核心素养视域下高中物理实验探究教与学的策略

罗翀 姜明姬

摘   要：实验探究教学是高中物理教学的重要组成部分，“探究性实验”是高中新课程标准所倡导的“科学探究”中很重要的部分，也是培养学生核心素养的主要途径，高中物理教师应将培养学生学科核心素养的理念贯穿到整个实验探究的教与学过程中，通过具体的实验探究过程培养学生的物理核心素养。本文重点研究基于核心素养的高中物理实验探究教与学的策略。

关键词：实验探究;核心素养;高中物理;教学策略

高中物理的核心素养是学生适应个人终身学习的社会发展需要的基础知识、关键能力和科学态度等方面的表现，是学生通过物理学习集中体现的带有物理特征的品质，主要有“物理观念与应用”“科学思维与创新”“科学探究与思维”“科学态度与责任”四个维度构成[ 1 ]。实验探究是指在学生不知道相关知识，尤其是不知道各物理量之间关系的前提下，由教师引导和配合[ 2 ]，再让学生围绕某个问题通过实验设计、实验操作、分析综合、得出结论并对结果进行交流的一种科学探究形式。在此过程中，学生探究实验现象产生的原因，从定性或定量的角度去找出内在的联系，并进行归纳和总结，从而得出正确结论，形成物理概念，掌握物理知识和规律。这样的实验探究过程对培养学生逻辑思维能力[ 2 ]、动手实践能力、科学探究精神等都具有重要作用，是提高学生科学探究和科学思维能力的有效途径。

1  通过实验探究帮助学生形成物理观念，并能用其解釋自然现象和解决实际问题的策略

物理观念是指概念以及规律在脑海中得到升华和提炼。高中物理知识比较抽象，难于理解，对学生的逻辑思维能力要求比较高，教师若不注重教学方法，一味进行理论灌输，则会加重抽象物理知识教学的枯燥性，导致学生逐渐失去学习积极性和好奇心。因此在高中物理教学中，教师要明确以培养学生核心素养为目标的教学模式，重视实验探究，善于结合教学内容设计有趣的探究性实验，并想方设法引导学生积极参与整个实验探究过程，让学生在探究过程中理解物理规律发现过程，探究的思想方法等，以实现自身的理解消化，促进物理观念的形成，构建物理知识体系。 例如教师在进行“自由落体运动”的教学时，可通过让学生观察以下几个实验的现象引导学生进行讨论的方法进行科学探究，自己得出“自由落体运动”的概念：

实验1：让一枚硬币和一张展开的纸从同一高度，同时由静止开始下落。

实验2：用一张纸裁成一模一样的两半张，其中半张捏成团，让展开的纸和纸团同时从同一高度由静止开始下落。

实验3：让纸团和硬币同时从同一高度由静止开始下落。

实验4：观察有空气“牛顿管”中羽毛、铁片等质量不同的物体同时由静止开始下落的情况，再对“牛顿管”抽气至接近真空，观察几乎无空气阻力时羽毛、铁片等质量不同的物体同时由静止开始下落的情况。

通过以上几个现象的对比让学生的思维产生碰撞，引发学生的思考，将学生的思维活动推向高峰，教师再引导学生对以上实验现象进行分析、比较和抽象，从而得出自由落体运动的概念和规律。

通过这种学生参与实验探究的方式进行教与学，学生不仅印象深刻，还能引发学生的好奇心和求知欲，加深对概念的理解，也能更好的用于解释一些相关的生活现象。

又如教师在进行“光的全反射”一课的教学时，也可以通过实验来探究并引导学生总结出全反射现象、全反射的条件、临界角等几个物理概念规律。

像这样在实验探究过程中，不断设计问题引导学生深入剖析，探究知识背后的规律本质，进而形成属于自己的物理观念，逐步从知识表层深化到知识内涵，并学会用其解释自然现象和解决实际问题，从而促进思维品质发展，真正提升学生的核心素养。

