高中物理实验教学中培养学生核心素养的策略.pdf

经 验启 示TIANJIN EDUCATION183183高中物理实验教学中培养学生核心素养的策略吉林省长春吉大附中实验学校 黄 楠在高中物理教学中，实验一直是不可或缺的核心组成部分，大部分物理知识都是通过实验来探索、发现和验证的，物理实验教学的重要性不言而喻。新课改背景下，核心素养这一概念的提出为高中物理实验教学改革指明了方向，实验教学不再局限于传授学生实验原理、知识、操作等内容，而是要在实验中培养学生的物理观念、科学思维、科学探究能力、科学态度与责任等核心素养，进一步提升学生的综合能力。高中物理实验兼具理论性和实践性，在培养学生核心素养方面具有独特优势，因此探索高中物理实验教学中培养学生核心素养的策略具有重要意义。一、高中物理核心素养的内涵核心素养是指学生应该具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。对物理学科来说，核心素养包括四个维度，即物理观念、科学思维、科学探究能力、科学态度与责任，这四个方面相辅相成，共同提升学生的物理综合素质。具体来说，物理核心素养的内涵包括以下几个方面。首先，物理观念。物理现象和知识在生活和自然界中随处可见，如运动、物质、能量等，物理观念就是学生从物理学视角对这些物质和现象建立的认识，他们在研究和分析物理现象的过程中认识了其中的物理规律、定理等，由此形成物理观念。其次，科学思维。物理教学过程中，教师会对学生进行启发，引导学生对物理知识和问题等保持批判和质疑的态度，从不同角度、运用不同的方法思考问题，在此过程中形成科学思维。科学思维包括模型建构、科学推理与论证、质疑创新等内容。再次，科学探究能力。科学探究能力是物理核心素养中最重要的维度，在解决问题的过程中，为了验证自己的猜想，需要学生通过信息收集处理、小组合作、实验验证等各种方式得出结论，这一过程需要学生具备科学探究能力。最后，科学态度与责任。科学态度与责任是学生学习物理知识、发展自身物理能力过程中必须具备的态度，如遵守道德规范、实事求是、严谨认真、持之以恒等，科学态度与责任能够很好地促进学生的能力良性发展。二、当前高中物理实验教学存在的不足（一）物理实验教学没有得到足够重视高中学生学业紧张，高考压力大，将全部精力都投入做题中，物理实验虽然是物理学科的重要内容，但是实验操作并不在高考考核范围，针对物理实验考核的重点基本集中在实验原理、操作要点、结论等理论知识方面，通过填空、选择等方式进行考查。在这种情况下，很多教师对物理实验教学不够重视，很少组织学生进行实际操作，通常仅要求学生从书面了解物理实验相关知识，这样一来，学生缺乏实践探究的机会，难以理解需要实验展示的抽象知识，核心素养难以得到提升。（二）学生缺乏动手操作实验的机会在当前的高中物理教学中，学生能够自己动手操作实验的机会不多，究其原因，一方面，有的教师认为安排学生动手操作实验比较浪费时间，影响教学进程，因此教学物理实验时通常只是利用课件讲解实验的原理、步骤、实验结论等，然后要求学生死记硬背相关知识点；有的教师只是播放实验操作视频或者自己操作一遍，要求学生观看操作过程，学生仅通过观看无法体验实验的各个环节，这样的实验教学形同虚设，无法保证教学效果。另一方面，有的高中学校实验教学设施存在不足。不少高中为了追求高考升学率，往往将资金和资源投入教学资料、教学管理等方面，而在物理实验设施方面投入有限，因此没有充足的实验室和器材供所有学生动手操作，学生很少有机会进入实验室探索实验，偶尔参与实验，自主探究时间却不够充足，学生参与机会不足，核心素养也就无法在实验中得到培养。（三）学生实验探究和创新意识不足实验是学生获取物理知识、提升实践能力的重经 验启 示18410/2023要途径，物理实验通常包括设计、操作、观察、分析、总结等多个环节，需要学生具备较强的探究和创新意识，但是在实际的物理实验教学中，学生在创新和探究方面的意识普遍不足。