高中物理实验深度复习路径研究

张嘉弘

浙江省海宁市第一中学，浙江 嘉兴 314400

高中物理实验是全面反映学生物理核心素养的主要载体，也是浙江物理选考的重要组成部分。实验板块作为学生在物理选考中必争的战略主阵地，在实际教学中投入了大量的精力。但在高三复习后阶段，很多学生没有达到实验板块学业质量水平的相应要求，即科学探究素养水平不达标，主要表现为以下三个方面：第一，学生在听讲组合型实验试题的分析中，对不同实验的组合不能有效区分和联系，缺乏完整的实验知识体系；第二，无论是学生间的横向比较，还是个别学生的自我纵向比较，学生对每个实验环节的掌握程度有较大差异，缺乏扎实的问题解决能力；第三，在平时单独辅导面批时，学生对实验的理解和对自己的评估出现偏差，缺乏准确的自我认知。

通过长期的高三教学经验、对教材的研究以及对师生的采访调查，从板块架构、实际教学和学习评价三个层面对此问题分析总结如下：

首先，是板块架构碎片化。不同版本的物理教材都是以显性的物理学知识结构编写的，而学生实验往往穿插于教材各部分，用于辅助物理教学。因此，实验教学的体系具有一定的隐蔽性，呈现碎片化架构，在实验复习中缺少结构化的整合。

其次，是实际教学机械化。高三实验复习教学过程中，由于教学时间紧凑和社会期望压力，无论是教师还是学生，往往愿意把时间花在讲题、刷题上，总是以实验的习题操练完全代替真实的体验探索，策略单一，教学机械化，使实验复习丧失了系统化的导向。

最后，是学习评价片面化。在长期的复习过程中，纸笔测试是教师最常用的评价方式，而评价的结果就是测试的分数。学生依据这个表面化的结果，片面地认知学习的掌握情况，从而在实验复习中忽视了综合化的学习考量。

1 实验深度复习实践路径

基于以上思考，笔者尝试以任务驱动为教学方法，设置“建构型”“探究型”和“评价型”任务，并通过结构化整合、系统化导向和综合化考量三个对应的教学策略，引导并辅助学生完成具体的学习任务，最终达成完善知识体系、丰富实验思维和升华自我认知的对应学习目标，实现提升科学探究素养要素水平的高中物理复习教学路径。为实践该教学路径，拟定了高中物理实验深度复习路径的研究框架，如图1所示。

图1 任务驱动：高中物理实验深度复习路径研究框架

2 具体实施的过程和策略

2.1 建构型任务：通过结构化整合，完善知识体系

任何学科的知识都有其内在的结构体系，只有完成对零散知识的整理，才能看到整体的知识体系，领悟其内在的知识逻辑。物理实验也不例外，通过引导学生整理实验内容和实验器材，区分和联系实验基础知识与器材，完善高中物理实验知识的结构性框架。

2.1.1 分类归纳多样化内容

教材是最基本、最重要的复习资源，引导学生回归教材，将高中阶段所有实验进行归类。可采用限制性（如按“学科领域分类”“学习功能分类”等）和非限制性两种归类方式，而非限制性的分类必须满足两个基本原则，即“有序有用原则”和“无疑惑无争议原则”，如图2所示。例如，按实验方法分类，力学、电学等多个实验都可纳入控制变量法应用类，说明该实验方法应用的广泛性和针对性，这样的分类满足“有序有用原则”。

图2 分类梳理图

2.1.2 分型组合多角色器材

实验器材是物理实验的基本单元，引导学生从基本单元入手整理，将主要的实验器材按拍档组合型（如“板车组合”等）、单兵作战型（如“双缝干涉仪”等）和辅助测量型（如“螺旋测微器”“秒表”“安培表”等）来分类，如图3所示。其中，按照组合名称可让学生深刻理解这些器材的使用方式，为后续深度复习作铺垫。

图3 分型组合图

对于“辅助测量型”器材，不仅需要让学生掌握测量读数的方式，还需要进一步理解其测量的原理，如游标卡尺、多用电表等。

山洪沟治理工程应遵循自然规律，首先要达到设计的防洪标准，还应兼顾维护各类生物适宜栖息环境和生态景观完整性的功能。岸坡防护设计除应考虑传统的技术要求外，还要兼顾生物栖息地加强和改善生态环境的需求，有条件时可引入一些具有较大的孔隙率和较强的透水性的结构形式，以改善生物的生长发育条件，如有植被的堆石、石笼、混凝土空心块、生态砖、鱼巢砖等。

2.2 探究型任务：通过系统化导向，丰富实验思维

每个实验都是一个物理规律的探索过程，每个实验的步骤都蕴含着丰富的物理思想，同时这些实验之间也有着千丝万缕的联系。通过纵向分步拓展和横向三维关联的系统化研学，把局部的实验细节进行发散扩充，使结构化的知识体系框架具有丰富的思维内涵。