2  通过实验探究培育学生的科学思维与创新能力的策略

在物理实验探究课上，教师要注重科学思维的培育，要让高中生明白，物理知识的学习，本就是要伴随着质疑和探索，教师在实验探究课上的引导，帮助高中生形成质疑和探索的精神，通过设置一系列逐层递进的探究性问题，引导学生结合实验探究并深入思考，在分析和解决问题的过程中锻炼学生思维能力，促进学生形成科学思维，提高创新能力。物理实验探究课上教师要给学生自主思考以及探究的机会，帮助他们实现更加高效地学习和科学思维能力的提升。例如：在“探究静摩擦力大小的变化”时，教师可以提供给学生实验器材，然后引导学生自己设计实验方案，如图1所示，并让学生思考：（1）弹簧测力计如何拉木块？（2）如何改变木块对接触面的压力大小？引导学生得出结论后再让学生分组探究，并让学生探究以下问题：①静摩擦力大小随拉力怎么变化？②当拉力增大到木块开始沿接触面滑动时，静摩擦力达到什么值？③最大静摩擦力随两物体间压力大小怎么变化？引导学生层层递进思考，了解科学探究的方法和过程，自己得出结论，培养学生的科学思维与创新能力。

教师还应当对学生进行合理引导，通过以问促教的方式，利用情境提问来引导学生自主探究。例如在“探究加速度与力、质量的关系”的实验探究教学过程中，可以用以下程序进行教学：⑴创设好相关情境，让学生亲自体验：①稍微用力可以改变滚动状态下乒乓球的轨迹;②使用相同大小的力作用于滚动的篮球，观察其运动方向;③到教室外让学生推一辆空的三轮车，能够很容易推动，④当三轮车上载满货物后，使用同样大小的力却很难推动。⑵然后提出问题：加速度和物体质量之间的关系？⑶教师再引导学生进行猜想，交流讨论，让学生提出不同的观点：①加速度和力成正比，力越大，加速度越大;②加速度和质量成反比，力大小一定时，质量越大，加速度越小。⑷让学生根据自己的观点设计实验，并自己去探究结果。⑸在实验探究过程中，引导学生发现实验装置中存在较大摩擦力，可能对实验结果产生影响，要求学生相互讨论，自己处理好摩擦力的问题，让实验结果更加准确。为使学生更加深入理解物理现象，教师可以要求学生自己制定实验计划、设计实验方案，然后自己进行实验操作，最后自己进行数据处理、得出结论和误差分析等。这种教与学过程不仅关注推理结论，更重视推理过程，从而达到有效培育学生的科学思维与创新能力的目的。

3  通过实验探究培养学生的科学探究与思维能力的策略

实验探究是如今在物理实验课上比较常用的一种模式，可以改变以往高中生的学习模式，突出高中生在物理实验课上的主体性。教师要接受这样的理念，在物理实验课的开展中，切实将这个理念体现在实际教学中，然后在物理实验课上促进高中生探究能力的提升。

科学探究的基本过程有七个要素，有固定的步骤和流程，但受限于实验课时间和各种物理实验的特殊性质，使得学生往往不能充分体验到每个实验探究中的每个探究要素，为了提高高中物理实验探究课堂教学效率和效果，教师就要合理安排好实验探究的过程，结合实验性质就学生某一探究要素进行重点培养，如“提出问题、设计实验、收集数据、交流合作、分析论证”等能力，从而真正达到在学到知识的同时不断提高学生科学探究素养。

例如教师在实验探究过程中可以不断创设一些贴近学生生活的问题情景，让学生结合探究过程观察到的现象发表自己的看法，大胆提出问题，与他人交流讨论。如在上“力的分解”时，为了探究“合力大小一定，随着两分力的夹角的增大，分力大小怎么变时”，可以先设计“汽车不小心陷入泥潭，能有什么方法可能凭一个人的力量将汽车拉出泥潭？”“为什么桥都会有长长的引桥”等问题，让学生一起交流探讨，从而培养学生提问和交流合作能力、解决实际问题的能力和创新思维能力，从而提高学生科学探究素养。

