如何基于高中物理实验教学提升学生物理素养

钟 宁 王长才

(甘肃省静宁县第一中学 743400)

下面，我将结合自己的实际教学经验，自“立足实际，以生为本，树立物理实验思想”、“激发探讨，反思交流，夯实物理实验基础”、“画图示意、原理探索，强化实验原理理解”和“关注创新，倡导设计，培养实验创新能力”等四方面入手，对此加以阐述.

1 立足实际，以生为本，树立物理实验思想

高中物理教师应当充分立足学生的物理学习实际，树立以生为本的教学理念，在循序渐进的教学过程中不断帮助学生树立物理实验思想，以提升学生的物理实验探究能力.在实验教学中，物理教师要设计明确的教学内容和目标，有针对性的进行教学内容预设，使学生明确实验目的和基础理论知识.例如，高中物理必修一第四章的牛顿第一定律实验，是理想实验的重要代表，在物理学史上有着非凡的意义和地位.我为了让学生重走伽利略的探究之路，体会理想实验的妙用，提升学生物理科学探究思维，课前为学生着重讲解了牛顿第一定律实验的历史背景，将培养学生的科学思维能力作为实验讲解的重要目标.伽利略独特敏锐的实验探究观点与亚里士多德所提出的“力是维持物体运动的原因”这一具有统治地位的观点相互矛盾.但是伽利略大胆想象、大胆创造，设计了著名的理想斜面实验，进行了合理的逻辑推理，最终得出“物体的运动不需要靠力来维持”的重要结论，为力和运动关系的研究提供了可贵的物理结论.课堂上我带领学生利用较为光滑的轨道演示了伽利略的实验探究过程，一起剖析了伽利略独特的实验探究方法——实验事实基础+科学的逻辑推理的理想实验思路，总结得出了“若没有受到力的作用，小球将永远运动下去”.在本实验教学中，我着重引领学生体会了伽利略所具备的物理探究精神与物理探究思维，鼓励学生要向其学习，认真思考，培养物理创新精神与探究能力，以科学的思维，对曾经的物理知识与实验进行自主性的探索，提高学生的综合物理素养.

作为一名农村高中物理教师，在教学过程中要想方设法不断创造实验条件，开展演示实验，尽可能让学生动手操作.我在教授学生物理实验问题时，先从检查学生物理实验状态开始，感受学生进行物理实验学习和实践操作中的变化，及时肯定学生在实验学习中的进步，给他们鼓励和指导.学生实验能力的提高需要长期的坚持和循序渐进的引导，长期以来的坚持促使学生在实验能力上有了进步，也是老师的欣慰和成就感.

2 激发探讨，反思交流，夯实物理实验基础

高二学生相继学习了电压表、电流表、欧姆表知识后，为了顺利开展多用电表的教学，我组织了“能不能将这些电表的功能集合在同一个表内，实现一表多用”的探讨？学生们观点不一，有同学认为欧姆表需要电源，不能和其他表组合在一起，也有同学认为欧姆表和其它电表可以共用一个表盘，通过改变内部结构来实现多种功能.基于此，首先我将学生分成小组，研究各种电表的工作原理和内部电路结构；其次，开展小组自主设计，考虑如何用最合理的方式将这些不同的表组合在一起，形成最合理的电路实现一表多用.最后，各小组通过多媒体展示设计方案，所有学生做评委，参与讨论，筛选出最合理实用、最具可行性的设计方案.通过这种小组设计展示活动，学生查阅了不少资料，充分调动了学生的能动性，发挥了学习的积极性，使学生在讨论设计的过程中深刻领会了电压表、电流表和欧姆表的改装和原理，起到了事半功倍的效果.最后组织学生进行了多用电表的校准和操作训练，帮助学生熟练掌握了多用电表的使用.

这种发挥学生能动性的探讨、设计、交流学习，大大提高了学生学习的参与度，激发了学生探索某种装置仪器内部结构的热情，为学生开展物理探究实验搭建了很好的平台，加深了物理理论知识的掌握程度，发挥了学生的科学探究精神.

3 画图示意，原理探索，强化实验原理理解

高中物理教师在教学过程中可以通过画图示意、教具模型展示等方式来帮助学生对实验本质的认识，深化学生对实验内容的理解.

