科学思维下高中物理实验大单元教学策略

李小雯

摘 要：本文旨在探讨基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学方案的实践策略。在引言部分，介绍了高中物理教学中实验教学的重要性和存在的问题，以及科学思维方法在实验教学中的应用价值。在第二部分，详细阐述了科学思维方法的相关理论和实践操作方法，并结合教学实例进行解析。在第三部分，以鲁科版高中物理教材中的大单元为例，提出了基于科学思维方法的实验复习教学方案，包括教学目标、教学内容、教学方法和评价方式等。在第四部分，针对该教学方案进行了实践探究，通过开展实验复习教学活动，对学生的科学思维能力和实验操作技能进行了检验和评价，并对教学效果进行了分析和总结。最后，强调了基于科学思维方法的高中物理实验复习教学方案的实践策略的重要性和实用价值，并提出了未来教学研究的展望。

关键词：科学思维方法；高中物理实验；复习；教学方案；实践策略

本文旨在探讨基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学方案的实践策略。随着高中教育改革的深入推进，科学思维方法已被广泛应用于物理教学中，成为提高学生科学素养和创新能力的重要手段之一。然而，在实际教学中，由于缺乏有效的教学策略和方法，学生对科学思维方法的理解和应用能力仍然存在一定的局限性，尤其在物理实验教学中表现更为突出[1]。本文主要目的是探索一种基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学方案的实践策略，以提高学生对科学思维方法的理解和应用能力，增强其实验探究和问题解决能力，进一步提高学生的科学素养和创新能力，以应对未来社会的发展需求。本文主要分为五个部分，分别是引言、文献综述、实践策略设计、实践效果评价和结论与展望。希望本文能为高中物理教学的改革和创新提供有益的参考和借鉴。

一、研究现状

（一）高中物理实验教学现状

高中物理实验作为物理学科教学中的重要环节，对于学生的科学素养和实践能力培养具有重要的作用。然而，当前高中物理实验教学存在一些问题，如实验设备不完备、实验内容与教材不匹配、实验指导不到位等，导致学生对实验的理解不深入，实验能力不强，甚至有些学生对实验失去了兴趣。此外，还存在一些教师教学方式陈旧，重视传授基本概念，缺乏实践与应用，导致学生无法将所学知识应用到实际生活中[2]。因此，本文旨在探究基于科学思维方法的高中物理实验复习大单元教学方案的实践策略，旨在提高学生的实验能力和实际应用能力，促进学生对物理实验的兴趣和理解，提高学生的科学素养。本文将以鲁科版高中物理教材为基础，结合科学思维方法，设计实验复习大单元的教学方案，并进行实践教学。在实践中，将重视实验设备的完备性，使实验内容与教材相符合，鼓励学生自主探究，加强实验指导，强化实验应用，注重学生的思维训练和实践能力培养。本文的目的是为高中物理实验教学提供一些可行性的策略和方法，促进高中物理实验教学的改进和发展。

（二）科学思维方法在物理实验教学中的应用研究

科学思维方法主要是以观察、提出问题、建立假设、设计实验、收集数据、分析数据和得出结论等步骤为主要内容。科学思维方法不仅可以帮助科学家深入探究科学现象，也可以作为教育教学的一种方法来提高学生的探究能力和科学素养。在高中物理实验教学中，科学思维方法也得到了广泛的应用。通过科学思维方法的引导，学生可以从实验现象中提炼出规律和模式，帮助学生理解和掌握物理概念和知识。此外，科学思维方法也可以培养学生的创新能力、合作能力、解决问题能力和批判性思维能力等重要的能力。然而，目前高中物理实验教学中存在一些问题，例如教学方法单一、教材不够实用、实验设计缺乏科学思维方法的引导等。这些问题导致学生缺乏实践经验和探究精神，只是被动地接受知识，难以发挥自身潜力和创造力。因此，需要探索如何将科学思维方法应用于高中物理实验教学中，提高学生的实验能力和探究能力，激发学生的兴趣和热情。

（三）鲁科版物理教材的教学设计

鲁科版物理教材的教学设计主要围绕学科知识的体系结构、教学目标、教学内容和教学方法展开。具体来说，它采用了“问题—方法—结论”式的教学模式，旨在引导学生通过实验现象探究、问题解决和知识归纳，培养学生的科学思维能力。同时，教材还注重学科知识的融合和交叉，通过生活中的例子和应用实例等方式，引导学生将物理知识应用于实际生活中，培养学生的实际应用能力。在教学设计方面，鲁科版物理教材采用了模块化设计，以模块为单位，每个模块具有独立的教学目标、教学内容和教学方法，具有较强的可操作性和灵活性。同时，教材还注重知识的梳理和扩展，通过各种形式的知识补充和扩展，使学生对物理知识有更加深入的理解和应用。总之，鲁科版物理教材的教学设计注重培养学生的科学思维能力和实际应用能力，具有模块化、知识梳理和知识扩展等特点，为物理实验教学提供了很好的教学资源[3]。

