核心素养视域下高中物理探究性实验教学的开展

郑培

随着素质教育的不断深入，高中物理实验教学应当响应新课标的要求，改变以理论为主的教学模式，着重培养学生的核心素养。教师需要立足于探究性实验教学，锻炼学生的创新实践能力。在核心素养视域下，高中物理学科的探究性实验教学应当针对培养学生的物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任。这对于激发学生的物理学习兴趣、拓展物理学科的教学深度均具有重要意义。

一、核心素养视域下高中物理探究性实验的教学要点

（一）保证实验教学的直观性

在高中阶段，学生的学习思维正由感性向理性的方向转变。如果学生接触的实验内容过于晦涩难懂，将很难引起学生的学习兴趣。因此，物理教师在组织探究性实验时，应当保证实验教学的直观性。针对这个目标，教师需要做到以下几点要求：

首先，教师在演示物理实验时，应当剔除掉某些不必要的操作，尽量让整个实验过程显得简洁、清晰。这需要教师规范实验过程，不在实验中无意识地做一些小动作。否则，学生很容易被一些无关紧要的行为迷惑，从而影响到学生的实验探究效率。

其次，探究性物理实验应当突出一些亮点，能与学生的固有认知建立冲突，在学生的内心留下强烈的印象。比如，在实验中展现出一些学生想象不到的震撼场面。正如前文所言，高中生的物理思维虽然逐渐向理性的角度发展，但还是会受到感性思维的影响。因此，通过探究性实验的结果给予学生强烈的感官刺激，可以有效调动学生的学习动力。

其三，实验的结论切记不要模棱两可，尽量要以成功为主。即使实验过程出现纰漏，也要与最初的实验研究目标建立一定的联系，能让学生从实验中得到一定的学习收获。

（二）保证教学介入的适度性

在高中物理探究性实验教学中，学生应当作为教学主体，亲身参与到探究实践的过程之中，这需要教师将实验学习的主动权放给学生。在此过程中，教师应当控制好教学介入的尺度。

首先，教师不宜介入太深。比如有些教师习惯事无巨细地指导学生，对学生每一个实验环节都要过问。在这种情况下，学生的实验探究将会束手束脚，深受教师的影响。长此以往，学生甚至会成为教师手中的牵线木偶，向师云亦云的方向发展。因此，教师不应担忧学生出错，而是要给学生预留独立思考的余地，引導学生从错误中反思、改正，这样才能有效培养学生的物理核心素养。

其次，教师不宜完全放权。相对于一些事无巨细的教师，个别物理教师走向了另一个极端。在探究性实验教学中，这类教师干脆对学生的探究过程不闻不问，只关注学生最后的实验结果。当学生在实验中遇到难题，因为无法得到教师的及时帮助，而严重影响到了探究学习的效率。此外，个别学生的学习自制力较差，在实验中会出现走神的行为。如果教师完全放任不管，没有做好监督工作，同样对学生的实验探究学习极为不利。

（三）建构严谨的知识体系

学习物理如同建造一座高楼，需要从地基开始不断夯实，逐层逐级的慢慢堆砌。因此，在探究性实验教学中，物理教师应当将新知与旧知联系在一起，建构出严谨的知识体系。这可以帮助学生形成良好的物理观念，激活科学思维。除此之外，良好的知识体系也有助于拓展实验教学的范围，帮助学生从课本走到现实生活，将生活元素与物理知识联系在一起。由此，不仅打开学生的学习视野，也能激活学生的“STSE”理念，对学生“学科态度与责任”的成长大有裨益。

（四）鼓励学生勇敢创新

高中生在物理探究实验的过程中往往会墨守成规、不知变通。教师应当让学生了解到教材中的物理实验步骤并非金科玉律，学生可以对实验过程大胆批判、勇敢创新。如果学生固步自封，将教师演示的实验过程作为标准答案，只是盲目地进行照搬照抄，那么探究性实验就等同于形式主义，学生的实验探究相当于重新模仿了一遍最基本的实验流程，这明显不利于学生核心素养的形成。因此，教师应当引导学生主动设计实验，改进实验细节，选择更为合理的器材，以活跃学生的物理思维，提高学生的学习自信。