因此物理实验课上要多加入一些探究性实验，如今物理教材中也有很多“实验与探究”“迷你实验室”等，教师要充分利用教材，在物理实验课上引导学生结合书上给出的情境，展开探究实验的自主设计以及实践，结合科学探究的规律和步骤，学会用控制变量法、图象法等诸多的方法进行探究，达到实验的目的，得到准确的结论，完成实验探究的目标。

4  通过实验探究以及实验反思培养学生的科学态度与责任的策略

所谓的“科学态度”涵盖了旧课标三维目标中“情感、态度与价值观”的含义，包括学习兴趣、求真精神和团队作风等，是物理新课程的重要目标。因此教师在进行实验探究教学时，要想办法激发学生的好奇心和兴趣，并在教与学的过程中培养学生的求真精神和团队协作精神。例如在“探究超重和失重现象”的实验教学时，教师可以给每个小组的学生都准备一个比较重的钩码和一条细的纸带，让学生用纸带竖直拉着，保持静止时纸带不断，加速向上拉，结果纸带断了，从而引发学生的好奇心：纸带为什么会断？然后让他们再用相同的纸带试试匀速上拉、下拉或者加速下拉是否纸带也会断，并思考为什么。这样的实验简单易操作，又生动形象，既激发了学生的兴趣，给他们留下了深刻的印象，又启发着学生去思考和探索客观世界，培养了他们的求真精神。也可以将体重计搬到教室里，让学生下蹲和起立并观察体重计的示数变化来体验超重和失重;还可以带领学生将台秤和要测量的物体搬到电梯里，在电梯的整个运动过程中观察并记录台秤的示数变化来分析超重和失重。采用这样生活化的实验器材，结合生活中的物理现象设计实验，将实验探究与生活紧密相连，可以让学生在理解物理知识的同时，培养学生严谨的科学态度和正确的科学责任感。

同时，在实验探究教学后，教师还应引导学生积极进行实验反思，通过回顾实验过程发现自身探究中存在的问题，在总结和反思过程中加深对实验探究的理解。例如在进行“探究机械能守恒定律”的实验时，学生容易忽略接通电源前要保持手不动，并让提起的纸带保持竖直;也容易忽略先接通电源后释放纸带的操作等等，从而导致得到的结果与理论结果相差较大，甚至相违背。教师要引导学生反思这些操作细节，分析它们所带来的误差，养成严谨认真的科学探究态度。

为了培养学生的社会责任感，教师要想方设法创造条件，让学生有机会走向社会，并引导他们用自己已学的物理知识来分析和解释在实践过程中遇到的实际问题。例如在“探究共振现象的条件”时，可以带学生去操场荡秋千，让学生体验受迫振动，并思考探究如何让秋千越荡越高，什么时候荡的最高，请谈原因;还可以让学生在家里观察洗衣机的脱水过程，看什么时候洗衣机振动的最剧烈;或者让学生体验观察“龙洗”里的水什么时候喷的最高;或者带学生参观建筑工地，观察工地上浇筑混凝土时怎样使用振捣器;或者带学生去工厂参观并观察共振筛如何筛除杂物，思考如何提高筛除杂物的效率;或者带领学生观察跳水运动员起跳动作的“颠板”过程，思考什么时候弹跳的最高……这些实践活动在激发学生学习物理兴趣的同时，也让他们体会到物理与社会的紧密联系，增加他们承担社会责任的决心和信心，从而树立起学生的社会责任感。

总之，高中物理实验探究是让学生更加深入地理解、掌握和应用物理知识的有效途径，教师在实验探究的教与学中必须要紧密结合新课程的标准要求，對高中物理实验探究教学不断创新改革，依靠更加科学的教学策略来让学生在实验探究过程中将物理知识转化，形成物理观念，在实践中提升探究素养，在解决问题中形成探究思维，在实验反思中形成严谨的科学态度，从而真正实现学生物理核心素养的培育目标。

参考文献：

[1]张俊锋. 关注学科核心素养 提升广泛关键能力——浅谈新课程标准下的物理教学思考[J].新课程（下）， 2019（3）：190.

[2]赖少金. 初中物理实验探究的教学及实施[J]. 新课程学习 （学术教育），2010（4）：118-119.