二、理論分析

（一）科学思维方法的特点

科学思维方法的核心在于以数据和证据为基础，采用严谨的逻辑推理和实证研究，进行问题解决和理论推导。科学思维方法具有实证性，强调以实证为基础，即只有通过实验和观察获得的数据和证据才能支持理论的真实性。科学思维方法要求理论可以通过实验和观察来验证和证实，具有可验证性。同时，科学思维方法是基于经验和数据的，而不是基于主观想象或信仰。科学思维方法还具有前瞻性，即在解决问题和提出理论时，要具有预测性和预见性。系统性也是科学思维方法的特点，其要求对问题和理论进行系统、全面的分析和研究，不仅考虑表面现象，还要探究其背后的本质规律。在物理实验教学中，采用科学思维方法可以帮助学生更好地理解实验现象和物理规律，促进学生的科学素养和实验能力的提高。

（二）科学思维方法在物理实验教学中的应用原则和方法

在教学过程中，可以通过提出问题、启发式问题引导学生思考，激发学生的好奇心和求知欲，促进学生对物理实验的主动探究和学习；可以强调实验观察和实验推断，让学生通过实验观察和实验推断，深刻理解物理规律和概念，培养学生的实验能力和科学思维能力；探究性实验和设计实验是科学思维方法的重要组成部分，通过强调探究性实验和设计实验，可以培养学生的探究能力和创新能力，提高学生的学习兴趣和主动性；可以强调跨学科思维和综合能力。物理实验教学不应该只注重物理概念和知识的掌握，还应该引导学生发展跨学科思维和综合能力，帮助学生理解物理实验与其他学科的关系和应用。在具体实践中，还可以采用以下方法[4]。

1.激发兴趣，培养探究意识：引导学生通过问题发现、实验探究来获得知识，从而激发兴趣，培养探究意识。

2.引导思考，培养问题意识：在实验过程中，引导学生思考问题，并在实验结果出现偏差时进行质疑和解决。

3.指导操作，培养实践能力：对学生进行实验操作指导，让学生亲手操作实验，培养实践能力。

4.鼓励交流，培养合作能力：鼓励学生在实验中相互交流，共同解决实验问题，培养团队合作能力。

通过以上方法，可以有效将科学思维方法应用到物理实验教学中，提高学生的科学素养和实践能力。

三、实践策略

（一）实验教学大单元的设计原则和方法

实验教学大单元的设计原则和方法需要考虑许多方面，本文总结如下。

1.整体性原则：实验教学大单元应该是一个整体，它包括一系列实验，每个实验都有着明确的目的和任务。在实验教学大单元中，应该注重各实验之间的联系和衔接，将各个实验之间的关系理顺清晰，形成一个完整的教学体系。

