基于高中物理实验教学的学科核心素养培养方法研究

熊亚林

摘 要：培养学生的学科核心素养是新课程改革提出的新目标，特别是在高中阶段，教师在开展教学工作时更应该将发展学生的学科核心素养作为最主要的教学目标。物理学科是一门自然科学基础课程，而物理实验在整个物理学科教学中起到十分重要的作用。文章主要对在高中物理实验教学中培养学生学科核心素养的方法进行了研究。

关键词：高中物理;实验教学;学科核心素养;方法

一、学科核心素养的内涵

核心素养主要指学生应具备的，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。研究学生发展核心素养是落实立德树人根本任务的一项重要举措，也是适应世界教育改革发展趋势、提升我国教育国际竞争力的迫切需要。物理学科核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。

物理学科核心素养是学生在学习物理过程中逐步形成的知识积淀、思维品質、能力表现、科学思想以及科学的情感、态度和价值观的综合体现。高中物理学科核心素养，主要由“物理观念”“科学思维”“实验探究”“科学态度与责任”四个方面构成，是高中物理学科课程目标的进一步体现。

二、高中物理实验教学中学科核心素养的培养现状

目前，许多学校对培养学生核心素养的重视程度还不够。部分高中物理教师更加注重物理知识的传授，而并非让学生主动参与实验教学活动，这样就使得学生缺乏对实验技能的钻研以及对探究实验的参与感，也无法激发学生对创新实验的兴趣。在物理实验教学中，学生应该处于主体地位，主动探究问题，寻找解决方案，而不是一味地去模仿教师所演示的实验。在进行高中物理实验教学的过程中，教师如果仅注重对多媒体的运用，而忽视对学生动手能力的培养，那么就很容易导致学生在学习的过程中被动地接受知识，在这样的情况下，学生就很难较好地理解一些比较抽象的内容。还有部分教师在教学的过程中仍然采用比较传统、死板的实验，让全班同学在相同的时间内做相同的实验，产生的现象都是相同的。这就使得学生失去了开展物理实验的兴趣，在实验的过程中也不会仔细观察实验现象，不知道哪些是重要的数据，记录更是无从谈起。这就限制了学生思维能力以及创新能力的提高。因此，物理教师要分析当前的实验教学情况，培养学生的物理核心素养，提高实验教学水平，让学生树立物理观念、培养创新思维能力。教师还要让学生在实验中加强与同学的合作交流，确保物理实验能够成为学生学习物理的有力工具。

三、高中物理实验教学中培养学生学科核心素养的作用

（一）培养学生良好的学习习惯和优秀的品质

培养学生良好的学习习惯是教育的一个重要任务，也是实现教学目标的重要保证。要想学生学好高中物理，就必须养成良好的学习习惯。在高中物理实验教学中培养学生良好的习惯对于提高学生的学科核心素养起了十分重要的作用。在开展物理实验的过程中，学生要具备严谨的科学态度以及正确的物理观念，要培养自身良好的观察能力，通过教师的演示实验，明确实验步骤，学会物理知识。在开展物理实验教学的过程中，教师还要培养学生在小组中的交流、合作能力，无论探究性实验还是其他实验，学生都应该与他人进行沟通交流，以得出正确的实验结果。在一次次的探究实验中，学生优良的科学品质以及坚韧不拔的科学精神可以得到很好的培养，学生可以在开展实验的过程中锻炼自身的思维能力，获得思考之后得到正确答案的成就感，发展自身实事求是、坚持真理的品格。

