创客教育理念下高中物理实验对高阶思维培养的策略研究

摘 要：本文以促进学生思维品质发展为目的，采取案例分析等方法对创客教育理念下高中物理实验对高阶思维培养的策略进行研究，并从开展自主性、开放性、灵活性、创新性物理实验这四个方面提出建议，以供参考.

关键词：创客教育理念；高中物理实验；高阶思维；培养策略

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）18-0092-03

收稿日期：2023-03-25

作者简介：张扣美（1977.6-），女，江苏省省泰州人，本科，中学一级教师，从事高中物理教学研究.

随着现代社会的不断发展，以创新为核心的创客教育逐渐形成并受到了广泛的关注.在高中物理实验教学中引入创客教育理念，有利于学生运用抽象概括、分析综合、推理论证等方法探究物理现象，也能够让学生在质疑、批判、检验、修正、创新等活动中发展高阶思维，提升核心素养.基于此，在创客教育理念的指导下，教育工作者可以采取以下策略展开实践教学，以培养学生的高阶思维.

1 开展自主性物理实验，培养学生高阶思维

根据创客教育理念的指导，高中物理教师应尊重学生的主体地位，设计自主实验任务，促使学生主动学习，实现思维的发展.

例如在“测量电池电动势和内阻”的实验指导中，教师通过对学情的分析发现，由于“电源电动势”这一概念较为抽象，学生存在理解困难.如果采取常规的讲解方式，学生缺乏对抽象物理概念的体验，自然也难以理解其本质.针对此，根据创客教育理念，教师将实验过程划分为几个不同的小任务，引导学生分组合作、自主探究，以培养学生的高阶思维能力.

在任务一中，教师要求学生自主探究水果电池和干电池哪个容易让小灯泡发光.这一实验中设置了认知冲突，学生通过简单有趣的实验，加深了对电动势和内阻概念的认识，同时也为后续的实验研究做好了准备.

在任务二中，教师要求学生分组合作，测量水果电池或干电池的电动势和内阻，并反馈：为什么相同电动势情况下干电池能让小灯泡发

而水果电池却不行？通过自主探究，学生对闭合电路欧姆定律和能量守恒定律的认识更加深入.

在任务三中，教师要求学生测量水果电池和干电池的电动势和内阻并对比分析，小组自行选择实验方案.在这一环节，学生经过实验，思考实验中针对自主探究中存在的问题与不足进行强化训练，实验后对比分析，开拓思维，提升整合归纳的能力.

在任务四中，教师要求不同小组根据组内实验方案采集数据并处理，最后呈现实验结论，并作出解释.在实验中教师鼓励各小组采用多种方法解决问题，实现组内相互学习.

在任务五中，教师要求小组通过“答辩”，评价不同实验方案的优劣，科学分析误差来源，反馈针对不同的电池，科学合理地选择测量电路，最后做好归纳总结.在这一环节，学生能够在对比中领悟各实验方案的优劣，并获取解决关键问题的各种方法.

综上，通过设计自主探究实验任务，教师将学习的主动权交给了学生，锻炼了学生的自主意识，也培养了学生独立思考能力.

2 组织开放性物理实验，培养学生高阶思维

在创客教育理念的指导下，高中物理教师应设计开放性实验，让学生在自由、宽松的环境中尽情思考、探索，实现思维的发展.

例如在放假期间，为丰富学生的课余生活，促进学生的创新发展，教师基于创客教育理念，为学生布置了两个开放性的家庭小实验：绘制简谐运动的振动图像，利用单摆测重力加速度，研究单摆周期的影响因素.

在家庭环境中，学生就地取材，通过自主探究完成了实验任务，展示了实验成果.其中在“绘制简谐运动的振动图像”实验中，有学生利用雞蛋充当小球，细绳当摆线，制作了常规实验中所见的单摆；然后在“鸡蛋”上面放了一个钢尺，以方便读出单摆的位移，同时在下面放了一个秒表，方便计时；最后巧妙利用“慢动作”拍摄的方法，读出单摆在各个时刻的位移，描点连线，重复三次，得到了振动曲线.

在“研究单摆周期的影响因素”的实验中，有学生根据所学对实验进行了细化，即研究单摆的周期与振幅、小球质量、摆长的关系.在实验中，学生用细线将大樟脑丸（A、B、C）、小樟脑丸、乒乓球分别用细线拴在管道上，并开始单摆运动.每次启动时都借助钢尺让小球由静止释放，避免小球发生除单摆外的其他运动，以保证实验的准确性.在实验报告中，学生详细记录了参数数据，以及不同振幅（最大摆角）下单摆的周期、不同质量下单摆的周期、不同摇长下单摆的周期，最后得出结论：单摆的振动周期和单摆的振幅和摆球的质量无关，和单摆的摆长和有关.

此外，还有学生利用家里的暖气片作为背景辅助实验，并清晰地展现了实验步骤，完成了对摆周期影响因素的研究.在探究单摆周期与振幅关系的实验中，学生先将胶带位于离平衡位置2.5 cm的距离，准备好手机计时器并松手；当胶带位置到暖气片中央时开始记录，一次全震动记录一次时间；取中间的几次计数，计算平均值t₁约等于1.214 s；将胶带位于离平衡位置6 cm的距离，准备好手机计时器并松手；当胶带位置到暖气片中央时开始记录，一次全震动记录一次时间；取中间的几次计数，计算平均值t₂约等于1.216 s.在探究单摆周期与小球质量关系的过程中，学生重复上述实验的前三步，然后将狗咬胶位于离平衡位置2.5 cm的距离，准备好手机计时器并松手；当狗咬胶位置到暖气片中央时开始记录，一次全震动记录一次时间；取中间的几次计数，计算平均值t₃约等于1.214 s.在探究单摆周期与摆长关系时，学生依然重复上述实验的前三步，然后将细绳缩短至15 cm；将胶带位于离平衡位置2.5 cm的距离，准备好手机计时器并松手；当胶带位置到暖气片中央时开始记录，一次全震动记录一次时间；最后取中间的几次计数，计算平均值t₄约等于0.846 s.