一方面，大多数学生操作实验时都是按照教材中的步骤机械地进行，很少去思考这样操作的原因和背后的原理，只是按照既定的步骤操作完成就算完成实验学习。这样一来，学生对实验的理解通常停留于表面，机械地记忆实验内容，无法将实验中涉及的知识点内化为自己的能力。另一方面，学生在物理实验中缺乏主动学习的意识，通常都是被动接受教师的安排，教师确定实验步 骤和方法后学生照做，很少有学生主动尝试创新实验内容，即使创新也是浅尝辄止，导致学生在实验中的探究和创新意识较为欠缺。三、高中物理实验教学中培养学生核心素养的策略（一）利用物理实验培养学生的物理观念物理知识和现象虽然广泛存在于自然界和日常生活中，对学生来说比较常见，但是由此抽象总结所建立的物理学科本身难度较大，尤其是高中物理，内容抽象难懂，很多学生对一些物理概念存在理解困难，不求甚解只靠硬背来应对考试，这与学生没有建立完善的物理观念有关，因此，在物理实验教学中引导学生建立物理观念至关重要，这也是物理学习的核心前提。首先，通过生活化的实验或现象帮助学生建立物理观念。生活素材是学生最为熟悉的，通过生活中与物理知识相关的案例，能够使学生更直观地理解物理概念、定理和规律，从而建立完善的物理观念。例如，在学习“惯性”这部分内容时，教师可以通过常见的生活现象帮助学生理解“惯性”的概念，如自行车刹车后还会行驶一段距离、公交车停车时人的身体会前倾、运动员跳远时需要助跑等，从而使学生认识到惯性的概念。教师还可以要求学生亲身实验惯性的大小与哪些因素有关，如让两名身高和体重差异较大的学生同时乘坐公交车，公交车刹车或起步时学生有意识地观察谁的前倾或后仰幅度更大，从而对影响惯性的因素建立初步认知。利用学生熟悉的生活素材，更容易使学生建立物理观念。其次，通过直观的演示实验帮助学生构建物理观念。高中物理有很多知识非常抽象，学生单纯依靠想象难以理解，教师可以通过一些实验使学生直观地看到某一物理概念或现象，从而建立物理观念。例如，在教学“安培力”内容时，教师可以演示“磁场对通电导体的作用”这一实验，通过开关的闭合、改变电流方向、改变磁场方向等展示不同情况下导体的受力情况，引导学生观察。在这一过程中，学生通过导体棒的运动直观地看到其在磁场中受到的力，对抽象的安培力有了具象认识，从而使抽象的物理知识变得具象化，帮助学生更好地建立物理观念。（二）利用物理实验培养学生的科学思维科学思维是物理核心素养的重要内容，包括模型建构、科学推理与论证、质疑创新等，学生建立科学思维后，在学习任何学科时都能够保持质疑和创新的态度，同时能够大胆假设、小心求证，对其综合能力的提升意义重大，因此在物理实验教学中培养学生的科学思维至关重要。以往的物理实验教学内容和教学形式都比较单一，不利于学生科学思维的培养，教师要积极创新实验教学方法，培养学生的科学思维。首先，创新教材中的实验设计，培养学生的创新意识。高中物理教材包括很多实验内容，学生如果只是按照教材按部就班地进行，很难形成自己的思维和创造力，因此教师要鼓励学生对教材实验进行创新，如改变实验条件、器材、操作方法等，能够有效锻炼学生的科学思维。例如，在教学“摩擦力”相关内容时，教师针对教材中的“静摩擦力大小随拉力变化”实验展开教学，鼓励学生不局限于教材中的实验内容，根据自己的想法创新实验，如教材实验中利用弹簧测力计测试拉力不够准确，可以改为拉力传感器计算力的大小。此外，学生还可以改变木块所在面的材质，如针对毛巾、砂纸、塑料纸等不同材料改变桌面的粗糙程度，测试不同的静摩擦力大小，总结物体受到的静摩擦力与哪些因素相关，这样一来，学生的创新能力能够得到有效提升。其次，抽象实验本质科学建模，培养学生的核心素养。建模是指将物理知识或问题的本质简单化处理，然后通过创设情境或实物演示等方法直观地展示物理原理，使学生的思维得到启发，从而建立科学思维。