2.2.1 单一实验纵向分步拓展

物理实验由问题与方案设计、器材选择与使用、数据获取与记录、数据处理与分析、报告撰写与交流5个环节组成，本措施主要针对具体实验的前3个环节进行使用，如图4所示。

图4 个体研究导向图

在问题与方案设计环节，主要导向线性思维的培养。通过问题引导让学生明确实验设计的底层逻辑（如“实验目的是什么”“实验原理是什么”“需要测定哪些物理量”“为什么要测量这些物理量”等），在此基础上梳理具体的实验操作过程，从而理解教材的实验方案的合理性。在此环节，可以让学生思考是否可采用其他实验原理，并以此原理再设计方案。如“验证机械能守恒”实验可引导学生采用平抛运动、单摆等替换自由落体运动，实现活化实验原理、扩展实验方案的目的。

在器材选择与使用环节，主要导向实践操作的体验。通过观看学生实验的微视频，再学习规范操作，教师安排充足的课时，让学生带着自己的问题回归实验室，具身体会规范的操作过程。在此环节，可以让学生在安全限度内有意识地进行非规范性操作，如在“测量玻璃折射率”实验中把玻璃砖放歪，从而在实践中体验不同操作的可行性或造成的影响。

在数据获取与记录环节，主要导向器材变换的观念。通过创设意外实验情境，让学生经历教材参考器材的缺失困境。如电学实验中创设电表缺失等情境，启发学生从数据获取的原理出发，寻找替代器材或改装现有器材，从而完成数据的获取。在突破困境的过程中，逐步打破数据获取的观念局限性，同时更新对实验测量器材的认知。

根据对实验内容和器材的结构化整合，可以感受到不同实验之间存在着各种联系，因此要将实验有机无缝衔接起来。本措施主要从实验器材、实验原理、实验方法三个维度入手关联实验，如图5所示。

图5 组合研究导向图

一材多联，主要从使用器材的角度，提取几个使用相同或相似器材的经典实验。如“纸带类”实验等，从而让学生对比分析这些实验在设计思路、操作细节和数据获取等方面的异同，强化学生对实验器材作用和使用方法的掌握。

一理多联，主要从实验原理的角度，将某个实验的原理迁移到其他实验。如“探究平抛运动的特点”中测初速度的实验原理，可以迁移到“验证动量守恒定律”和“验证机械能守恒定律”这两个实验中，从而让学生根据原理的改变重新设计教材实验，不仅加深学生对实验原理的理解，并且促进学生灵活运用知识的能力。

一法多联，主要从实验方法的角度，将某些经典的、常用的实验方法提取出来，并分析使用该方法的前提，从而让学生将典型案例关联起来。如提取“控制变量法”，使用前提则是“研究三个以上变量问题”，然后可将力学、电学等测量多个量的实验联系起来，强化学生对实验方法的领会和掌握，提高学生发散联想的能力。

2.3 评价型任务：通过综合化考量，升华自我认知

评价不仅是指对实验或者学生作出结论，而且是指作出评价结论的过程。在该过程中学生不仅要对实验本身作出分析、判断，还要对自己的实验复习作出学习评价。通过综合化的考量手段，实现学生对实验和对自身的认知升华。

2.3.1 图文并举数据反思评价

数据的分析和结论的表述是实验评价的重要组成部分，也是学生学会反思实验的学习过程。该过程分两步进行，即图线拟合与分析阐述。

线性图线拟合是让学生根据实验类型（探究类属规律未知，应用类和验证类属规律已知），对实际记录的数据尝试拟合图线，如图6所示。在此环节，引导学生明确图线拟合处理数据的优势（直接评价并剔除错误数据），同时深刻感悟线性拟合的意义（可方便探索物理量之间的函数规律）。

图6 图线拟合操作流程

依据分析阐述就是让学生根据拟合后的图线，解释图线斜率、截距、面积等物理意义；并尝试用规范的术语阐述物理规律，进一步分析图线的瑕疵问题（如实验图线与理论图线的偏差等）；反思实验误差的来源，发现实验过程的缺陷（包括系统设计问题或人为操作问题），从而促使学生全面客观地评价实验过程和结果。

2.3.2 主客并行生本素养评价

评价要以学生发展为本，并基于物理核心素养，采用素养要素评价量表自我评价和客观纸笔测试评价两种方式，全面及时了解复习状况，寻找存在的问题，有效地弥补漏洞。

主观量表自评是针对科学探究素养中证据、解释、交流三个要素进行量表设计，并给予对应的素养水平相应的具体分值（如水平1对应1分）。如表1所示，引导学生对照量表，根据自身情况自行评价估分，最后把得分相加得到科学探究素养总分。该量表得分范围为5分至25分，要达到物理选考要求，则得分应在20分左右。

客观纸笔测评是针对阶段性的实验复习，设计与物理核心素养要求、课程内容要求以及学业质量相吻合的专项测试小卷，并进行纸笔测试，在客观上评价学生是否达到物理选考水平。测试题主要以浙江选考真题实验为基础，适当改编与整合，问题设置一定的梯度，突出测试功能，有效收集科学探究素养要素水平信息，真实反映学生素养发展水平。

表1 科学探究素养评价表

3 结束语

学生通过完成“建构型”“探究型”和“评价型”的学习任务进行深度复习，有效发展科学探究素养的具体要素，提高实验板块的学业质量水平。与此同时，教师在实施“结构化整合”“系统化导向”和“综合化考量”三大深度复习策略的过程中，逐步精准地理解科学探究素养要素的水平层次要求，进而准确地把握物理实验选考要求与科学探究素养中各要素质量水平的对应关系，形成以任务驱动为教学方法的高中物理深度复习的教学路径。