關注實驗教學，培養科學素養

董興寶

【摘要】新課改背景下，高中物理教學應堅持立德樹人的根本任務，聚焦核心素養培養，確保學生在學習過程中可獲得知識技能與素養的全面發展，為學生未來的成長打下堅實的基礎.物理學科核心素養中科學素養極為重要，且高中物理本身便與實驗教學息息相關，所以，探究優化高中物理實驗教學以培養學生的科學素養的方法，是有必要的.

【關鍵詞】科學素養；高中物理；實驗教學

新課標背景下，物理實驗教學的重要性被越來越多的人認可.高效、合理的物理實驗教學對培養學生科學素養極有幫助，還可以促進學生物理觀念與物理思維的生成.但目前，在物理實驗教學中，一些問題有待改進.教師應進一步加強對學生物理思維的鍛煉，引導學生在實驗學習的過程中深度思考，通過觀察物理現象、分析實驗原理、總結物理規律，使學生了解物理學科的本質，并養成正確良好的科學態度與社會責任，促進學生科學素養的穩定發展.

1 科學素養視角下物理實驗教學的優化原則

1.1 關注學生實驗習慣的養成

物理學科與實驗有著密切聯系.可以說，物理學科的發展就是建立在一次又一次的實驗之上的，而好的習慣是成功的必要前提，所以，培養學生良好的實驗習慣，讓學生理解物理學科的本質，跟隨物理知識的發展歷程完成學習，能夠使學生逐漸理解各類物理知識、觀念的生成與演變過程，繼而生成相應的科學素養.此外，在物理實驗教學時，教師還要對學生的必要能力做出培養，包括在實驗中的觀察能力、思考能力、實踐能力、歸納與總結能力以及質疑精神等，在點滴的積累中，使學生養成良好的習慣以及更科學的物理思維，可有效促進學生的科學素養發展.

1.2 重視學生的創造性思維發展

創造與創新是科學發展、進步的必經之路，也是學生適應社會及個人終身發展的必要品格與關鍵，教師務必要重視學生的創造性思維發展，加強對學生創新創造能力的培養，使學生從常規的事物中發現問題，在深度的思考下，以創造性的方式應用知識解決問題.在高中物理實驗教學中，教師要結合教學內容實驗主題，分析高中學生的年齡特征、行為特征、興趣取向，以學生感興趣的事物或現象為切入點，開展實驗教學，可有效提高學生參加物理實驗學習的積極性.在興趣的驅動下，學生會從創新的角度思考問題，創造性地使用知識解決問題，這可以給物理實驗注入新的活力.學生在參與實驗操作實驗的過程中，也能意識到科學的無限可能，并生成積極、正確的科學實驗態度.

1.3 強調物理觀念的自主構建

高中物理學科知識相對深奧，不同模塊中涉及的物理觀念也十分豐富.這些物理觀念是學生學習物理的基礎，也是科學素養發展的根本.在教學中，讓學生掌握物理觀念，完成物理觀念的自主構建，不僅能夠使學生的物理解題能力獲得提升，還可以使學生逐漸生成更為嚴謹的物理思維、邏輯思維.學生會慢慢掌握使用物理思維思考問題、解決問題的方式.而觀念生成的最佳路徑，便是讓學生體驗整個觀念的發現、論證過程.通過物理實驗教學，給學生帶來更深層次的實踐體驗便可達到上述目標.在學習并體驗實驗的過程中，學生可以重走物理科學家們的科研路線并逐漸領悟，立足于科學素養的物理實驗研究思想，完成物理基本觀念的自主構建，繼而掌握物理學科的本質，體會物理學科的魅力.

2 基于科學素養的高中物理實驗教學優化舉措

2.1 創新實驗內容，提高學生興趣

科學素養的生成與發展是極為主觀的.學生有主動學習物理知識、探究物理現象的意識，并將此興趣轉化為學習物理的核心驅動力.所以，基于科學素養的物理實驗教學應具備一定的趣味性，符合學生目前的認知水平、興趣取向，能引起學生的好奇心，激發學生的求知欲，使學生積極、主動地參與到實驗學習中來.為此，教師應在原有的實驗內容基礎上加以創新，通過改變傳統物理實驗的方式、形式等，使物理實驗符合高中學生的思維、認知與興趣，借此激發學生的學習興趣，對學生的物理學習、實驗操作與科學素養做出有效引導.

例如 以人教版高中物理“探究平拋運動”這一知識點的教學為例.物理教材中設計了幾種不同的實驗方式，要求學生完成實驗.但在備課時，教師發現教材中的實驗內容邏輯性較強，更偏向于專業的物理實驗，幾乎與學生的日常生活無關.對于部分物理基礎不夠扎實的學生來說，這類實驗略顯晦澀、難以理解，也無法激發學生的興趣，甚至會使部分學生產生畏難情緒或厭學心理，導致物理實驗教學難以推進，科學素養的培育成效也并不樂觀.為了解決該問題，教師將教材中的實驗內容進行了改編，將傳統的平拋運動實驗改為流水實驗，利用水流代替實驗中的珠子.教師準備了一些空的礦泉水瓶，并在瓶蓋上扎出了小洞，將其水平放置在平行于地面的平面上，擠壓瓶身后，從瓶蓋小孔中流出的水流便會呈平拋曲線.此時，組成水流的每一顆水珠都在做平拋運動.通過調整實驗材料與實驗的表現形式，改變了傳統珠子平拋運動的實驗過程，學生可以更加清晰、直觀地觀測到物體呈平拋運動時的運動軌跡，能加深學生對平拋運動的理解與認知.在本課教學中，學生的物理思維、科學素養、建模能力均得到了相應的發展.

