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核心素养视域下的高中物理实验教学创新策略

邹凤华
摘   要：新课程标准下如何在物理实验教学中对物理实验进行创新，如何对教材中的物理实验进行二次开发，以帮助学生形成清晰的物理观念，培养学生的科学探究能力，加深对物理概念和规律的本质认识，从改进实验仪器、完善实验原理、信息技术融合实验教学、合作学习优化探究、利用趣味性实验进行创新拓展等方式阐述了核心素养下高中物理实验创新必要因素及新高考背景下高中物理实验教学的创新策略。
关键词：核心素养;高中物理;实验创新
《普通高中物理新课程标准》（2017年版）明确指出：物理教学旨在落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养[ 1 ]。物理学科核心素养包括“物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任”四个方面。对高中物理教学进行研究与开发，既要使其能够符合学生的学习需要，符合学生的能力发展水平，又能使学生的物理素养得以提升。但在目前的高中物理实验教学中，受“应试思想”的影响，考试主要还是看应试成绩，导致高中物理实验教学中显现比较突出的一些问题，如重视理论讲授，实验课变成教师在黑板上“纸上谈兵”，不注重物理实验的过程;实验教学流于形式，对书本上的实验没有引导学生如何去开发，去探究，导致实验教学成为目前高中物理教学的一个薄弱环节。而且，由于忽视物理实验教学，使得物理实验与理论知识出现严重的脱节，学生不能在实际训练中熟练地应用物理理论知识去建立模型解决问题。随着新高考对学生物理实验创新能力要求的进一步提高，很多教师都在积极探索和改进高中物理实验教学方式，本文就核心素养视域下高中物理实验教学创新策略加以探讨。
1  核心素养下高中物理实验创新因素
为使学生物理核心素养在实验教学中得到更为有效的培养，教师需要让学生形成优秀的實验品质，以促进学生的健康发展。
（1）要培养学生良好的批判性思维习惯。要引导学生敢于对物理实验或结论提出质疑，运用发散性思维，敢于猜想，大胆创新，对物理实验进行二次开发，提出自己的实验原理和设想，这是物理实验教学中培养学生创新素养的重要环节。
（2）要培养学生敏锐的实验洞察力和探究能力。并使其成为学生的良好行为习惯，成为学生的一种优秀实验品质。这是培养学生物理素养的关键环节。在物理实验教学中，要引导学生仔细观察实验现象，并从实验现象和实验数据中发现实验规律，在探究过程中得出结论并对实验结论进行分析。此外，良好的实验行为习惯可以养成学生严谨科学的实验态度，提升学生发现问题的能力。因此培养敏锐的观察力和探究能力以及优秀的实验品质，是物理核心素养形成和发展的一个重要因素。
（3）要让学生形成系统性的物理观念，培养学生的科学思维能力。物理知识是人们在物理学研究中形成的关于物质规律、运动规律、相互作用规律以及能量守恒规律等的基本认识，是运用物理概念和规律认识自然、解决实际问题的基础，在此基础上，培养学生的科学思维能力，分析和解决物理问题的能力，建立物理模型的能力。这是学生物理核心素养形成和发展的核心环节。在高中物理实验教学中，最为本质的目的并不是教会学生解多少题，而是使学生能够在物理实验过程中，运用所学物理知识分析和处理实验数据，从中得出实验结论并对实验进行创新和改进，对实验误差进行分析，对实验所蕴含的科学逻辑思维以及实验设计的原理进行领悟。从而使学生能够在理解物理实验原理的基础上，使自身的物理观念得到有效的构建，科学思维能力得以培养，核心素养得到发展。
2  核心素养视域下高中物理实验教学创新策略
2.1  借助先进仪器和方法，利用信息技术融合课堂教学对实验教材进行挖掘
随着教育教学技术手段的不断更新和发展，物理实验的载体也越来越多，而且还越来越精确和先进。为使学生核心素养能够在物理实验教学中得到有效的培养，教师可以将原来教材的物理实验与现代教学技术进行融合，以提高实验教学的有效性。如在验证牛顿第二定律的实验中，教材采用的是利用打点计时器打下的纸带来测量小车的加速度和速度，实验中把砂和砂桶的重力当成是小车所受的合外力，这样做原理上存在系统误差，而且学生还不理解为什么只有当小车质量远大于砂和桶的质量时，才能将砂和砂桶的重力当成是小车所受的合外力。在做完教材的实验之后，我们可以借助于其它先进仪器改用更直观更精确的方法来验证本实验：利用光电门测小车加速度和速度，力传感器测小车所受合外力，改用气垫导轨来减小小车所受摩擦阻力，这样可以使实验更加精确，也更为便捷，学生更容易理解，有利于培养学生的科学思维能力。此外信息技术融合课堂教学可以大大提高实验教学的有效性和创新性，如使用DIS数字实验技术，利用传感器、数据采集器等收集实验所得数据，再借助计算机分析实验数据、得出实验结果等现代化教学手段。有的物理实验现象不是很直观，这时可以利用视频动画或采用微小放大法来优化实验过程，用慢镜头播放进行辅助教学，从而使得这些技术在物理实验教学中充分发挥，也能够使学生的物理实验探究兴趣有效激发，学习态度变得更加积极主动，物理素养得到提升发展。
