以核心素养为导向的高中物理实验教学

雷伟

摘 要：物理教育中，实验是很重要的部分与构成。本文将以核心素养为切入点，分析高中物理实验教学有效思路，用条件化、结构化、情境化、情态化的教学方法，培养和增强学生的核心素养品质与能力。

关键词：核心素养;高中物理;实验教学;方法分析

引言：新时期背景下，核心素养成为我国教育的趋势与追求。实践中需要提炼和总结高中物理实验方法，用行之有效的策略与方案，提高教育有效性。

一、条件化策略

条件化策略说的是揭示实验中知识的出现过程，即以源头为切入点教学，为的是让学生了解实验知识的由来。假设学生并不理解实验知识出现过程，学习时，就只能死记硬背知识[1]。遇到真实场景，就无法设计出正确的电路，也不知道如何解决实验问题。从经验可以了解到的是，小灯泡伏安特性曲线实验电路中，如果教师使用的方法没有站在学生知识理解能力角度考虑，并没有在源头切入，那么许多学生甚至到了高考时，仍旧不理解分压电路如何绘制。设计分压电路：如图1所示。

将小灯泡分别连接到1至2，1至3，1至4不同位置，通过测试可以了解到，此时小灯泡的两端电压不一样。假设图1中出现了许多的电阻，不动小灯泡左面接线柱，此时小灯泡右面接线柱有了许多选项，出现各种各样的电压。当然这种方法缺点十分明显，即无法让小灯泡的两面获得连续变化电压[2]。此时教师可以提出问题，同学们我们怎么做才能让小灯泡脸面获得连续變化电压。此时A学生表示，如图2所示。

使用电阻比较大的元件替代图1中电阻比较小的元件，将小灯泡右面接线柱变成可以滑动划片，通过这样的方法就能连续性调节小灯泡电压。教师回答：从效果可以看到，图2电压调节情况的确好于图1，因为图2小灯泡的两侧电压靠的是滑动变阻器分得，所以图2电路又叫分压电路。使用图2基础，将小灯泡和电流表串联到一起，并联小灯泡和电压表，就能获得小灯泡伏安特性曲线实验电路图。在层层铺垫教学下，学生终于明白分压实验电路。学生明白了分压电路比较可靠，在实践探索中形成了自己的知识点理解[3]。

二、结构化策略

结构化实验知识说的是将实验前后知识创建联系，将新知识引入到原有知识系统，此时学生大脑中就会将二者融为一体，构成全新的认知逻辑关系。这种方法能够揭示知识的本质与原理，便于学生迁移与使用物理实验中获得的知识。假设学生并没有理解实验知识逻辑，将无法在脑海中构成有意义、价值的知识结构。学生学习的知识越多，头脑越混乱，越不知道自己的学习有没有问题。学生渐渐感到实验知识无序与庞杂，不利于学生的头脑思考。高中物理中的许多实验都有一定联系，只需要将这些实验串联到一起，学生就能明白物理知识的本质和特性。

纸带实验：如图3。

图3是本次实验装置，请问同学们可以使用图3实验装置开展哪些实验。此时学生纷纷根据自己的过往经验回答：碰撞不变量实验、机械能守恒实验、功与速度变化实验、加速度和力与质量关系实验、合力方法实验、弹力和弹簧伸长关系实验、匀变速直线运动实验。教师展示图3为的是让学生思考这套仪器能够进行哪些力学实验，在异中求同，通过纵向分析的方法帮助学生在脑海中构成纸带知识结构。随后教师继续提出问题：功和速度变化、加速度和力与质量关系、匀变速直线运动上述三个实验，哪个实验不受摩擦力影响。学生被教师所提出的第二个问题所以吸引，学生开始研究平衡摩擦力的价值和体现，分析哪些需要平衡摩擦力，哪些不需要平衡摩擦力。之后教师提出第三个问题：加速度和力与质量关系实验中，打出了哪条纸带，原因是什么，此时让学生观察图4。

提问学生：功和速度变化实验的纸带是哪条，原因是什么。碰撞不变量实验纸带是哪条，原因是什么。问题的提出，为的是让学生能够识别纸带，明白纸带实验原理。在比较、讨论中，学生对纸带实验建立了深刻理解。

三、情境化策略

情境化策略说的是，教师创设真实实验情境。学生在此过程中，经历如同实验知识产生和使用过程的感受，是一种趣味且充满活力的教学模式。能够使学生表现出学习积极性与主动性，形成学习动力与动机[4]。学生如果没有亲身经历过这样的情境，就会感到实验知识乏味且枯燥，不利于后续的物理实验学习。

比如教师要求学生绘制干电池的电动势以及内电阻实验电路图，并交给学生若干导线、开关、一节干电池、一个活动变阻器，当然教师也可以选择提供学生其他的材料方案，如只有一个电压表和电阻箱或只有一个电流表和电阻箱。当然这样的实验方式显然并没有足够的吸引力与趣味性。

