核心素养引领下高中物理实验教学的现状与改善

李景明

（福建省漳州实验中学，福建 漳州）

在高中物理教学中开展实验活动的意义重大，因为每一种实验都伴随着直观的实验现象，可丰富学生的感性认识，对于活跃学生的思维、激发学生的学习兴趣有积极作用。随着核心素养目标深入人心，实验活动的育人效能更加突出，高中物理教师也应积极开展实验教学指导活动，切实营造探究氛围。目前，高中物理实验教学还存在诸多问题，影响了学生物理素养的提升。

一、高中物理实验教学的现状与问题反思

（一）以验证型实验为主，缺少探究特点

验证型实验是指高中生在实验之前便已经得知实验结论、可能产生的实验现象，所展开的一系列动手实践活动都是为了验证已有结论。在这种形式下，实验活动成为验证现有结论的工具，而高中生因为在实验前便了解了各类实验现象所反映的一般规律、出现实验意外的解决方法。所以整体的思维活跃度不高，而且普遍缺少探究意识，这也就限制了高中生科学探究思维的发展，不利于提升学生的探究水平，而且学生是很难通过这种实验活动掌握研究物理问题的一般方法的。

（二）以学生的机械模仿为主，并未真正突出学生

现在，高中物理教学存在负担偏重的现象，很多教师为了保证教学进度，都更为看重理论知识的讲授进度，对实验教学的重视度不够，要么忽视实验教学指导，要么便在课堂上示范、演示实验操作技巧，学生观察教师的动作，进行机械模仿与操作，按部就班地完成实验操作任务。然而，此类实验教学虽然能在一定程度上培养高中生的动手实践能力，但是会大大限制学生的思考，不仅不利于优化学生的思维品质，还会错失培养学生创新素养的机会，很难真正为提升学生的素质水平做好准备。

（三）脱离生活实际，影响学生的实验迁移行为

在很多学生的心中，物理课程是十分抽象的，这也就致使学生存在畏学情绪，不利于培养学生的物理学习兴趣。实验教学中，因为高中物理教师也忽视了生活情境的创设与优化，并未引入生活资源，导致学生忽视了物理实验所能再现的生活现象，出现知行脱节的问题。学生只是在实验课上做实验，很少在现实生活中自主参与实验探究活动，缺少创新意识，也缺乏迁移欲望。长此以往，高中生只能学习书本上的物理，难以真正在现实生活中迁移实验所得，这也就会直接影响高中生的学习状态。

综上，高中物理实验教学现状并不理想，高中生的探究行为、思维状态或者是实验创新、迁移行为都存在诸多问题，这不仅降低了实验教学效益，还将限制高中生物理学科素养的形成与提升。因此，在核心素养引领下，高中物理教师不仅要重视实验教学，还要基于素养目标不断调控实验教学的组织形式及操作程序，使高中生身心愉悦、充满创造性地参与到实验探究活动中，真正为学生的长远发展做准备。

二、核心素养下高中物理实验教学的改善策略

（一）创设真实的实验情境，激发学生的探究欲望

皮亚杰指出，建构是在情境中发生的，在探究教学方法时也指出教师要在课堂上还原知识的发生情境、社会应用情境，使高中生能在实验探究中实现有意义学习。因此，高中物理教师应主动在实验导入阶段创设真实的实验情境，关联生活实际，顺势提出实验任务，使高中生能产生探究欲望，为进行科学探究做准备。