2.2  精心设置分组实验，合作学习优化探究方式
学生个体之间具有一定的差异性，有些学生物理基础知识掌握得比较扎实，而有的学生则具有较强的动手实验能力，还有的学生思维极为活跃，能够带领学生进行实验创新，还有部分学生，在实验数据处理能力方面有特长。由此，“教学相长”不失为一种好的教学方式。通过对学生进行分组，让他们分工协作，在合作过程中将自己的特长充分发挥出来，从而使得学生的动手操作、问题解决、数据处理以及反思评估能力得到培养。并且通过合作学习，感受集体的力量，增强集体观念，在互相合作过程中，领会别人的思想观点，观察别人设计操作，大家取长补短，共同进步。
例如，物理必修Ⅰ“探究做功与速度变化的关系”这个实验，在教学过程中建议先对学生进行科学合理的分组，然后再提出一系列具有探究价值的问题，如“应该如何对测量功进行设计，功的数值是否一定要测出”“为什么每根橡皮筋都要相同，怎样保证每次实验橡皮筋伸长量相同”“如何对实验中小车的速度变化加以测量，小车的质量是否一定要测出”“本次实验探究要得到什么结论”等，学生在参与小组合作的时候，首先需要大家共同讨论，明确实验原理，制订实验方案，协作完成整个实验。如关于平衡摩擦力这步，大家讨论“可以采用何种方式来平衡小车受到的摩擦力”以及“应该如何判断是否已经平衡摩擦力”，每位同学都可以提出自己的设计方案并加以分析，再根据所提供的器材制定最佳方案。还有关于如何处理实验数据这步，可以启发学生处理实验数据有哪些方法，图象法处理实验数据有什么优点，除了课本讲的实验外，本实验还有哪些方法可以对本实验加以创新，等等。在这一过程中，教师应及时对学生进行指导，做到师生互动，让他们体会设计实验与制订方案、获取和处理信息、根据实验数据得出结论的过程，这个交流、评估、反思的过程就是学生能力和素养不断提高的过程，当然，在探究过程中教师需要及时发现学生在实验操作中存在的问题并加以纠正以提高实验的精确性和科学性。
2.3  有效利用课后趣味性实验进行创新拓展
探究性实验设计，其本质的目的是对学生的实验素养进行科学培养。而且，在开展探究性实验过程中，还能够将学生的主动性积极性充分地调动起来，进而使得学生的创造性思维、问题解决能力得到有效的提升。由此，对课后的趣味性实验加以利用，也可以达到对实验进行创新的目的。
开展课外探究实验主要有如下两种策略：一是将与生活联系密切的内容设计为校本课题，让学生在课后进行课题研究和实验制作。例如学习完必修Ⅰ之后，可以让学生开展以桥梁设计为内容的课题研究，利用所学物理知识及阅读科普读物设计桥梁的材料及性能，自己亲自制作一个桥梁模型等。还可以进行如“菜刀上的力学”“刹车时车轮抱死的利与弊”等课题的研究，在课题研究与实验设计的过程中，既加深了学生对所学知识的理解，又培养了学生的科学思维能力，增加了学生的学习成就感。二是将日常生活与物理探究实验有机融合。例如“水火箭”这个探究性实验，在这个实验中，要探究瓶中所装的水量与发射高度的关系，水量多反冲力作用时间长，但瓶和水的重力也增加了，可以利用这一探究性实验的趣味性，来激发学生的学习兴趣。可以将这个探究性实验当作是课后作业布置给学生，进行实验方案设计。在实验探究过程中，主要目的并不是要借助多么先进的实验器材，而是在这一过程中使学生独立思考的能力、动手操作能力以及沟通协作的能力得到锻炼。而在经过自身亲自设计与参与之后，学生的模型建构能力、解决问题能力便可以得到培养，学生的核心素养也可以得到提升。
3  结束语
总的来说，核心素养视域下对高中物理实验进行创新教学，需要从核心素养的四个维度出发，进行全面科学的培养。要灵活采用不同的教学措施，如借助先进仪器和方法挖掘实验教材、精心设置学生分组实验优化教学方式以及有效利用课后趣味性实验进行创新拓展等，从而使学生学科素养能够在高中物理实验教学创新过程中得到提升，同时也及大地提高了高中物理实验教学的有效性。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

-全文完-