二、核心素养视域下高中物理探究性实验的教学策略

（一）构建生活情境，培养物理观念

所谓物理观念，指人们充分理解物理规律之后，在脑海中形成某种有关物质、能量、运动的认知观念，比如相互作用观念、能量观念等等。想要在物理实验教学中培养学生形成物理观念的核心素养，教师需要基于直观性原则，在演示的过程中创设引人入胜的教学情境，从而完成抽象建模，让学生结合物理模型来加深对重难知识点的理解。对此，教师可以引入生活元素，利用学生熟知的生活事物来设计实验，将重要的物理知识演示出来。这样不仅能加强物理与生活之间的联系，也能激发学生的探究学习欲望。

比如，教学“内能转化成机械能”的知识点时，教师可以拿出一个学生在生活中随处可见的空塑料瓶，将瓶盖拧紧，然后用力挤压瓶子中间部分，将其压瘪。最后，轻轻拧松瓶盖之后，学生会发现瓶口出现响亮的声音，瓶盖在某种作用力下飞出去很远。同时，瓶口产生了许多轻微的白雾。这个实验的过程简单、现象突出，有许多可以探究学习的切入点。比如产生白雾的原因，让瓶盖飞出去的作用力是什么等等。通过这个实验，也能为学生直观构建出“能量转化”的模型，有效强化学生的物理观念。

（二）引入思考问题，激活科学思维

所谓科学思维，是学生从物理视角来分析事物、了解其本质的属性有什么样的内在规律，以及事物与事物之间的相互关系等等。在了解的过程中，学生需要完成分析、推理、论证、总结等思考的过程。换言之，想要通过高中物理探究性实验激活学生的科学思维，教师需要结合问题，引导学生深入思考。通过学生的好奇心来增加其自主学习的内驱力，充分锻炼学生的物理思维。

在探究性物理实验教学中，教师所提的问题包含六大要素：实验控制的对象是什么？实验测量的对象是什么？实验改变了什么？以及如何控制、如何测量、如何改变。例如探究加速度与物体质量、物体受力之间的关系的物理实验，以往的实验模型如图一所示，需要学生将小车放置在倾斜的轨道上，通过改变托盘上的砝码来调整小车质量的大小，用打点计时器来获取不同的实验数据。针对这个实验，教师可以对学生提问：（1）你认为这个实验中有哪些不规范的环节？（2）容易产生误差的实验环节可以通过其他方法来代替吗？（3）如果测量的最后数据与预估的结果出现较大的反差，你认为问题有可能会出现在什么地方？由此，通过各种各样的问题，引导学生对物理实验进行综合性的质疑、评价、反思。帮助学生脱离传统的物理实验步骤，从更高的层次来分析物理问题。

（三）设计创新方案，加强实验探究

所谓实验探究，指学生在提出物理问题之后，从中产生某种猜想。然后针对这个猜想来做出假设，通过物理实验来收集信息，在推理论证之后，得出最后的结论。因此，当学生通过思考的过程，找出传统物理实验中的不足之处时，物理教师需要趁热打铁，鼓励学生按照自己的想法来设计创新的实验方案，加强学生的实验探究能力。