打点计时器的使用是高中物理的第一个学生实验，虽然实验简单，但是如何深入有效开展高中物理实验教学，学生如何进入实验的深度学习，本节课的教学具有非常重要的意义.为了深化学生对打点计时器的使用、开好这个实验教学的头，课前我做了充分的准备，做了如下设计：首先我给每个学习小组发放了打点计时器实物，让学生仔细观察打点计时器的构造，先做了必要的了解和准备；接下来我通过系列问题设计引导学生理解打点计时器的原理：

问题1 线圈通电后会有什么变化？

问题2 推测振针受到了什么样的作用力，发生上下振动的？

问题3 线圈中通过的电流有什么特点？电源应该使用交流电还是直流电？

问题4 振针振动的周期和电流变化的周期有什么关系？

问题5 振针振动如何将点打在纸带上？复写纸应该放在纸带的上面还是下面？复写纸的油面应该朝上还是朝下？

虽然高一学生还没有系统学习通电线圈在磁场中受的安培力，但是他们根据初中学过的电磁继电器知识和右手螺旋定则，能对通电线圈在磁场中的受力做出合理的推测，大大激发了学生研究打点计时器构造的欲望，深入仔细的观察了打点计时器的结构，掌握了工作原理.例如：打点计时器打不上点的原因如果是振针挨不到纸带，我们就得调整振针的高度；如果是打点力量太小在纸带上留不下痕迹，我们就得增大电源电压；如果是复写纸太旧，我们就得更换新的复写纸，还得注意观察复写纸有没有放反……同学们对排查故障，解决问题表现出了极大的热情，个个积极参与，深入研究，通过这个故障排查的过程更深入的理解了打点计时器的工作原理和过程，透彻的分析强化了他们对打点计时器的认识，给高中物理实验开了好头，为后续物体速度加速度的测定实验打下了坚实的基础，同时渗透了从分析问题到解决问题的科学思路.

4 关注创新，倡导设计，提升实验综合能力

物理实验创新设计最能体现一个学生的综合能力和实验素质，考题难度高，试题偏向于实验的设计性和探究性，体现出迁移性、创新性，突出开放性，考查创新能力，更加注重学生科学探究精神和创新能力的考查，渗透着学科育人价值.试题设计注重区分扎扎实实做实验的学生和通过刷题背实验的学生.

在验证动量守恒定律的实验教学中，我首先帮助学生分析并把握实验目的.即：验证物体系统内相互作用的过程中系统的总动量保持不变.然后我将设计方案的过程以下面这些问题的形式做了展开：

问题1：动量守恒定律研究的对象是什么？

问题2：动量守恒的条件是什么？

问题3：以我们的学习经验，哪些相互作用的过程中动量是守恒的？

学生们根据以上给出的问题导引开始设计或者选择实验方案并分享自己的设计.同学们设计的具有代表性的实验方案主要有以下几种：

方案一：如图1甲所示，利用气垫导轨和光电计时器研究滑块A和滑块B碰撞过程中的动量守恒；

图1

方案二：如图1乙所示，利用滑板和打点计时器研究滑块A和滑块B发生完全非弹性碰撞过程中的动量守恒；

方案三：如图1丙所示，利用两个小球摆动中的碰撞研究碰撞过程中的动量守恒；

方案四：如图1丁所示，利用小球从斜面上下滑获得初速度，与槽口的小球发生碰撞，利用平抛运动测量小球碰前碰后的速度，进而验证动量守恒；

学生通过这样的设计过程，看到了各种不同的实验方案，发散了思维，拓宽了思路，掌握了验证性实验的一般设计思想，提升了实验创新能力，当他面对高考创新类实验时就不至于乱了手脚，不至于无从下手.仔细研究我们不难发现，不论实验题怎么变化，实验教学中让学生明确实验目的、理解实验原理、掌握实验方法、会正确使用仪器、控制实验条件、能记录并处理数据、得出实验结论的基本思路一成不变，只要教学过程中教师多关注学习过程，以培养学习能力为目标开展实验教学，避免以应试为目的的背实验、刷实验题的粗劣做法，我们就可以做到以不变应万变.

综上所述，高中物理实验教学是高中物理教学不可分割的一部分，是认识物理规律、深化物理概念、提升物理核心素养的重要部分，应当引起高中物理教师的高度重视.实验教学又是物理教学的难点，教师应当从起点上立足教学实际，树立物理实验思想，创造实验条件，优化实验教学模式，通过做好实验教学提升其物理素养，实现学科育人价值.