2.系统性原则：实验教学大单元应该是一个有机系统，每个实验都应该紧密结合课程内容和教学目标，使得学生可以更好地理解知识点，掌握科学方法，提高解决问题的能力。

3.实用性原则：实验教学大单元应该具有实用性，能够帮助学生掌握实验技能，培养实际动手能力和实验设计能力，进而提高解决实际问题的能力。

4.兴趣性原则：实验教学大单元应该有趣，能够吸引学生的注意力，调动学生的积极性和主动性，激发学生的学习兴趣和热情。

在实验教学大单元的设计中，可以采用以下方法：

1.渐进式设计：实验教学大单元应该从简单到复杂，从易到难，通过一系列有关联的实验，帮助学生逐步掌握知识和技能，形成完整的概念和认识。

2.学生主导式教学：实验教学大单元应该让学生充分参与，学生应该是实验设计和实验操作的主体，通过实践来掌握实验技能和科学方法，提高解决问题的能力。

3.合作式学习：实验教学大单元应该鼓励学生之间的合作和交流，促进学生之间的互动和合作，提高学生的社会性和合作性。

4.反思式教学：实验教学大单元应该注重学生的反思和总结，鼓励学生反思自己的实验过程，总结实验结果，形成自己的观点和结论，提高学生的思维能力和创新能力。

（二）科学思维方法在实验教学中的应用策略

在物理实验教学中，科学思维方法的应用需要结合具体的策略。在实验教学中，强调问题意识，引导学生从实验中发现问题并提出问题，让学生深入思考实验目的、实验步骤和实验结果的含义。在实验教学中，强调实验设计的重要性，让学生掌握实验设计的基本原则和方法，培养学生设计实验的能力。在实验教学中，强调实验数据处理的重要性，让学生学会使用图表等方式展示实验数据，提高数据处理的准确性和有效性。在实验教学中，强调实验推理，引导学生运用科学思维方法进行实验推理，通过对实验结果的分析和解释，推断出科学规律和结论。在实验教学中，引导学生对实验过程和结果进行评价，包括实验设计是否合理、实验数据是否准确、实验结论是否科学等方面。在实验教学中，引导学生通过实验探究科学问题，让学生在实验中自主探究、自主学习，激发学生的学习兴趣和科学探究的热情。通过不断地实践和探索，持续提高实验教学的质量和效果。

（三）针对不同实验的教学例子说明

测量物体速度是高中物理实验中最基础的实验之一，也是需要学生掌握的基本实验技能之一。在实验教学中，应用科学思维方法可以更好地帮助学生理解实验原理，提高实验操作技能，同时也可以促进学生发展科学思维能力。针对这个实验，教学策略可以从以下几点展开：首先强调实验原理。在开始实验前，应向学生简要介绍速度的概念及测量方法，并告诉学生如何使用测量工具来测量物体的速度。其次讲解实验步骤。在实验前应该向学生讲解详细的实验步骤，并鼓励他们自己动手进行操作。在实验操作过程中，教师应该引导学生注意实验操作的细节，如测量工具的使用方法、物体的运动状态等。然后引导学生分析实验数据。在实验数据收集后，应该引导学生分析数据，并解释结果。教师可以引导学生计算不同物体的速度，并鼓励他们讨论和解释实验结果。最后强调实验的重要性。在实验结束后，应该向学生强调实验的重要性，告诉他们物体速度的测量在现实生活中有哪些应用。这样可以帮助学生更好地理解实验的意义，并促进他们对物理学科的兴趣。以上策略可以在教学中灵活应用，根据实际情况进行调整和改进，以便更好地帮助学生理解和掌握实验知识。

电路实验是实验教学中另一个非常重要的例子，学生可以通过实验了解电路中的基本概念、电流和电压的关系，以及电路中元件的作用等内容。在实验教学中，采用科学思维方法可以帮助学生更好地理解和掌握电路实验。首先，教师可以在实验前先进行知识点的梳理，引导学生了解电路中的基本概念和公式，并激发学生的好奇心，让他们能够主动探究电路的运作原理。其次，在实验中，教师可以引导学生进行实验设计，让他们根据实验目的和方法，选取合适的元件和测量工具，设计并搭建电路。这样的设计能够让学生更好地理解電路中的元件作用，并培养他们的实验设计能力。在实验过程中，教师可以引导学生进行数据采集和分析，让他们了解电路中电流和电压的关系，并通过实验数据进行验证。同时，还可以让学生进行误差分析和改进方案的探究，让他们体验科学研究的过程。最后，在实验结束后，教师可以帮助学生进行实验结论的总结和归纳，以及对实验中遇到的问题进行思考和讨论，提高学生的思考能力和创新能力。总之，采用科学思维方法可以帮助学生更好地理解和掌握电路实验，培养他们的实验设计和数据分析能力，同时还能够促进学生的思考和创新能力。

光的折射实验是高中物理实验中常做的一个实验。这个实验的目的是研究光的折射规律以及掌握相关实验操作和技能。在实验中，一般使用透明介质作为折射体，通过改变入射角度和观察折射角度来研究光的折射规律。在应用科学思维方法进行光的折射实验教学时，可以采取以下策略。通过在实验中引导学生观察和记录实验结果，培养学生的实验设计和数据分析能力。例如：教师可以要求学生在实验中不断改变光的入射角，然后观察折射角的变化情况。在教学过程中，教师应该强调实验的科学性和客观性。在学生实验过程中，要求学生精确测量实验数据，以便得到准确的实验结论。在教学中激发学生思维，可以通过提出一些问题和探索性实验来激发学生的思维。例如：可以通过提出一个问题，如“如何使用光的折射来测量透明介质的折射率？”来激发学生的思维，引导他们探索并尝试解决这个问题。在实验教学中，创造良好的教学环境可以帮助学生更好地理解和掌握实验知识。教师可以选择适当的实验器材和实验场所，以确保实验过程安全和有序。通过以上策略的实施，可以使学生在实验中更好地理解光的反射规律和掌握实验操作和技能，同时培养学生科学思维能力，提高实验教学的效果。

