高中物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要求與途徑研究

米小東

摘要：物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)的重要組成部分。文章聚焦于新課標(biāo)與新教材內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探索興趣為原則，首先闡述了新課標(biāo)與新教材對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)提出的要求，進(jìn)而提出了高中物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)途徑，旨在為提高高中物理實(shí)驗(yàn)質(zhì)量與教學(xué)效率提供參考與幫助。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；高中物理

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“2017年版課標(biāo)”）提出，需要提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力、終身學(xué)習(xí)的能力、交流與合作的能力及主動(dòng)參與探索的能力。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，部分教師往往更加重視結(jié)論而輕視方法，缺乏創(chuàng)新意識(shí)。因此，教師要明確高中物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要求，探索高中物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)途徑，從而尋找適合學(xué)生成長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。

1? ?新課標(biāo)與新教材對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)提出的要求

2017年版課標(biāo)要求物理學(xué)科要強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)活動(dòng)的融合，在關(guān)注科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展需求的前提下，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力與問(wèn)題解決能力。《普通高中物理教材（2019年版）》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)新教材）深度契合新課標(biāo)要求，因此，高中物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要聚焦新課標(biāo)與新教材要求。

1.1強(qiáng)調(diào)社會(huì)性

社會(huì)性首先體現(xiàn)在物理實(shí)驗(yàn)與生產(chǎn)生活的聯(lián)系與交互方面。2017年版課標(biāo)指出，高中物理課程需要注重與社會(huì)發(fā)展及實(shí)際生產(chǎn)之間的聯(lián)系。在這一要求下，高中物理實(shí)驗(yàn)要強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的社會(huì)性，實(shí)驗(yàn)成果與結(jié)論能夠在生產(chǎn)生活中有所體現(xiàn)，從而加強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。新教材在內(nèi)容編排與設(shè)計(jì)層面具有很強(qiáng)的社會(huì)性，具體在物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面則可以體現(xiàn)為生活情境與社會(huì)時(shí)事的融合。另外，對(duì)社會(huì)性要求的落實(shí)，還體現(xiàn)在科技對(duì)社會(huì)產(chǎn)生實(shí)際影響的方法層面，強(qiáng)調(diào)科技與社會(huì)發(fā)展之間的聯(lián)系。因此，教師在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)時(shí)需要從社會(huì)生產(chǎn)生活、科學(xué)技術(shù)以及環(huán)境問(wèn)題幾方面創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，將“解決生活實(shí)際問(wèn)題”及“解釋生活現(xiàn)象”作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展的主要方向。實(shí)驗(yàn)教學(xué)落實(shí)社會(huì)性要求，是一種生活、科技與社會(huì)發(fā)展之間的交融并舉，可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)上述幾個(gè)方面內(nèi)容存在的關(guān)聯(lián)性的理解，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

1.2把握前沿性

2017年版課標(biāo)指出，高中物理教學(xué)需要注重對(duì)物理技術(shù)的實(shí)時(shí)反應(yīng)，強(qiáng)調(diào)對(duì)最新研究成果與發(fā)展?fàn)顩r的側(cè)重宣講、物理教學(xué)與科技發(fā)展前沿的聯(lián)系，注重教學(xué)前沿性，幫助學(xué)生了解時(shí)事并加深對(duì)國(guó)內(nèi)外科技發(fā)展現(xiàn)狀的了解。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)在當(dāng)今時(shí)代物理研究成果的基礎(chǔ)上，利用時(shí)代前沿理論與最新的教學(xué)理念，整合、重塑高中物理課程內(nèi)容。新教材在物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇上也涵蓋了許多物理學(xué)科前沿領(lǐng)域的研究成果。

物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)如何把握前沿性是一個(gè)重要課題。目前的主流思路是通過(guò)融入物理學(xué)科時(shí)代前沿理論與最新研究成果，通過(guò)模仿、創(chuàng)新理論與成果的研究方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。開(kāi)展物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，不僅能讓學(xué)生直觀地感受科技發(fā)展帶來(lái)的巨大成果，而且能在實(shí)驗(yàn)中獲得成就感，從而促進(jìn)個(gè)人價(jià)值的實(shí)現(xiàn)。

