核心素养导向下高中物理实验教学的创新研究

黄龙平

摘 要：随着新课改的不断落地和深入进行，高中阶段对学生核心素养的培养进入到一个全新的阶段，也引发了广大教育工作者的高度重视。作为物理教学的重要一环及关键组成部分，实验教学不仅可以培养高中生的物理思维，更能够帮助其直观、系统和清晰地感知和掌握物理知识，在培养核心素养的教育目标之下，具有不容忽视的意义和价值。因此，本文以“聚焦核心素养，创新物理实验教学”为研究主题，先总结了目前核心素养导向下物理实验教学存在的问题与不足，后具体指出了实验教学的创新方向，以期相关研究内容能够为广大物理教师提供参考、带来启示。

关键词：核心素养；物理实验教学；教学设计

在高中物理教学过程中，教师必须结合课本当中已经呈现出的教学内容及知识点，采取丰富多样的教学手段创新教学过程，让学生对实验充满兴趣，进而积极、主动地投身到实验学习过程中。只有这样，学生才能更为深入地学习和了解知识，了解相关结论的由来，提高物理学习及知识吸收的质量。根据新课程改革的具体要求，高中物理教学必须注重对学生核心素养的培养，教师需要注重对学生进行引导，确保其能够积极有效地利用课堂所学的知识、教材上的内容解决生活中实际存在的问题。

一、核心素养导向下高中物理实验教学的问题阐释

高中物理学科的核心素养主要包括四个维度的内容，分别是物理观念和应用、科学探究和交流、科学思维和创新、科学态度与责任[1]。而在高中物理实验教学过程中，个别教师没有严格从培养核心素养的角度思考问题，导致物理实验教学的作用和价值没有得到真正意义上的呈现。

（一）实验教学本身没有围绕核心素养展开

随着新课程改革的不断深入，广大教师对学生的核心素养培养工作越来越关注、越来越重视，不少教师开始积极尝试各种各样的改革实践，注重对学生核心素养的培养，保障学生的全面发展[2]。但是在个别地区，个别教师没有关注对核心素养的培养，或者说受传统应试教育所影响，将物理这样一门原本需要思考、分析以及推理演算的学科，处理成背诵性的学科。结果学生沉溺在题海当中，通过背诵标准题型、必考例题，甚至背诵实验的方式来学习和感知物理，学生在整个学习的过程中是完全被动的，而且缺少必要的自主性和主动意识，最终影响到对物理核心素养的培养。

（二）教师在推进实验教学的过程中缺少行之有效的办法和手段

在以往的高中物理实验教学过程中，很多教师习惯于要求学生严格按照实验步骤进行操作，或者让所谓的动手做实验调整为“看”实验，让实验充斥着“演示”意味。受这样一种偏颇的教学观念和习惯所制约，很多教师在实际开展实验教学的过程中，在方法的选择上也会比较局限，无法保证所有的学生都参与到实验过程中，学生动手能力无法得到显著提高。而且当教师本身对实验教学不够重视时，学校对实验器材和设备的投入也不会予以更多的重视，最终影响到实验教学的最终呈现效果。

二、核心素养导向下高中物理实验教学的创新方向

以培养学生的核心素养为目的开启的物理实验教学，意味着通过实验来激发学生探究知识的积极性和主动性，并在实验过程中加强对物理知识的理解和应用，实现现实生活与物理时间的知识迁移。

（一）创设实验情境，激发学生的学习兴趣

在核心素养培育这一需求和目标之下，教师完全可以通过创设实验学习情境的方式，让学生真正意义上变成课堂的主人，提高其动手能力。这样也可以尽可能地缩短学生与新知识之间的距离感，减少高中阶段物理学习的心理作祟因素[3]。

1.妙用物理现象，激发学生的探究兴趣

事实上，很多看似复杂的、不容易被理解的物理概念和知识，萌发于现实生活中十分寻常的细节，比如：大家所熟知的突然刹车时身体前倾的现象，就是对“牛顿第一定律”的最好折射，是对“惯性”这一知识点的延续。所以在进入全新的物理知识和概念时，教师可以使用生动的情境实验，将要展开学习的物理知识点蕴含在实验现象当中，来激发学生的兴趣和探究意识，从而促进其更进一步地思考。以人教版“自感”部分的教学内容为例，在正式引入这一课题内容之前，笔者设置了以“神奇的触电”为主题的导课实验，在准备4～6V的交流電源、一个开关以及一个自感线圈的基础上，将电源和线圈使用导线进行连接，再用两根裸导线引出自感线圈的两端；然后邀请一名同学上台握住裸导线的两端。此时，当教师接通电源以后，参加实验的同学就会产生如同触电一样的感觉，教师随即关于这起实验所引发的现象进行提问，引发学生思考为什么会“触电”，“电”究竟从何而来。