例如，在教学“力的合成和分解”内容时，依靠经 验启 示TIANJIN EDUCATION185185口头讲解很难使学生理解，这时教师可以设计一个演示实验，先用一个弹簧秤提起钩码，读数作为合力的大小，再用两个弹簧秤从不同角度提起钩码，读出两个弹簧秤的数值。通过观察整个过程，学生可以直观地理解合力并不是分力的简单相加，还与分力的角度有关，由此建立对合力和分力关系的认识，有效发展科学思维。（三）利用物理实验培养学生的科学探究能力在传统的物理实验教学中，学生动手参与实验的机会不多，即使参与实验也是按照固定的步骤操作，较少在实验中提出问题，或者根据自己的猜想进行验证，科学探究能力得不到有效锻炼，核心素养的提升也就无从谈起。基于此，为了培养学生的科学探究能力，在实验教学中教师要坚持学生为主体的思想，为学生创造利用实验探究问题的机会，鼓励学生积极思考，对自己的疑问大胆进行假设，并制定实验方案进行验证，最终得出结论，这样一来，学生的科学探究能力能够得到有效提升。例如，在教学“电阻”相关内容时，教材中测电阻的实验所用原理为欧姆定律，学生掌握这一实验方法后，教师可以鼓励其思考还可以使用哪些方法测量电阻，学生集思广益，提出“伏安法”“伏阻法”“安阻法”等不同的方法。教师要求学生按照自己的思路设计相应的实验，确定实验器材、实验步骤、具体的实验操作方法，如线路连接法，以及需要记录哪些数据，并确定数据分析方法，学生要规范操作，实验完成后，教师可以组织学生进行讨论，分析不同实验方法的优缺点，促进学生思考，提升学生的探究能力。此外，有的物理实验涉及的内容较多、知识难度较大，学生独立思考容易遇到困难，影响学生的积极性，这时教师可以组织学生分组实验，让学生在小组内共同交流，能够有效提升学生的参与积极性。例如，在教学“探究加速度与力、质量的关系”这一实验时，教师可以组织学生分组探究，先让学生以小组为单位学习基础知识，如打点计时器的原理和操作方法、平衡摩擦力的方法等，然后鼓励每个小组设计改进实验，探究如何利用实验室中的现有器材来减小或消除摩擦力，思考如何更准确地测量速度，提出自己的实验方案，小组之间进行交流，从而促进每个学生科学探究能力的发展。（四）利用物理实验培养学生的科学态度与责任在物理实验中培养学生的科学态度与责任对学生的各科学习以及未来长远发展都有着非常积极的意义，可以使学生在日常学习中形成积极探索、勤于思考、严谨认真、持之以恒的学习态度，对提升学生的知识技能和综合能力大有裨益。基于此，教师要重视在物理实验教学中有意识地培养学生的科学态度与责任。首先，科学开展实验评价，端正学生的实验思想。在学生完成实验操作后，教师要对学生的实验学习和操作过程及结果进行评价，如实验态度是否严谨、实验操作是否规范、实验思路是否科学、实验结论是否正确等。此外，教师可以组织学生自评和互评，反思自己在实验中的优点或失误，并对出现的问题提出改进方向，这样一来，教师可以全面了解学生的实验能力，学生也可以不断提升自己，形成科学态度与责任。其次，利用物理学史或物理家精神培养学生的科学态度与责任。物理学科中丰富的概念、定理、规律等不是凭空而来的，而是无数物理学家经过漫长的探索总结得出的，在这一过程中，物理学家经历了无数的失败和挫折，但是他们不畏艰险、勇于探索，这种精神能够很好地感染学生，使其形成科学的态度，因此教师要重视为学生讲解一些物理学史和物理学家的故事。例如，在教学“安培力的方向”这一实验时，教师引入安培的故事，奥斯特发现电流磁效应后，安培受到启发，废寝忘食地做了大量实验，由此提出左手定则。又如，在教学“自由落体运动”时，教师可以为学生讲述伽利略和亚里士多德研究落体运动的物理学史，通过这些历史故事使学生感受科学家的精神，从而培养学生的科学态度和责任。四、结语总而言之，新课改背景下培养学生核心素养是学科教学必须坚持的目标，在高中物理教学中，教师要重视物理实验在培养学生核心素养方面的价值，不断完善物理实验教学的各个环节，使学生在参与实验的过程中形成物理核心素养，不断提升物理综合能力，获得全面发展。（宋行军）