这样的家庭实验开放且有趣，不仅激发了学生学习物理的兴趣，也拓展了学生的思维，让学生根据所学自主设计实验，并在开放的环境中深入探究思考，实现了高阶思维的全面发展.

3 设计灵活性物理实验，培养学生高阶思维

灵活性的物理实验能够刺激学生主动思考，让他们将理论知识与实践活动联系起来，活学活用，探索寻找更加合适的实验过程，进而通过不同的方式感知、理解物理知识.基于此，在创客教育理念的指导下，高中物理教师应重视培养学生思维的灵活性，促使学生的思维从低阶向高阶过渡.

例如在“摩擦力”实验指导中，教师通过趣味实验和常规实验两种方式对学生进行引导，促使他们灵活思考不同物理现象中摩擦力的作用.其中在“体验静摩擦力”实验中，教师设计了观察“筷子提米”的小实验，让学生在生动有趣的实验氛围中思考静摩擦力及其产生条件，让学生联系生活经验认识到：接触面粗糙的物体之间有相对运动趋势时就会产生静摩擦力.同时，教师还设计了观察“刷子刷桌面”的小实验，引导学生思考静摩擦力的方向与物体的相对运动趋势方向之间的关系，以加强对相对运动趋势的理解，体会受力平衡状态下静摩擦力的大小.在学生对静摩擦力形成了一定的思考与认识后，教师则开展常规实验，引导学生探索静摩擦力的变化，并尝试绘制f-t图.在实验中，教师为各组学生提供了实验器材，并要求学生根据提示自主安装实验器材，并在容器中缓慢加入细沙，通过力传感器读出绳子拉力，最后在物体保持静止的状态下，不断增加细沙，记录绳子拉力随时间的变化.根据所记录的数据以及教师的提示指导，各组学生都得到了二力平衡条件物块所受静摩擦力与时间图像（f-t图）.

综上，在物理实验指导中，教师尽量为学生创造自主探究、灵活思考的空间，让他们能够通过不同的实验现象探究其中的物理规律，进而将理论与实践融会贯通，完成实验要求.4 推进创新性物理实验，培养学生高阶思维

创客教育理念突出强调的是激发学生的创新思维，培养学生创新实践能力.基于此，在高中物理实验教学中，教师应立足物理学科教学要求，以课程标准为依据，设计开展具有高中物理探究与体验相结合的自主创新实验，以重点培养学生科学思考问题的能力，让学生打破思维定势，促进学生创新思维发展，真正激发出学生无穷的创造力.

例如在高中物理力学实验的教学指导中，教师根据创客教育理念将课程内容定位在开放性趣味实验探究.

在“不起眼的瓶子”这一实验中，探究内容是：将点燃的蜡烛放在瓶子后面，如果你从蜡烛的对面吹瓶子，蜡烛同样可能熄灭，好像瓶子根本不在那里.请你从物理学的角度来解释这个现象.

在实验探究中，教师鼓励学生思考、猜测这一现象背后的原因.有的学生认为是因为流体有黏性，气流被粘在瓶子表面，所以瓶子背后的蜡烛会被吹灭；有的同学认为蜡烛所以被吹灭是因为有大气压，大气压将吹出的空气压在瓶子表面，使其沿瓶子表面运动，所以会吹灭瓶子背后的蜡烛，如同瓶子不存在一样，所以，即便瓶子是没有摩擦力，瓶子后面的蜡烛也会被吹灭.为了验证学生的猜测，教师指导他们分组实验，并尝试绘制气流在瓶子周围通过的路线.通过创新探索，学生逐渐发现：气流因为遇到瓶子的阻挡，速度降低，所以靠近瓶子的气流的压力升高.根据力是改变物体运动状态的原因的道理，由于压力升高，所以气流的方向发生改变，气流分成两股，沿瓶子上部的一股和沿瓶子下部的一股.

气流的速度方向是沿直线方向的，而瓶子是曲面的，气流有沿瓶子表面的法向远离瓶子的趋势，于是在瓶子表面产生低压.在低压的作用下，气流又改变了运动方向，在不断产生低压、不断改变方向的情况下，气流便会沿瓶子表面曲线运动，并“绕”到瓶子的背后，最后將瓶子背后的蜡烛扑灭.

综上，物理实验的设计打破了传统实验的模式，为学生的独立思考提供了空间，同时也为学生提供了创造性实践的机会，让他们在亲身体验的过程中质疑、分析、批判、发散，并深入理解物理规律，实现了创新思维的发展.

总之，创客教育理念下高中物理实验对学生高阶思维的培养有着重要意义.上文结合教学实践，对如何运用创客教育理念设计实施高中物理实验、如何培养学生的高阶思维提出了几点建议，为相关研究提供了参考，但是其中依然存在诸多不足.所以，随着教育改革的深入，教育工作者应继续开展教学探究，进一步研究创客教育理念的应用价值，优化设计高中物理实验，为学生高阶思维的发展创造更加有力的环境.

参考文献：

[1] 蔡嫦芳.创客教育理念下高中物理实验对高阶思维培养的策略探析[J].名师在线，2023（02）：5-7.

[责任编辑：李 璟]