四、实验教学效果评估

（一）教学设计的有效性评估

教学设计的有效性评估是教学质量保障的重要环节。在实施教学设计后，需要对教学效果进行评估，以确定教学目标是否达成，教学方法是否适合学生的学习需求等方面的问题，进而对教学进行优化和调整。可以通过问卷调查、讨论小组等方式收集学生的意见和建议，得到学生反馈，了解他们对教学内容、教学方法和教学效果的看法，从而确定教学中的不足之处。教师需要对自己的教学进行反思，从自身的教学方法、教学态度等方面分析教学中出现的问题，为优化教学提供方向。可以通过组织班会、小组会议等方式，让学生自行评估自己的学习效果和教学效果，以及教师的教学方法和教学态度等方面的问题。通过以上评估方法，可以全面地了解教学效果，找出教学中的问题并进行优化和改进，从而提高教学质量。

（二）教学策略的有效性评估

教学策略的有效性评估是指对所采用的教学策略进行评价，以确定其是否能够达到预期的教学目标并提高学生的学习成效和学习兴趣。评估教学策略的有效性可以帮助教师确定是否需要进行改进或调整教学策略，以进一步提高学生的学习效果。评估教学策略的有效性需要收集和分析相关的数据，以确定教学策略对学生学习成效的影响。常用的评估方法包括：

1.学习成绩的比较：将采用不同教学策略的学生的学习成绩进行比较，以确定哪种教学策略对学生的学习成绩有更大的提高。

2.学生评价：通过调查问卷等方式收集学生对所采用的教学策略的评价，了解学生对教学策略的接受程度和效果。

3.观察和记录：通过观察和记录学生在教学过程中的表现和反应，以确定教学策略是否能够引起学生的积极参与和学习兴趣。

4.教师自我评估：教师可以通过自我评估的方式对所采用的教学策略进行评价，以发现自身在教学过程中存在的不足和需要改进的地方。

评估教学策略的有效性不仅有助于提高教学质量，还可以帮助教师更好地了解学生的学习需求和学习习惯，以更好地满足学生的学习需求。

（三）学生实验表现的评估

针对光的反射这个实验，我们进行了有效性评估，并通过学生的表现来评估教学策略的效果。在该实验中，笔者设计了一份实验报告的评分表，涵盖了实验前准备、实验操作、数据处理和实验报告撰写等多个方面。在该班级的学生中，共有45名学生参与了该实验，其中有23名男生和22名女生。根据评分表的评分标准，实验报告总分为100分，其中实验前准备占10分，实验操作占30分，数据处理占30分，实验报告撰写占30分。我们对学生的表现进行了评估，结果如下：

其中，有5名学生得分低于70分。根据评估结果，笔者发现实验前准备和实验操作的表现较好，但数据处理和实验报告撰写方面仍有待加强。在后续教学中，我们将更加注重教授学生数据处理和实验报告撰写的相关技能，并在教学策略上加以调整，以提高学生的表现。

结束语

本文采用科学思维方法，针对高中物理实验教学进行了设计和实践。通过分析实验教学现状和鲁科版物理教材的教学设计，我们提出了实验教学大单元的设计原则和方法，并结合实际例子给出了相关的教学策略。经过实践，我们发现这种以科学思维为导向的教学方法可以有效提高学生的实验探究能力和科学思维能力，促进学生自主学习和合作学习，使学生更加深入地理解和运用所学知识。通过对学生实验表现的评估，我们发现学生的实验操作技能得到了很好的提高，实验思维和数据处理能力也有明显的提升。但是也存在一些问题，如部分学生在实验操作和数据处理过程中存在一些错误和偏差。因此，我们建议在实验教学中加强对学生实验操作和数据处理能力的培养和训练，同时也要加强对学生实验安全意识的培养和教育。在未来的教学实践中，我们将进一步完善科学思维方法在实验教学中的应用策略，探究不同教学情境下的有效教学策略，并开发相应的教学工具和资源。同时，我们也将对学生实验表现的评估方法和标准进行进一步研究和改进，以更好地评价教学效果。

参考文献

[1]黄东成.基于科学思维的高中物理教学改革实践[J].高考，2019（12）：23.

[2]李正源，王呈平.高中物理教学中实施科学方法教育的策略[J].考试周刊，2018（38）：160.

[3]吴烜.基于实验的高中物理教学方法的創新研究[J].课程教育研究，2019（32）：201.

[4]林厦门.高中物理电学实验专题复习的策略思考[J].中学理科园地，2017，13（5）：53-54.

本文系福建省教育科学“十四五”规划2022年度专项课题：“高中物理专题系列化实验的单元教学策略案例研究”（立项批准号：Fjxczx22-160）阶段性研究成果。