比如，在“科学测量：做直线运动物体的瞬时速度”实验教学的导入环节，我便利用多媒体资源展现了小车做直线运动、运动员的短跑练习、火车沿着铁轨运行、儿童滑滑梯等动态视频，据此创设了实验情境，组织学生思考视频中每一种运动的具体状态。根据已有认知经验，本班学生能根据各个短视频的内容说出“直线运动”这一关键词，而我也由此提问：“如何测量这些物体做直线运动的加速度？”据此，学生可进行实验猜想，比如有的学生表示可以用秒表测量计算，但是这种计算方式存在局限性，即难以动态监测每个时刻物体做直线运动时的瞬时速度。在此基础上，我就介绍了电火花打点计时器、电磁打点计时器两类实验工具，学生观察这两类打点计时器的结构特点，探究打点方式及其周期等基本问题，然后便可准备其他实验道具，使用纸带上的数据去测量小车做直线运动时的瞬时速度，且能据此画出速度-时间图像。

在上述案例中，展现物体做直线运动的短视频可及时唤起学生对于运动类知识的学习印象，便于学生自行迁移已有认知经验，这样有利于活跃学生的思维，再加上实验问题的设计与引导，就可促使高中生自行探究计算物体做直线运动时瞬时速度的方法，这也就有利于优化学生的实验探究行为，提升学生的科学探究水平。

（二）开展分组实验，提高学生的探究能力

客观来讲，自主、合作、探究式教学模式是培养高中生物理学科素养的基本方法，因为当高中生能亲历物理概念的生成、物理实验的操作与论证过程时，他们就能准确地理解物理知识。因此，在组织实验教学时，高中物理教师也要设计分组探究实验活动，将学生平均分到各个小组内，合作完成实验探究与操作任务，切实提高学生的探究水平。

比如，在“科学探究：弹力”一课教学中，为了切实提升学生的科学探究能力，使其能以主人翁的身份参与到实验探究活动中，我就设计了这样几个实验任务：

1.能够了解并解释弹性、弹性形变、弹性限度、弹力的概念及其应用情况。

2.能够根据实验操作去分析弹力产生的条件，并且学会判断物体间是否存在弹力的方式方法。

3.能使用胡克定律计算弹簧的弹力大小，总结出计算弹力大小的物理公式。

上述几个实验探究任务分别包含“物理观念”“科学探究”“科学思维”三个素养目标任务，如果高中生能通过分组操作完成上述几个实验任务，就可切实培养学生的物理学科素养。因此，待学生明晓了实验探究任务之后，便可在小组内积极讨论物体在弹力的作用下发生形变的方式方法，根据实验观察与论证去总结弹力产生的条件，并计算弹力大小的公式与方法，自行解释弹性、弹性形变、弹性限度等关键概念。值得一提的是，不少学生在实验探究中都联想到生活中各类物体发生形变的真实案例，在组内分享、讨论，这有利于促使学生掌握形变的概念以及生活中常见的形变，能顺利地通过实验操作与观察总结出物理概念。

在这一次的分组实验教学实践中，高中生在实验活动中的认知状态变得积极自主，绝大多数学生都能通过实验现象与操作论证总结出弹力产生的条件，而且在判断物体间存在弹力现象时的准确率高达90%，且能自主利用胡克定律去计算弹簧的弹力大小。这就说明高中生在实验探究中顺利积累了建构经验，对于提高学生的探究水平、活跃学生的科学思维是有积极作用的，而且能促使学生形成物理观念。更重要的是，本班学生能在实验探究中认识到数据的准确性、实验操作的严谨性以及实验论证的辩证性，自然而然地传承科学态度，这也能切实提高学生的物理素养水平。

（三）开展丰富的提问活动，活跃学生的思维状态

提问是课堂教学技巧的关键，在高中物理实验教学中巧用提问也有利于不断提高学生的思维水平，使学生的思维更加发散、开放，而且合理的问题串也能不断深化学生的思考，是非常有利于完善学生思维品质的。因此，高中物理教师应在实验指导中组织丰富的提问活动，以提问引导学生总结实验现象、探究实验规律，从而真正为学生的可持续学习做准备。