在以往的很多教学过程中，上述这种类型的小实验往往是被教师忽略的，或者仅仅通过口头表达的方式进行陈述，学生体验感不足，对物理现象的感知也存在局限性，对教师的描述感到半信半疑。但是作为导课环节，教师可以将其转化为具体的实验，只需要短短的几分钟就让学生完成体验，产生后续探究的欲望，产生对于即将要学习物理知识的“初印象”，为增加新旧知识之间的关联度，提供新的契机，而不是停留在看实验或者听实验的层面。

2.立足生活实际，提高学生的实践能力

在高中物理实验教学的过程中，必须充分调动学生学习的积极性、主动性，具体可以结合学生在现实生活中所遇到的一些物理现象，让学生针对实验现象进行反思和猜测，产生借助实验来验证自己的想法是否正确——这样一种思路[4]。以这样一个小实验为例：

准备两个相同的晾衣架，然后将其中的一个晾衣架缠上绳子。边缠绳子边引导学生去思考这样做的好处（衣服不容易掉落）以及为什么会产生这样的现象，后续学生可以根据自己的猜想进行实验设计和操作论证，最终发现绳索所带来的最大变化在于受力面积的增加，阻力增加是导致挂在晾衣架上的衣服不容易滑落的重要原因。

这样的操作模式有助于引导学生开启物理实验学习，不断激发其物理思维。在推进实验教学的过程中，教师可以将来自生活中的现象与物理知识进行组合，这样不仅可以调动学生参与的积极性，激发兴趣，还能加深其对物理实验的理解和感知，对培养其物理核心素养，具有十分重要的作用。以高中阶段的力学部分知识学习为例，当学生掌握了有关力学的相关知识时，会接收到物体下坠完全是由力学引起的——这一知识点。但是这一知识点在现实生活中有着怎样的呈现，或者说现实生活中哪些现象与这一知识点相关，就可以导入实验的方式，引导学生来参与和探究。

3.创设实验情境，增强学生的参与感

教师可以根据教学目标创设实验情境，增强学生对实验的参与感。对高中阶段的物理教学而言，情境的最大作用在于减少物理知识的晦涩程度，尤其是当物理知识本身比较抽象时，提高学生对情境的代入感十分关键，如此其所学习的物理知识才不会游离于现实世界。比如：在学习到力的分解与合成时，笔者设置了这样的情境实验：

准备一根拔河用的绳子，同时邀请两名男生和一名女生参与实验。两名男生同时握住拔河绳的两端，但彼此之间站得较为靠近，然后安排女生握紧拔河绳的中部，男生和女生分别朝两个方向发力，会发现男生轻轻松松就战胜了女生；但是如果让两名男生的距离稍微拉开，重新进行比赛，结果女生获胜。

这样的实验现象无疑会引起学生的好奇，而“拔河”情境的设定，更容易让学生减少对于新知识的抵触心理。事实上，这样一种看似有些奇妙的现象，可以通过物理学当中“力的分解”来轻松掌握，毕竟通过前后两组不同的“比赛方式”，学生很容易发现实验条件的变化所产生的结果变化，随后其可以在教师的引导下绘制出不同的力分解与合成的图示，增加体验感的同时，也更为直观地感受到物理知识的呈现，实验所能产生的作用和效果可见一斑。

（二）整合知识模块，实验知识的“三化”实现

以核心素养培养为导向的高中物理实验教学，需要进一步整合知识模块，确保知识条件化、情态化以及结构化。毕竟对实验本身而言，其存在的意义就是为了帮助学生更好地感知物理现象、迁移物理知识、完善物理知识网络。进入到高中阶段，学生所接触的物理知识不断增多、体系日渐复杂，及时梳理和整合是十分必要的。

1.条件化

其主要目的在于通过实验揭示知识的产生过程，意味着教师要从实验知识的开始进行教学，让学生通过实验过程了解知识（或者某些结论、公式）的产生过程。比如：在学习到电磁感应定律这部分内容时，学生需要新理解和掌握的知识点包括电磁感应定律的内容、特征等，此时引入“电动势以及匝数之间的关系”——这样的实验，通过调节滑动变阻器的电阻，观察示波器当中的波形变化，适度增加感应线圈的数量，及时测量并记录下各次波形的幅度值，然后计入实验记录的表格当中，后续学生可以通过观察实验所记录的数值，生成具体的数字变化图像，探讨结论。这个结论也可以直接证实电磁感应定律部分的内容，帮助学生增加记忆点，改善知识内化的效果。

