核心素养导向下的物理实验教学探究

摘 要：核心素养是学生应具备的必备品格和关键能力，物理是基于实验的重要基础学科，实验教学是开展物理教学的主要方式和形式。本文结合实例探讨了核心素养导向下如何通过高中物理演示实验、设计实验、分组实验和课外实验的教学来有效提升学生的科学思维和科学探究能力。

关键词：核心素养;实验教学;能力培养

在传统的物理教学中，受到“应试教育”理念的影响，教師往往不够重视实验教学。一些教师认为各种实验是浪费时间，因此直接忽视它们;一些教师保留了实验教学，但是基本主导了从理论教学到实验操作的整个过程，学生只是在已经知道实验结果的情况下按部就班地进行实验，并盲目被动地接受结论。实际上，物理实验对培养学生的观察、分析、设计、探究、实践和创新等综合能力所起到的关键作用是其他教学方式无法替代的。教师对实验的轻视将无法很好地为学生构建科学思维，导致学生的实验探究能力不能在自主实验中得到激发和培养。

物理核心素养是指学生在物理学习中形成的正确的价值观念、基本技能和关键能力，主要包括物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任四个方面，其中“科学思维”主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素，“科学探究”主要包括问题、证据、解释、交流等要素[1]。对于物理学科而言，依托物理实验教学，重视对学生的科学素养和探究能力的培养，是培养学生物理核心素养的重要途径。物理实验教学应更加重视演示实验、设计实验、分组实验、课外实验，让学生理解物理概念、规律的形成过程，构建科学思维，掌握科学探究方法，提升实验探究能力。

一、重视演示实验，培养学生的观察分析能力

演示实验是物理实验教学中的首要且重要的一个环节。在演示实验过程中，教师边实验、边讲解，通过实验现象激发学生对于新知识的兴趣，使学生积极地进行自主思考。如果演示实验能设计得生动有趣，就会对学生有很强的吸引力，并极大地提升学生的学习兴趣。

例如，在“力的分解”中讲授“利用小力产生大力”的原理时，可以设计“用刀劈木柴”的实验：事先准备几块同样的木块，让学生选用不同的刀具（刀、剑和斧头等）来劈开它们，接着让学生上台动手操作，并在实践后发现斧头确实是最好用的，最后引导学生画出力分解的示意图并解释原因。接下来还可以设计一个用橡皮筋挂钩码的实验：将钩码挂在一根弹性很好的橡皮筋的中间，然后依次加大橡皮筋两端的距离（缓慢地由两端重合到橡皮筋几乎被拉直），也就是增大两分力的夹角，让学生观察橡皮筋的长度变化。学生能很直观地看到橡皮筋长度不断变长的现象，进而理解“合力一定时，大小相等的两个分力间的夹角越大，分力也越大的特点”。

又如，在讲授“波的形成”时，教师先请一位学生上台缓慢摇动横波演示器的手柄，并用问题引导其他学生认真观察现象，如：“波动过程中各个质点是如何运动的？”“各个质点运动同步吗？”“先运动的质点与后运动的质点的运动形式一样吗？它们有联系吗？”“波动过程到底传递的是什么？”“停止摇动手柄，同学看到的各质点位置连线是什么形状？不同时刻形成的形状相同吗？”等等。学生对波的形成的理解需要过程，所以演示中要舍得花时间，不断重复操作，这样将抽象问题具体化，可以提升学生的空间想象力，培养学生的抽象科学思维能力。

在演示实验的教学过程中，邀请学生参与实验不但可以调动课堂气氛，而且可以让学生体验实验过程，积极开动脑筋思考，在分析和解释实验现象的过程中达到让学生理解所学知识以及培养学生科学思维和科学探究意识的目的，从而提升学生的科学素养。

二、增加设计实验，提升学生的设计推理能力

设计实验是教师为达到特定教学目的，给定实验要求和条件，让学生通过所学知识自行设计方案，然后去完成的实验。教学实践证明，这种实验教学对提升学生的设计能力和推理能力有重要作用，它能够引导学生使用科学的方法筛选、收集有利信息，并锻炼学生解决问题的能力。平常教学中教师可以根据实际情况增设一些简单易行的设计实验，鼓励学生结合理论大胆动手设计实验方案并进行实验[2]。

比如，在“磁生电的探索”教学中，教师可以用一系列问题引导学生理解实验目的和原理，如：“利用磁场如何产生感应电流？”“如果导体棒不切割磁感线能否产生感应电流？”“不切割磁感线回路产生感应电流的原因是什么？”“感应电流的产生条件是什么？”等。然后教师让学生依据实验目的来设计实验方案，并选择合适的实验仪器进行实验。最后教师可以请学生根据实验方案进行演示并分析总结实验现象和结论。起初学生设计的方案可能是五花八门的，这就要求在设计过程中教师要不断通过问题进行引导，如;“为什么要这样设计？”“这样设计有什么优点？”“如果不这样设计，还有没有其他方法？”等，让学生对实验方案不断进行修正，得出最佳方案，最后一起讨论并总结得出电磁感应的产生条件。

设计实验的过程，是让学生按照实验要求、结合理论知识、设计实验方案、选择实验器材、对实验过程中发现的不足及时进行纠正，并分析实验现象和总结实验结论的过程。在设计实验的过程中，教师引导并协助学生逐个解决面对的问题体现了“教师为主导、学生为主体”的教学原则[3]，通过这样的方式能够有效训练和提高学生的收集信息能力、推理分析能力和动手实践能力，还能够培养学生的科学证据意识和批判性思维。

