核心素养视域下高中物理实验教学改革的探索与研究

谢博

摘 要：物理教学是一种实验性教学，需要学习者经过无数次的实验而得出重要的理论，进而真正地学习到物理知识，这个过程充分展现了物理学的魅力，高中物理教学更是如此。由于实验是高中物理教学中非常重要的一部分，它不仅可以让学生很好地掌握物理知识，很好地了解物理概念，同时也是提高学生思维观察能力与探索意识的最好方法。然而，就当前中学物理实验教学的实际情况而言，教师的实验教学还存在着许多缺陷。因此，教师要充分重视核心素养视域下高中物理实验教学改革的探索与研究。本文将结合目前高中物理课堂中存在的诸多不足，提出如何在核心素养视域下有效改革高中物理实验教学，以期为相关人员提供参考。

关键词：核心素养；高中物理；实验教学；改革；探索与研究

物理学是一种研究自然现象及运动规律的自然科学。在核心素养视域下，虽然物理学是中学的一门基础课程，但是学生都觉得学习这门课程比较困难，所以他们不愿意主动地去学，这主要是因为物理学的知识点大多比较抽象，如果学生的思维不够灵活的话，是很难学会这门课程，所以，中学的物理教师必须把核心素质作为物理所有课程的基础，把实验深度融入物理课堂，在对物理实验进行改进和完善的过程中全面地提高学生的感性知识积累和理性思维创造。因此，中学物理教师在设计、改善实验教学方面负有重要职责。

一、高中物理实验教学的现状

目前高中物理实验教学存在一些弊端，主要体现在以下几个方面：

（一）实验课教学从本质上没有受到关注

在中学物理教学中，普遍存在着只重视概念教学而忽略了实验教学这个环节的现象。目前，一些中学物理教师仍然处于一种传统的教育理念之中，这种教学理念让他们只注重考试大纲、只注重学生的物理成绩，却忽视了对学生实践能力的培养。一旦抱有这种想法，那么教师在指导学生进行物理实验的时候，就会采用“教师操作示范—学生照搬模拟—潦草结束实验”的教学方法，具体表现为：在教师简单操作演示后，学生就照搬教师的方法进行模拟实验，因为是教师“带头”教学生做的，所以在得出实验数据后学生也不会进行验证，认为就是对的，因此就潦草地完成了物理实验。使用这样的教学方法对学生进行物理教学，使得本来生动、有趣的物理实验课堂成为一种单调、理论的实验教学，从而抑制了学生的实验热情，使得实验教学变得毫无意义，还可能产生“事倍功半”的现象，不仅使得学生对做实验没兴趣，教师也开始反感在课堂上进行实验教学[1]。

（二）物理实验教学的评估体系还不够可靠

根据调查数据可以了解到，目前大部分学校所使用的物理实验教学评估体系还不够完善，一些学校甚至根本不重视学生对于教师教学的评估，认为这只是“多此一举”。打个比方，在一些高中的物理学业水平考试中，常常片面地根据学生的物理理论考试成绩来判定教师的教学效果，这样的评定方法不仅从本质上忽略了学生物理实验操作的考核内容，还使得教师、学生都渐渐地不重视物理实验操作，归结起来看还是由于物理实验教学的评估体系还不够可靠，需要进行多方面的完善。

（三）高中生对物理实验的观念比较淡薄

在进行物理实验学习的过程中，学生常常把物理知识的思考与实验分开，他们更多关注的是“教師是怎么操作实验的”“实验数据是否真实准确”以及其他各个注意事项，却忽略了“为什么要进行这个实验”才是他们所学习的物理知识点。与此同时，当学生在学习物理知识或者面对物理难题时，他们往往会纠结于如何从理论上得到答案，而不会想到用实验操作来解决问题，这就说明了他们对物理实验的观念比较淡薄，而且还缺乏对这些问题的重新实验和反思[2]。

（四）物理实验和理论不相干

学生的实验和理论不相关主要体现在他们在物理学习中仅注重理论学习，不管实验操作，而在实际的研究过程中他们的实验操作又缺乏标准化，没有将实验教学与基本理论知识的教学有机地融合在一起。而教师在课堂中也没有引导学生利用基本知识来指导、理解、分析实验，甚至为了节省时间只将与实验相关的内容都说清楚或者将实验的设备都设置好，这样做的结果就是学生对物理的实验过程不会有更多的想法，也不会有更多的探究。

（五）实验的目的往往形式化，为了实验而去实验

物理实验的形式化突出的特点是忽视了对学生的实验探索和实践技能的培训，更多地依赖于教师在课堂上的示范。一些教师和学生更是产生了一种“学实验胜于学，学实验胜于记”的错觉。目前，教科书上的许多实验都是确认性的，很少有研究性的实验，因此学生对实验知识的理解往往是肤浅的，无法理解其内涵，更谈不上进行探索和创造[3]。

（六）在组织方面还存在一些问题

组织上存在的问题主要表现为实验的教学缺乏针对性：许多学校因为班级人数、实验器械等各方面的原因，都采用了小组实验的方式，这就导致了每组的人数太多，不能保证每个人都能动手、动脑，并独立地进行实验。因此就出现了一个情况：一些人争先恐后地去做，另一些人则充当“观察员”“记录员”，不但没有应有的秩序，甚至还有一些人在实验中根本没有机会接触到设备，只是照搬了小组其他人的资料就得到了自己想要的结果，这就导致了他们无法进行独立思维，无法进行实验技巧的培养。