如此，学生等于通过实验的方式去触碰知识，而不是单纯停留在教材的文字层面靠自己的想象去抽象性地理解、生硬地记忆。可以说只有让学生通过实验感受物理现象从无到有、感受物理知识从“零”到生成的过程，他们的学习思路才是清晰的、知识的学习过程也是扎实和不断递进的。

2.情态化

其主要是指将理智和情感融入实验当中所开启的一种实验策略，目的在于让学生在实验过程中不仅树立绝对的理性和科学素养，更能产生一定的人文情怀。比如：在学习到摩擦力这部分内容时，已知力的产生会有三个重要的因素，分别是大小、方向以及作用点，而对于摩擦力而言，力的方向判断无疑是最大的难点，此时教师可以按照让学生提出问题、进行猜想，设计实验方案，处理数据和总结经验的思路，进行实验过程的探究，而在这样一个学生自行寻找问题、探究问题的过程中，学生的思维会得到充分的激发，在小组合作的过程中，也能够充分建立良好且和谐的关系。而且在这样一个完整的实验设计过程中，学生既吸收到了理性知识内容，也补充到了一定的感性认知。教师可以引导学生懂得，生活中任何看似平凡的现象都有一定的道理和知识在支撑，面对这些现象要带有一定的探究思维和问题精神，猜测其与物理知识之间的关联性，不仅要从生活中捕获知识、更要利用知识去解决现实生活中真实存在的问题。

3.结构化

其主要是指以实验本身为分界点，将前后单元（或者章节）的知识进行高度衔接，将新的知识融入学生原本的知识结构和体系当中，完善知识网络，让学生在头脑中逐渐形成有关物理知识的逻辑系统，在感知物理实验本质的同时，实现对实验知识的迁移和应用。如此也更容易揭示物理实验的本质，因为如果学生本身没有厘清实验以及知识之间的逻辑关系，也很有可能会陷入知识越学越多、越学越混乱的情况，往往旧的知识还没有完全消化，新的知识便无须叠加而上，比如：高中物理后期很多实验会使用到滑轮——这种物理装置，如果能够在实验当中重申滑轮的作用和功能，对学生的物理知识学习显然会更加有利。

比如：通过实验论证起步之时，10S内的速度可以达到100Km/h的小汽车，和要想达到100Km/h，需要500S的火车，究竟为何加速度有着如此大的差距时，需要测量加速度大小和物体质量之间的关联性，进一步判断加速度、力以及质量三者之间的关系。为了确保实验结果的准确性，整个实验被分为两个部分，分别是在确保质量不变的情况下，判断加速度和力之间的关系，以及确保力不变的情况下，判断加速度和质量之间的关系。前者可以通过匀加速直线运动的位移公式，以及打点计时器对匀加速直线运动的位移和时间测量，来求解加速度；通过增加砝码的方式，来改变实验对象的质量，利用天平测量不同质量的实验对象；利用弹簧测力计测量力的大小。而为了确保固定弹簧测力计能够更为精准地测量运动中的重物，可以在弹簧测力计和重物之间，增加一个定滑轮。此时弹簧所显示的数字、重物本身的重力以及具体承受的拉力之间存在明显的数字关系，即在不考虑摩擦力的情况下，拉力=（弹簧显示的数值—重力）/2。通过必要的讨论以及比较策略，学生在纵向上能够对高中物理学习过程中，所有涉及实验元素的实验都能产生连带性的影响，而该结论基本为后续学生进行牛顿第二定律的学习提供了一定的基础和保障。

结束语

在高中物理實验教学的过程中，通过创设情境、联系生活、整合知识三大方式，能够进一步实现对学生物理核心素养的培养，更能够帮助学生构建系统和完善的知识网络，促使其拥有足以为后续走向社会、从事继续教育所需的种种资本和条件。当然，由于核心素养本身是一个非常宽泛的命题，对具体方法的使用、策略的实施还需要考虑到高中生的实际情况，做到具体问题具体分析。在现有的围绕高中物理实验所展开的种种研究中，基于教材已有的实验内容进行形式和操作上的创新，将是未来教育工作者所极力突破的方向，也会给高中生的物理学习带来新的体验。

参考文献

[1]吴国增.高中物理实验室安全风险与信息化管理策略研究[J].中国新通信，2022，24（01）：153-154.

[2]张耀军.高效信息化课堂在高中物理实验教学中的应用探析[J].中国现代教育装备，2021（24）：24-25+31.

[3]全条芬.高中物理实验教学中培养学生的自主探究能力[J].广西物理，2021，42（04）：63-65.

[4]谷春生.新课标下的高中物理实验教学实践研究[J].中国现代教育装备，2021（20）：30-32+35.