三、落实分组实验，加强学生的协作探究能力

分组实验中，学生根据实验目的、步骤，依次安装或连接实验装置，然后进行实验并对数据进行收集和分析，最后根据实验原理总结得出实验结论。传统物理实验课堂因教师“一言谈”而显得有些沉闷、枯燥，分组实验可以打破这种沉闷，促进学生之间的交流，活跃课堂气氛。

比如在“研究单摆的周期”的教学中，教师先通过演示让学生猜想其影响因素可能有摆长、振幅、摆球质量、重力加速度等等，接着让学生利用控制变量法分组探究影响单摆周期的各种因素，探讨实验方案。在进一步研究“周期与重力加速度g的关系”时，教师可引导学生讨论并尝试用磁铁模拟地磁场进行研究。实验结束后，教师还可让学生在组内对实验过程、实验现象及实验误差进行分析讨论，提出针对实验的改进措施和具体建议，并进行小组间的相互交流、经验分享，实现各组之间的优势互补。

在分组实验过程中，学生之间分工合作、各抒己见，这有助于营造良好的学习氛围，增强集体意识。同时，组内成员还可以在交流过程中积极思考、相互学习，从而更加熟练地掌握理论知识和所需技能。分组实验能培养学生的协作能力、总结能力和思维能力，还能通过组内外的互助和督促使学生养成实事求是、认真严谨的态度。

四、创设课外实验，增强学生实践创新能力

课外实验是对物理课堂教学的有效的补充和扩展。物理课后，学生有时会有种“意犹未尽”的感觉，课外实验则可继续满足学生的好奇心，进一步提升学生对物理的学习兴趣和独立思考的能力。

比如，在学习了“力的平行四边形定则”之后，教师可以让学生回家用硬纸板或木板条等材料自制一个平行四边形模型，去探究“合力的大小和方向随原来两个分力夹角的变化将如何改变？”“两个共点力的合力的取值范围如何？”“夹角取特殊值时，合力如何计算？”等;第二次上课时，教师可以让学生上台展示自制的模型并利用它汇报探究成果，在汇报过程中，教师还可以与学生交流，对不同的模型进行比较和评价。这样学生通过自制模型、上台展示和比较分析，将能更加熟练地应用平行四边形定则思考和解释日常生活中的实际问题。

又如，在学校科艺节活动中，高中物理组可以组织一个名为“摔不破的鸡蛋”的有趣活动。活动前先公布活动内容和比赛规则：提供生鸡蛋一枚，各组自制道具，让生鸡蛋从不同高度下落而不破，高度最高者获胜。活动评出一、二、三等奖，并发放获奖证书和奖品。教师组织各班同学推选代表组队报名并发放生鸡蛋，让学生回家研究方案，制作作品。科艺节时各组学生带着自制的五花八门的作品前来参赛。随着发令老师的口号，各式各样的“鸡蛋”作品纷纷从二层楼落下，然后再从三层、四层、五层……依次释放，比赛中参赛者个个斗志昂扬，各班的拉拉队和观众们也兴致勃勃，人群中不时爆发出一阵阵欢呼声，场面非常壮观。通过这样的开放的活动，同学们能亲眼看到平常非常容易摔破的鸡蛋在各种巧妙的包装下变得“坚不可摧”。在发表作品介绍时，同学将尝试用物理动量定理等知识解释原因。这个活动是物理课堂教学的延伸，它让学生从动手操作的实践中获得物理知识，从思想深处感知、理解物理知识，进而激发学生对物理学习的兴趣，启发学生的科学思维，提升学生的物理学科素养。

物理课外实验不受到课时时间和教室空间的限制。教师通过合理地布置课外物理实验，可以让学生更加善于发现并利用身边的资源，并在安全的前提下设计实验、自制教具、观察现象。这一过程趣味性强、操作简便，贴近生活实际，能使学生动手实践能力得到提升，并对抽象的物理规律有更加深入的理解，有利于培养学生的科学兴趣和科学探究意识，真正实现“从生活走向物理”的课程理念[4]。同时，课外实验也是对课本知识的拓展，将课本理论知识付诸课外实践，也能让学生明白“知识源于课本，但高于课本”的道理。

在核心素养导向下，物理教学不再是单纯地传授课本知识，而是应该更加注重培养学生的物理学科素养。本文结合具体例子分析了各类物理实验的教学并提出了相應的教学策略。在物理实验教学中，教师需要不断提升自己对于核心素养的理解，并做到：注重演示实验，增加设计实验，落实分组实验，创设课外实验，促进对学生的科学思维和科学探究能力的培养。教师还应进一步引导学生树立正确的科学态度，勇于承担社会责任，逐步拥有社会发展所需要的品格和能力。依托实验教学，积极培养学生的物理核心素养，将有助于提升学生的综合能力，最终使他们成为国家、社会所需要的有技术、有能力、有素质的人才。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部著.普通高中物理课程标准2017年版[M].北京：人民教育出版社.2018.

[2]杨雪梅.高中物理实验教学中学生动手实践能力培养策略[J].课程教育研究，2016（28）：162-163.

[3]孙国林.“教师为主导、学生为主体”教学原则的理论依据[J].内蒙古教育，2008（18）：18-19.

[4]陈庆朋.“从生活走向物理”的意义阐释[J].教学与管理，2008（18）：109-110.

作者简介：余爱珍（1972-），女，福建莆田人，中学一级教师，从事高中物理教学方面的研究。