（二）帮助学生树立正确的物理观念

大量的教学实践经验表明，学生的物理观念是在不断积累基础知识的过程中树立的。学生树立正确物理观念的前提是学习基础物理知识，只有熟练掌握相关理论知识，学生才能在此基础上构建自身的物理知识体系。从另外一个层面来说，如果缺乏基础物理理论知识，学生不仅很难树立正确的物理观念，还会误导其学习方向，这不利于学生物理思维的形成以及核心素养的培养。由此可见，教师要想帮助学生树立正确的物理观念，就一定要重视物理基础课程。教师可以融入生活化情境为学生深入分析物理概念，帮助学生为物理学习打下坚实的基础，以此促进学生正确物理观念的形成。此外，物理学是一门抽象性较强的学科，其对学生的逻辑思维能力以及时空想象能力提出了更高的要求，简单来说，学生要在学习的过程中构建出相应的物理模型，以服务于自身的物理学习。在开展实验教学的过程中，教师要引导学生提出问题，接着让学生组成学习小组，让学生在组内与成员一起进行猜想和假设并开展信息收集活动，然后再让学生对获取到的信息进行处理，以便更好地开展实验。学生在高中阶段的学习过程中必须培养实验探究意识，这要求他们在日常的学习以及生活中能够发现问题，然后根据问题提出自己的猜想，最后设计出科学、合理的实验方案并将之付诸行动，开展探究活动。在这一过程中，学生要学会运用各种手段来收集、整理信息，具备良好的信息处理能力和探究能力。

（三）构建模型提升学生解决问题的能力

构建物理模型是人们在处理物理问题时采取的一种手段，它是一种理想化的状态，从某种程度上来说，是物理知识最直观的体现。有相当多的科学家都是从物理模型开始对物理理论进行研究的，他们会运用理想化以及抽象化的方法将一些不同的现象共同的本质特征寻找出来，进而构建出一个实物体系，也就是物理模型。在日常的物理教学过程中，教师教导学生明确物理过程的处理方法，将物理过程转化为一些比较直观的思维导图或树状图就是为了构建物理模型。当学生能独立构建物理模型后，他们就可以根据模型所展示的信息来解决物理问题。在高中物理学习的过程中，教师最常用的一种力学模型是质点，最常用的一种电场模型是点电荷。在处理具体物理问题的过程中，教师可以教导学生根据物理知识的特征来构建物理模型，模型特征越明显，问题解决的过程就越顺利，基于此，构建物理模型的前提是找到物理知识的特征。在高中阶段的物理教学过程中，教师要引导学生根据不同的问题来构建不同的模型，还应该关注学生构建模型的思路以及方法，及时找出学生存在的不足并对其加以指导，这样不仅可以培养学生的思维能力，还能促使学生运用自己已经掌握的知识来解决问题，以更好地调动学生学习物理的积极性，确保学生的物理学科核心素养得到发展。

四、高中物理实验教学中学科核心素养的培养方法

（一）运用现代化教学手段，培养动手能力

在以往传统的物理实验教学课堂上，往往都是教师先为学生讲解实验的步骤以及原理，然后为学生演示实验，让学生观察实验现象，在实验完成之后，教师再让学生进行记忆，致使学生没有主动思考和动手实验的机会。这样的教学方式忽视了学生的学习主体地位，制约了学生的动手能力以及操作能力的发挥，在很大程度上影响了物理实验教学的质量。在新课程改革背景下开展物理实验教学的过程中，教师要摆正自己的位置，要充分尊重学生的主体地位，让学生自己动手进行实践，明确自身作为指导者的职责，当学生在实验的过程中遇到问题时，教师要及时为学生指点迷津，确保学生能在获得良好的实验学习效果的同时，保持高度的热情，产生持续学习的动力，帮助学生更好地学习物理。教师在开展实验教学的过程中还要充分地认识到实验教学的重要性，根据学生的实际学习情况和教学内容适时调整教学计划和教学方式，通过运用多种教学手段来激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，以便更好地培养学生善于思考、主动思考的习惯，对学生的动手能力以及实践能力进行培养，进而使得物理实验教学质量得到提升。此外，教师还要注重培养学生运用已经掌握的知识来解决实际问题的能力，在实验教学的过程中教师不应直接先为学生讲解实验步骤和原理，而可以运用多媒体手段呈现实验视频，激发学生的学习兴趣，再提问学生是否想弄明白产生这一现象的原理，进而引入实验教学。在带着兴趣开展的实验学习过程中，学生会主动调动思维去积极思考，会主动学习如何使用实验器材、实验应该如何进行操作等，这样，学生就能获得良好的实验学习效果。例如，在教学感应电动势大小相关知识时，教师可以运用多媒体为学生播放运用导体对磁感线进行切割，导体与磁体之间发生了相对运动，进而使得闭合电路的磁场也发生了变化这一视频。学生根据这一实验现象往往就能够推断出穿过闭合电路的磁通量变化得越快，感应电流和感应电动势就越大，当学生得出这一结论之后，教师再引导学生对法拉第电磁感应定律进行推导。这样，物理实验教学效果就能获得有效提升。