1.3體現(xiàn)技術(shù)性

技術(shù)性要求主要體現(xiàn)在高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與信息技術(shù)的融合交互。2017年版新課標(biāo)明確指出，高中物理需要加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，創(chuàng)新教學(xué)手段，促進(jìn)學(xué)生問(wèn)題解決能力與科學(xué)探究能力的提升。利用信息技術(shù)手段輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展是當(dāng)前流行的教學(xué)方法之一。利用信息技術(shù)改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段、樹(shù)立與時(shí)俱進(jìn)的精神、吸取先進(jìn)的教學(xué)理念、打破傳統(tǒng)的教學(xué)限制，能夠促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率與質(zhì)量的提高。

隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化程度越來(lái)越高，信息技術(shù)的應(yīng)用具體性也更加明確。比如，微課、慕課、各類(lèi)數(shù)碼產(chǎn)品、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等技術(shù)手段與物理實(shí)驗(yàn)的融合，能夠通過(guò)實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源共享提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)在滿(mǎn)足技術(shù)性要求的基礎(chǔ)上，不僅豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，而且提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)參與度，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方式。

1.4凸顯融合性

STEM教育理念是當(dāng)前高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用的重點(diǎn)教學(xué)理念，即凸顯實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合性。2017年版課標(biāo)指出，高中物理應(yīng)注重跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的教學(xué)銜接，在課程體系建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)實(shí)現(xiàn)研究方法、社會(huì)發(fā)展與環(huán)境變化之間的交融串聯(lián)。具體到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，其融合性表現(xiàn)為：多學(xué)科知識(shí)融合；科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)的應(yīng)用融入；強(qiáng)調(diào)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)以及環(huán)境之間的關(guān)系。在新教材中則體現(xiàn)為：物理學(xué)發(fā)展過(guò)程中的批判與繼承；STEM教育理念下科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境之間的聯(lián)系。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)的融合性要求具體體現(xiàn)為多學(xué)科、多領(lǐng)域知識(shí)之間的融合與串聯(lián)。教學(xué)過(guò)程中教師可借助問(wèn)題情境教學(xué)法，引導(dǎo)學(xué)生利用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，從而引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與社會(huì)之間的密切聯(lián)系。

2? ?高中物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)途徑

2.1演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)

演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)是應(yīng)用較為廣泛、教師經(jīng)常使用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法之一，但是因?yàn)檠菔痉椒ǖ膯我弧?shí)驗(yàn)內(nèi)容死板，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不理想。文章針對(duì)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了如下改進(jìn)措施：

一方面，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇方法進(jìn)行改進(jìn)。在對(duì)分組實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行選擇時(shí)，需要注重演示實(shí)驗(yàn)的有趣、有驚、有疑。一是突出項(xiàng)目的趣味性。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)突出演示實(shí)驗(yàn)的趣味性，能激發(fā)學(xué)生的好奇心。二是突出項(xiàng)目的有驚。“思維始于驚奇”，許多學(xué)生在第一次接觸物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，往往會(huì)看到許多覺(jué)得不可思議的神奇物理現(xiàn)象，便會(huì)自然生出對(duì)知識(shí)的渴望。教師應(yīng)以“驚”為誘因選擇實(shí)驗(yàn)。三是突出項(xiàng)目的有疑。部分學(xué)生在面對(duì)一些問(wèn)題時(shí)，因?yàn)樗季S定式會(huì)形成錯(cuò)覺(jué)，直觀錯(cuò)覺(jué)同真實(shí)的物理結(jié)論相互矛盾便會(huì)產(chǎn)生懷疑，質(zhì)疑便會(huì)推動(dòng)著實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加高效地開(kāi)展。

另一方面，對(duì)演示實(shí)驗(yàn)器材的優(yōu)化。為了促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高質(zhì)量改進(jìn)，教師可將日常用品或者舊的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行改進(jìn)。比如，教師可以制作一個(gè)遠(yuǎn)程輸電損耗演示儀，所需要的器材包括：一個(gè)小燈泡、長(zhǎng)短導(dǎo)線各兩根，以及一塊電池，上述材料可從舊電器中拆卸。將上述材料組合完成后，能夠通過(guò)改變導(dǎo)線長(zhǎng)短控制燈泡亮度，最后得出結(jié)果：越長(zhǎng)的導(dǎo)線電阻越大。