首先，重视教师提问，由教师根据学情预设实验问题，在学生陷入实验探究瓶颈、思考过于肤浅、缺少探究方向时进行提问，引领学生探究实验规律。比如，在“科学探究：向心力”一课教学中，本班学生以分组实验的方式共同探究与向心力有关的相关知识，观察物体做向心力的动态现象，而我也会根据实验探究进度适当提出问题。比如，在实验开始阶段，我先是准备了一个装着水的瓶子，用绳子拉住这个瓶子，使其在竖直面内进行转动，并提出问题：“水是否会从瓶子中漏出来？”随着实验的示范与操作，我又引入了关键性问题：“物体做圆运动的原因是什么？受到几个力的作用？这几个力的合力是朝着什么方向的？”这一组问题有利于促使学生在实验观察中分析向心力的本质及其来源，使学生能带着问题观察实验现象、总结实验规律。在此基础上，本班学生还可通过实验探究去分析影响向心力大小的具体因素。

其次，关注学生提问，鼓励学生根据实验操作体验提出个人猜想。培养学生的自主提问能力是使其展开创造性学习活动的重要方式，也是培养学生物理素养的有效策略。因此，高中物理教师应支持学生自主设问，且要根据学生的合理猜想去调整实验操作流程。但是，并不是每一轮实验活动都包含学生提问，因为这一行为往往发生在高中生陷入认知悬念、发现个人猜想与实验现象不相符等情形下，所以如果学生主动提问，教师便要立即指导，以免挫伤学生的学习积极性。

（四）创新实验设计，优化学生的创造行为

实验具有非常重要的育人功能，有利于培养高中生的创新素养，一方面是因为在实验探究中学生能经历从未知到已知的创造性学习过程。另一方面则是因为物理实验本身具有多变性、创造性，高中生可以自行利用生活资源去代替专业的物理实验设备，或者是利用人工智能技术去优化物理实验操作方法，以便真正为学生的素质提升做准备。因此，高中物理教师要创新实验教学设计，支持学生创造性地操作与探究，使其在实验活动中顺利生成创新意识。

比如，在“向心力”实验探究活动中，在分析向心力的概念、大小、合力的方向等关键问题时，我便利用生活中随处可见的瓶子、绳子组织了实验教学活动，学生也可自行选择小球、木块等物品去观察物体做圆周运动的具体过程。在这种状态下，学生就能明白任何物品都有可能在外力作用下做圆周运动，这也有利于培养学生的创新意识，使学生能主动利用已有认知经验去探索向心力的概念、向心加速度的概念、影响向心力大小的具体因素及其表达式等。在每一轮实验探究活动中，我都鼓励学生利用生活中的废旧物资去创新实验设备与素材，使其能将废旧物资变成可循环利用的实验设备，这也就为提升学生的素质水平做了准备。

（五）设计延伸的课外实验，提高学生的迁移能力

上文指出，高中生往往只在课堂上学物理，在课外、生活中的迁移经验不多，限制了高中生科学探究能力的提升。对此，高中物理教师可设计延伸类的课外实验活动，支持学生在现实生活中利用物理实验探究解决现实问题的方法，切实丰富学生的迁移经验，为提高学生的科学探究能力做好准备。

比如，在“弹力”课堂实验结束后，由于本班学生都能自主回想生活中物体受到弹力作用发生形变的真实经历，所以为了进一步提高学生的科学探究水平，我就设计了一个课外延伸实验活动，即让学生自行测量能发生弹性形变的物体的弹力大小，且要据此设计优化弹力形变现象的改良计划，对比各类材料的弹性限度，根据弹力发生的条件去优化生活实物的功能。在这一课外延伸实验活动中，高中生能进一步利用胡克定律去计算弹力的大小，这也有利于激发出学生的学习欲望。

总而言之，高中物理教师应在课堂上重视真实情境的创设与优化，设计以生为本的实验探究活动，结合课堂提问启发、创造性学习活动提高学生的实验探究能力，也要在课外延伸实验活动中提升学生的知识迁移能力，真正为学生的可持续发展做好充足准备。