（二）设置物理实验小组

为了提高学生的学习成绩，教授给学生更多的物理知识，激活学生的思维，教师可以让学生在物理实验教学中进行小组合作，共同完成实验教学。在传统的物理教学课堂上，教师只是在讲台上讲，学生只是坐在下面听，这样的课堂缺乏生机。受应试教育思想影响，教师往往只会按照教学大纲教授物理知识;课堂时间有限，教师只会考虑如何完成既定的教学任务，这样便导致学生在课堂上只能被动地接受知识，无法亲自动手去验证知识的科学性，学习兴趣更是无从谈起。众多研究结果表明，让学生参与教学活动可以激活学生的思维，激发学生的学习热情，小组合作学习更是可以让学生在讨论的过程中解决难题，获得自身能力的发展。教师要认真分析学生的实际学习情况，根据学生的学习能力将学生进行分组，将不同学习水平的学生分为一组，以缩小各小组之间的差距。

（三）进行探究性实验，参与物理竞赛

在物理实验教学中进行探究性实验的目的是全面培养学生的学科核心素养，让学生自主设计课题，根据课题自主设计实验方案来进行探究性实验，不仅可以激发学生的学习兴趣，还可以充分调动学生的积极性，激活学生的创造性思维。在开展探究性实验时，教师只是充当引领者的角色，更多的是让学生自己动手发现问题并解决问题，让学生可以进行小组合作，共同探究实验的結论，并从中受到启发。学生也可以积极参与各种物理实验竞赛，从创新性实验中得到启发，从而培养自身的学科核心素养。比如，学生可参与有关机器人或者航空模型的创新实验竞赛，通过参加这些竞赛，在短时间内提升思维能力，成长为创新型人才。

（四）基于核心素养的仿真实验在高中物理教学中的应用

在开展物理实验教学前，教师要进行科学的课前准备，对本堂课所涉及的物理知识进行整合，并构建合理的逻辑框架，从实验设备的操作及原理，到物理实验的基础知识，再到实验流程的设计和实验结果的分析，教师要分清课程内容的重点，做好课前引导工作，提出能够引发学生思考的问题，并在课后做好总结归纳工作。

这一部分，我们采用课本中卢瑟福α粒子散射实验的可视化教学进行举例说明。

卢瑟福α粒子散射实验又名金箔实验，被铅块所包裹的α粒子源通过一条狭长的通道形成一条射线，并打在金箔上，粒子穿过金箔并经过一定角度的折射后被一条带有荧光屏的凸透镜所接收，在平面内旋转出不同的角度来观察α粒子。散射后的粒子在荧光屏内形成微弱的闪光，通过放大镜可以观察到某一时间内某一方向上的粒子数目。当粒子穿过金箔时，受到库仑力的作用而发生运动方向的改变，也就是我们所说的α粒子的散射。通过研究粒子散射的情况，可以推导出原子内部电荷的分布情况。

大多数α粒子在穿过金箔后仍然会按照原本的方向前进，仅有少数粒子发生了大角度的偏转，甚至有些粒子被金箔“撞了回来”。卢瑟福经过缜密的思考后认为：电子无法造成大角度的粒子偏转，因为电子的质量极小，仅为α粒子的1/7300左右，按照动量定理，电子很难使粒子的运动轨迹发生明显的改变，其对粒子运动状态的影响几乎可以忽略不计。也就是说，α粒子的偏转是受到了原子中除电子之外的其他物质的作用，且该物质的质量相对α粒子而言较大，且带有正电荷。经过数据分析后，卢瑟福给出了结论：原子内部大部分质量集中于一个极小的空间范围，并带有正电荷，使得α粒子在经过时受到极强的斥力并发生大角度的偏转，并由此构建了自己的原子结构模型，也就是我们说的核式结构。

结 语

本文立足高中物理实验教学，从培养学生学科核心素养的角度出发，充分调动学生的积极性，激活学生的创造性思维，培养学生解决问题的能力，探讨物理实验教学策略，让学生不断提高创新意识以及思维能力，成为具有核心素养的社会型人才。

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