對實驗結論的不良影響,進而促進學生實踐操作能力的提高,并培養學生嚴謹的科學態度.

總而言之,高中物理實驗教學在推動學生全面掌握物理學科知識、培養學生物理探究能力等方面起到重要作用.作為高中物理學科的一線教師,應基于新版課標的教學要求,深度挖掘實驗教學在物理學科教學中應用價值,以科學合理的方式安排實驗教學活動,進而促進學生物理學習能力的穩步提升.