再比如选择器材的时候，实验情境为：电源电动势与内电阻的测定实验中，教师提供给学生如图5的实验器材。

学生根据需求选择合适的器材并实验。情境目的是让学生按照题意，根据情况选择能够满足实验要求的材料，考察学生的实验能力以及知识的掌握情况。学生心中如果了解实验原理和知道正确实验电路，就不会出现实物连接错误问题[5]。

从经验与结果可以看到，很少有学生能够顺利完成这一要求，解决学习中的问题。多数学生所选器材并不合理，这所反映的是，学生并不明确实验原理。假设学生知道实验原理和电路图，器材选择以及电路连接就不会出错。虽然这样的尝试并没有达到预期的教学效果，但在情境的刺激下，学生产生了强烈的实验热情，形成了研究动力和学习积极性。教师在设置实验情境的时候，必须保障实验情况真实性，贴合现实场景[6]。这样学生才能理解实验原理与知识。理解实验原理以后，学生才能顺利解决实验问题。

四、情态化策略

情态化实验知识说的是将实验情感与实验理智相互交融，为的是实现学生科学素养的有效培养。通过这样的过程，学生就会感受到实验的温暖，明白实验不是冷冰冰的过程，是有温度且可以丰富、引领学生情感的学习体验。情态化教学能够将知识和学生的精神头脑融为一体，上升为学生的价值观、态度。比如为了让学生能够理解弹簧的弹性是有上限的，教师可以拿出一根完好无缺的弹簧，随后当着学生的面暴力拉直弹簧，此时可以发现，弹簧并不能正常回缩。这表示弹簧弹性限度有限。这样的教学方法非常直观，虽然破坏了公物，不利于维持教师形象，但在这样的实验中，却能够培养学生正确的价值观与情感态度，是非常好的教学方法。

再比如学习多用电表测量电阻的时候，操作过程包括欧姆凋零。在演示的时候，教师把红表笔插到﹢插孔，将黑表笔插到-插孔。利用投影，向学生展示欧姆凋零操作流程。如图6所示。

学生只需要认真观察就能发现。教师在操作中，手指一直握着金属部分，这样的操作虽然并不会对凋零结果产生影响，但因为人体会分泌汗液，如果长期如此操作，人手含水很有可能会对表笔金属部位造成腐蚀，而这显然是不允许的行为。如同操作天平时，不准许学生用手拿取砝码一样。这样的教学方式并不能实现学生实验态度的有效培养。标准、正确的操作方法为，手指握住表笔塑料部分，而不是握住金属部分。

再比如学习电容器电荷量和电容器两极板电压关系的时候。教师提前为学生提供15V，47μm电解电容器，以及一个电池组、1只多用电表和若干导线。

实验方法为，使用一个不带电的电容器以及一个相同电容器接触进行电荷量平分，以此改变电容器电荷量。使用数字多用电表对电解电容器的两级电压进行测试。

实验的步骤和数据的处理流程为：教师首先交给学生一个没有电的电解电容器，讓学生自己充电，充完电以后记录此时的电荷量q，之后使用数字多用电表对电容器两极电压进行检测。之后使用第二个没有电的电解电容器两极和第一个电解电容器两极接触，分开二者之后，每一个电容器此时携带0.5q电荷量，之后使用数字多用电表对分离后的电解电容器两极电压值进行测量。随后使用其余的几个电解电容器重复前面的步骤，每一次都要记录此时第一个电解电容器的两极电压。最后将测得的所有电荷量结果记录到表格，制作电荷量Q和两极电压差U关系图，如图7所示。

该实验的目的是让学生使用到处能够得到的电容器和干电池、石英钟，获得像高科技DIS实验一样的实验操作结果。学生在实验中心灵受到了震撼，学生形成了成功体验，能够很好的培养学生学习情感。

从实践的结果可以看到，情态化实验知识教学，能够使学生迸发与形成操作和探索兴趣，学生积极、主动体验，激发了学生实验热情，有效提高了学生探究水平与能力，实现了学生实验素养的有效培养。

结束语

物理实验教育必须遵循核心素养教育要求，培养学生的物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。条件化、结构化、情境化、情态化教学能够使学生了解知识的由来，明白知识的逻辑关系，掌握知识如何应用于现实，升华学生的情感体验。高中物理教育需要重视条件、结构、情境、情态的配合使用，提高学生综合素质。

参考文献

[1]朱良宏.新课程背景下高中物理创新实验教学改革的尝试与反思[J].大众标准化，2020（12）：173-174.

[2]桑小斌.高中物理实验教学中学生自主探究的探析[J].科技资讯，2020，18（17）：112-114.

[3]李森荣.微课在高中物理实验教学中的应用初探[J].科学咨询（教育科研），2020（06）：143-144.

[4]沈哲.利用物理实验课题化提升以科学探究为核心的物理学科素养[J].科学咨询（教育科研），2020（06）：134-135.

[5]国秀龙、张丽杰.基于现代信息技术的高中物理实验教学[J].科技视界，2020（16）：173-174.

[6]汪元永.生活素材在高中物理教学中的合理应用[J].中国农村教育，2020（15）：101-102.