2.2 設計問題情境，引導學生思考

物理實驗本身具備一定的趣味性，是許多高中學生喜歡的，但有部分學生對物理實驗學習的理解不正確.學生認為，只要不是單純的“板書+文本”式的課堂就是有趣的，這部分學生參與物理實驗學習時，更多的是抱著“換換心情”“看看有趣的實驗現象”的心態，一部分學生認為在實驗課堂上，只需要觀察教師的實驗操作，看一看有趣的物理實驗現象，再聽教師講課，或親自動手做做實驗便算完成實驗學習.然而，這類教學形式對學生的思維發展并無益處.在這種教學模式下，學生的物理思維并未得到鍛煉，其科學素養的提升自然也無從談起.想要改變這一現狀，就要從改變學生對物理實驗課堂的認知入手，讓學生調整好心態，了解物理知識的生成過程、演變過程，洞悉物理學科的本質.教師可以在實驗課上引入問題情境，通過具有啟發性與引導性的問題，將學生的思路限制在預設好的范圍內，引導學生在觀察實驗動手做實驗的同時，對物理知識與實驗本質進行深度思考.

例如 人教版高中物理“勻變速直線運動的研究實驗”教學中，教師根據高中學生的行為特征設計了如下問題：請觀看實驗過程與實驗步驟，并思考在實驗過程中為什么要制造斜面？通過直觀的提問，讓學生對實驗的具體目標做出深度思考.教師可以組織小組討論，讓學生在組內交流思考，并最終總結出答案.該環節結束后，學生對本實驗的具體目標與實驗意義有了基礎了解，教師可以從勻變速直線運動的探究實驗表現形式入手，繼續追問：勻變速直線運動的探究實驗中，制造斜面與不制造斜面這兩種方案是較為常見的，那么這兩種實驗方案有怎樣的區別呢？兩種實驗得出的結論會有怎樣的不同呢？借助問題制造學生的認知矛盾或知識矛盾，引導學生對實驗方案設計作出更深層次的思考.在學生探索問題答案的過程中，會逐層深入實驗的本質，也會洞悉實驗的實際目的，而思考的過程，正是對學生科學思維的培養過程，是促進科學素養發展的有效策略，也是提高物理實驗教學質量的重要舉措.

2.3 安排隨堂習題，強調知識應用

如在學習滑動摩擦力這一節時，教師要基于本課的核心教學內容，為學生設計“探究靜摩擦力與滑動摩擦力”的實驗教學，要求學生在小組合作中，探索靜摩擦力與滑動摩擦力的生成條件.學生需要自主設計實驗、完成實驗操作并論證假設.待學生基本掌握本課教學內容，并按教師要求完成上述實驗操作后，便要給學生布置本課的隨堂練習題，要求學生根據在實驗中得到的結論、歸納出知識點并解答習題.

例1 木塊A放置于水平桌面上，B放置于A上，兩者均在作用力下朝右側運動，其中，B的運動速度為v的運動速度為v，請判斷，若v>v，A→B的摩擦力方向是什么？B→A的摩擦力方向是什么？若v=v，A→B的摩擦力方向是什么？B→A的摩擦力方向是什么？若v<v，A→B的摩擦力方向是什么？B→A的摩擦力方向是什么？

本題的重難點在于討論運動方向與相對運動方向是不同的，在教學過程中，教師要引導學生以物理實驗的思路，基于實驗事實解答本題.在解題的過程中，教師要注重引導學生的批判精神與質疑精神，要讓學生意識到運動方向與相對運動方向的本質區別.教師可以為學生提供簡易的實驗材料與實驗場地，也可以讓學生根據手中現有的物體自行設計實驗，以培養學生的創新創造能力以及動手實踐能力.這類在解題中融入實驗，引導學生通過實驗解答習題，分析物理現象與物理結論的方式，還可以幫助學生養成良好的實驗習慣，是提高學生科學素養的有效方式.

例2 如圖1（見人教版八年級物理教材）所示，探究影響滑動摩擦力大小的因素.

本題需要學生在“定性-定量”研究下，通過控制變量法設計物理實驗探究正壓力F與摩擦力f之間的關系.解題時，要通過實驗，觀察彈簧測力計測出的數值，對物塊的滑動摩擦力進行受力分析.之后，再在物塊上加上砝碼，改變物塊與木板之間的壓力，改變物塊受到的正壓力，完成實驗探究，便可得出影響滑動摩擦力大小的因素是壓力大小的接觸面粗糙程度，還能夠判斷出物塊在不同情況下受到的滑動摩擦力的大小.學生通過觀察彈簧測力器測出的力，能夠得到滑動摩擦力大小與物塊受到正壓力大小之間成正比的結論.在這期間，教師要引導學生使用圖象法，將觀察到的實驗現象轉化成數據與圖象信息，觀察圖象的變化趨勢，將其作為實驗結論的依據，以培養學生實事求是的科研精神.

3 結語

科學素養是新課標背景下高中物理的核心教學目標之一，也是物理學科核心素養的重要組成部分，是學生學習物理必備的關鍵能力.而物理實驗教學可以讓學生在設計實驗、動手操作實驗、觀察實驗現象、總結歸納實驗結論的過程中，獲得更直觀的學習體驗，讓學生感受物理知識、觀念的生成過程，使學生了解物理學科的本質，并在實驗中逐漸養成積極正向的科學態度與求真務實的科研精神，繼而實現科學素養的針對性提升.基于科學素養的高中物理實驗課堂，要創新實驗內容，提高學生學習興趣；設計問題情境，啟發學生在實驗中深度思考；安排隨堂習題，強調知識與實驗在解決現實問題時的應用，構建更完整的物理實驗課堂，使實驗教學符合學生當前的認知水平，也能滿足學生學習與發展的全面需求.

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