最后，將演示實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代教育技術(shù)結(jié)合。其一，多媒體技術(shù)的應(yīng)用，包括PPT、視頻、圖片等。比如，在研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)用小球在水平方向和豎直方向的運(yùn)動(dòng)過(guò)程不夠直觀，也難以通過(guò)肉眼觀察。教師可以利用視頻呈現(xiàn)小球運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)小球運(yùn)動(dòng)軌跡的直觀呈現(xiàn)。其二，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室具備聲音、圖像、文字、圖像擬合、數(shù)據(jù)采集等諸多功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光學(xué)、電學(xué)等各類(lèi)實(shí)驗(yàn)的直觀展示。其中，“模擬實(shí)驗(yàn)情景”是改進(jìn)的重點(diǎn)。虛擬實(shí)驗(yàn)室具備的大量虛擬元器件資源為學(xué)生發(fā)揮想象力提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，學(xué)生在使用虛擬器材與元器件時(shí)能夠進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性與儀器使用的熟練性。

2.2學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是在教師的指導(dǎo)下，結(jié)合自身所學(xué)知識(shí)，在教室或者實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)自主觀測(cè)、自主記錄與自主分析，獨(dú)立完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程。具體改進(jìn)措施如下：

探究性分組實(shí)驗(yàn)。從學(xué)生角度而言，探究性實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察與對(duì)知識(shí)點(diǎn)的梳理。此過(guò)程注重學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)失敗的處理，教師需要鼓勵(lì)學(xué)生多嘗試、多探索，全面地思考與整合問(wèn)題。比如，在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可以對(duì)實(shí)驗(yàn)操作步驟、儀器的使用方法以及相關(guān)操作規(guī)范進(jìn)行示范講解，并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主操作。在操作試驗(yàn)中，教師應(yīng)及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生規(guī)避錯(cuò)誤操作，保障實(shí)驗(yàn)的有效進(jìn)行。從教師角度而言，教師應(yīng)發(fā)揮自身作為引導(dǎo)者的作用，幫助學(xué)生拓展學(xué)習(xí)思維，并且不要輕易對(duì)學(xué)生下結(jié)論。

驗(yàn)證性分組實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)方法主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生能夠運(yùn)用物理規(guī)律解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物理規(guī)律到運(yùn)用物理規(guī)律解決問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)前，教師需要就實(shí)驗(yàn)理論的推導(dǎo)過(guò)程、所需器材及操作方法進(jìn)行詳細(xì)講解，并強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性。例如，在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，學(xué)生獲得實(shí)際觀測(cè)上的感性認(rèn)知后，教師應(yīng)進(jìn)一步拓展學(xué)生的知識(shí)面，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)性，判斷機(jī)械能守恒的準(zhǔn)確性。

2.3隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)

隨堂實(shí)驗(yàn)是一種較為“隨意”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)教學(xué)講授與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的結(jié)合。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有很強(qiáng)的靈活性，實(shí)驗(yàn)規(guī)模可大可小，實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)也沒(méi)有嚴(yán)格限制。隨堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中“教師講實(shí)驗(yàn)、學(xué)生聽(tīng)實(shí)驗(yàn)，教師做實(shí)驗(yàn)、學(xué)生看實(shí)驗(yàn)”情況的改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)師生共同參與實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王然.新人教版高中物理實(shí)驗(yàn)探究類(lèi)課程落實(shí)核心素養(yǎng)分析：以“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例[J].物理通報(bào)，2023（4）：94-97.

[2]黃曉博，呼格吉樂(lè).傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與DIS實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的對(duì)比研究：以“平拋運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2023，52（12）：67-68.

[3]謝孟耘，羅瑩.高中物理教科書(shū)中學(xué)生實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究特征的演變及啟示[J]. 課程.教材.教法，2021，41（12）：94-100.

[4]楊?yuàn)W龍，熊建文.以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)叩開(kāi)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)之門(mén)：2021年高考理綜全國(guó)卷物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)題解讀[J].基礎(chǔ)教育課程，2021（15）：60-65.

[5]林蕓，陳翠，邱雯雯.基于移動(dòng)終端的高中物理自主探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與案例研究[J].中學(xué)物理（高中版），2021，39（1）：34-39.

[6]廖伯琴，左成光，蘇蘊(yùn)娜.國(guó)際中學(xué)科學(xué)教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難度比較：以高中物理為例[J].全球教育展望，2017，46（4）：23-29，108.

[7]唐欣，唐朝旭，張正嚴(yán)，等.我國(guó)高中物理“演示實(shí)驗(yàn)”七十年變化研究：基于中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)的文本分析[J].中學(xué)物理（高中版），2020，38（5）：29-32.