例如教学“平抛运动”物理实验时，教材中的实验模型通常如图二所示。教师可以将小球放置在某个木板后面，用小锤敲击木板，给小球施加一个水平运动的力。也可以让小球从斜面上自由滚下，在水平方向产生运动的趋势。但无论哪一种实验方案，小球都会受到摩擦力或弹力的影响。比如，小球在自由滚下的过程中，出现了弹动的情况，导致实验结果出现较大的误差。除此之外，小球下落的速度较快，很难测量数据，还要利用移动设备的频闪摄影功能来加以录制。因此，该实验在器材、条件的要求上均比较严格。如果学生能挖掘教材中实验过程的不足之处，针对性的加以改正，就能有效培养学生的实验探究核心素养。例如，有学生在教师和同学的帮助下，创新设计了径迹法，实验模型如图三所示，能更为直观地判断出平抛运动的轨迹。由此可见，在创新设计物理实验的过程中，有以下几点教育价值：（1）丰富了学生实践、创造的学习经验，让学生熟悉了“确定目标——设计方案——完成实验”的学习过程。（2）通过旧实验与新实验的比较，让学生认识到实验精确度对实验结果的重要性，在分析实验误差的过程中，体会实践与理论之間的区别。（3）充分锻炼了学生的动手能力，帮助学生突破思维的局限性。能跳出小球的框架，通过其他的视角来理解平抛运动，有效培养了学生手脑并用的学习能力。

（四）开展小组合作，培养科学态度与责任

探究性物理实验是学生不断挖掘问题、思考问题、解决问题的学习过程，如果学生选择独立探究的形式，一旦遇到研究障碍，学生很难迅速找到实验的突破口。此外，高中阶段的物理实验难度较高，仅凭学生独自一人，很难面面俱到地照顾好每一个教学环节。因此，教师应当鼓励学生积极参与到合作学习之中，通过交流和互动来分享彼此的学习心得。在此过程中，不仅能锻炼学生的合作探究能力，也能培养学生的科学态度与责任感。

首先，教师应当注重因材施教的原则，在合作教学中准确为学生分层。由于高中生的物理基础、性格特点、学习能力存在一定的差异性。教师可以将学生分为基础扎实、思维敏捷、动手能力强、成绩优秀的学优生，知识基础和实践能力比较平庸的中等生，基础薄弱、动手能力差的学困生，并将三者按照1：2：4的比例分配到同一个实验小组之中。在开展探究性实验时，学优生要负责担任小组的组长，对整个实验环节进行分析。中等生负责协助学优生，为整个小组的成员分配实验任务。学困生主要负责学习，汲取学优生和中等生的实践经验，认识到自己在实验思路中的局限性。由此，通过三方的鼎力合作，可以起到以优带困的合作学习目的。

其次，由于在探究性实验中，教师会给予学生一定的学习自由，这也意味着物理教师对实验课堂的掌控力度有所减轻。如果有的学生无心实验，在台下做一些小动作，教师很难及时发觉。而通过小组学习，每一名学生都要在组内合作中发挥自己的作用。各个小组的学优生也可以担任组长的职务，与教师做好衔接交流。一方面在遇到问题时，能将问题总结起来，统一上报给教师，提高教师答疑解惑的效率。另一方面，也能方便教师随时巡视监督，有效加强学生的实验学习纪律。

最后，在合作学习之后，教师还可以组织教学评价活动。让学生通过自评、互评等方式，讲一讲自己在实验学习中得到了哪些收获，组内的成员在合作中有哪些闪光点和不足之处。或者分析一下实验环节是否还能有改进的地方，实验步骤是否存在缺陷等等。最后，教师根据学生的反馈内容，对探究性物理实验课堂进行全面的改进，做到查缺补漏、精益求精。由此，才能为学生营造出实事求是的教学环境，充分激发学生的科学精神与创新意识。

物理作为一门与生活密切相关的学科，实验课程的重要性不言而喻。基于核心素养的要求，开展探究性实验教学可以打破传统物理实验教学模式的局限性，为学生提供更多创新思考、动手实践的机会。对此，教师需要将实验课程与生活元素巧妙地结合在一起。鼓励学生从教材的实验入手，找出其中的不足，针对性的加以改进，以激发学生的创新实践意识，提高学生的物理核心素养。