二、核心素养视域下高中物理实验教学改革的探索与研究

在核心素养背景下，物理实验教学的意义已经在逐步凸显，在此基础上，笔者将基于以上弊端提出如下改进措施：

（一）物理实验教育观念转变

物理实验课堂要与新课程的要求相适应，就要转变原来的教育观念，对物理实验进行更多的关注。尽管一些教师会让学生在教师的指导下进行一些实验，但是他们往往都是遵循着既定的程序来做自己的实验，仅仅是“照搬”教师在实验讲解时所使用的器材、步骤等，利用教师的思维进行一些简单的操作，而没有进行深入研究，这样就会让学生感觉到物理实验非常单调，从而打击了他们进行实验的热情，对他们创造力的培养不利。因此，物理教师要转变自己的思想，意识到实验教学的目标是要对学生的创新能力和实践能力进行培养，让学生敢于提出疑问，让他们从原本的被动学习变成自主探索的学习。通过对实验过程的分析，可以得出一个结论：在高中物理教学中，实验是一种以教师为主导，以学生为主体的自主探索过程[4]。

（二）由验证性实验改为探索性实验

在高中物理实验教学中，教师要对学生进行指导，并激发他们的探究欲望，让他们亲身体验到实验探究的过程，这样不但可以让学生观察实验现象，还可以对实验的本质进行深度理解。在新课程改革的推动下，中学物理课本上的实验应该从以验证为主要内容的实验逐渐转向以探究为主要内容的实验。可以得知，验证性实验采用“教师做，学生看”的方法，没有充分发挥学生的主观能动性；而研究性实验指的是让学生自己进行观察，并利用所学到的知识来解决新的问题，它充分激发了学生的参与热情，符合新课程的要求。所以，在进行物理实验教学的过程中，教师可以与实际情况相结合，让学生在问题的指引下进行探索，找到解决问题的办法，进而培养学生的创新能力[5]。

例如：在教学“探究磁场对电流的作用”的时候，尽管教师进行了验证性实验，但是学生仍然感到很难学，无法深入理解。在这种情况下，教师可以把验证性的实验改为研究性的实验，让学生准备一些废铁、磁铁等，利用铝线来做研究性实验。在学生的实验探索中，教师可以向他们提问：“当金属线的长度、磁场强度都不变，电流的大小改变时，金属线的移动轨迹会发生怎样的改变？”以此问题为导向，学生能够积极主动地展开探索。又比如：教师可以把证明牛顿第二定律的实验，改成研究加速度和作用力之间的关系，这种“验证性实验”转变为“研究性实验”的方式，让学生得到的不再是死记硬背的实验原理，从而更好地激发学生的学习兴趣，提升他们的探究能力。

（三）实行开放式的物理实验教学

在新课改的背景下，提升学生的自主探究能力、开放性和多媒体辅助能力是当前物理实验教学的发展趋势。在教师的引导下，学生通过探索、讨论、制订实验计划，然后按照计划完成自己的实验，并最终进行交流，大家一起讨论，选出最佳的方案。开放式实验教学是一种新的教学模式，它要求学校对实验室进行开放，让学生独立地进行实验，并能独立地解决实验中的问题。如果有疑问，可以自己选择实验器材、自己操作、自己探究，教师只是进行初步的指导，让学生自己操作。该教学模式能够适应不同水平的学生需要，让他们能够自由地进行实践，帮助他们转变学习方法，为他们提供了更广阔的发展空间，帮助他们提高自己的探索能力[6]。

同时，在中学物理实验教学中，多媒体技术是一种非常有效的手段，但由于其本身所具有的特点，使其在实际应用中存在许多问题。将多媒体技术与中学物理实验进行融合，可以将复杂的实验现象生动地展示出来，增加实验的可视程度，还可以进行动、静两种形式的示范，这样的方式不仅增加了学生进行实验的趣味性，还很大程度上激发了学生的学习兴趣。

例如：伽利略向亚里士多德提出挑战，在比萨斜塔上进行试验，他用两个金属球，都是相对沉重的，最后两个金属球同时坠地。在这个故事的基础上，教师可以组织学生再来进行一个实验：在一座50米高的大厦顶部，有两个同样大小的红、白球，红的8公斤，白的4公斤，让它们一起坠落，看它们是否一起接触地面。由于物体的自由下落速度很快，仅凭肉眼很难观察到两个具有不同重量的物体的下落速度，在这种情况下，教师就可以用多媒体的慢动作回放，可以让学生清楚地看到两个球的下落速度是相同的，这对提升教学质量有帮助。

（四）利用“翻转课堂”进行实验

传统的实验教学方式是教师先在课堂上解释实验的目的、方法、步骤和可能出现的问题，再把实验任务交给学生完成。使用这样的方法不利于学生真正地“掌握”实验，而采用“翻转课堂”模式的实验教学则能有效地解决这一问题。在实验课的预习环节，教师向学生展示了自己制作的实验性微型课件或幻灯片，让他们在家里自学，在实验课刚开始的时候，教师可以通过对学生的评价，或者通过提问或者分组讨论来了解学生对微课的了解，当学生能够清晰地理解实验的目的、方法、过程等之后，教师就可以把实验交给学生，让学生做实验的主人[7]。

例如：在使用U-I图像法对电池的电动势和内阻进行测定时，如果电池内阻比较小，那么路端电压变化相应也就比较小、绘制的U-I图像倾角小，短路电流很难确定。因此，教师应该对学生进行启发：“对U轴坐标进行放大，将I轴向U轴正方向平移，這样可以让U-I图像更加完整。”利用这样的方式，让学生对U-I图像的物理意义有一个更好的了解。在课后，教师可以再次让学生看一遍微课或者PPT，进一步加深对实验内容的了解。

（五）将模型教学融入物理实验

所谓的将模型教学融入物理实验，就是指从物理的基本性质以及特点出发，将其分解为不同层级的过程模型，并且要把握好在同一个模型中，表现各种问题的共性，列出具有代表性的实体模型，将各种物理知识、定理、定律有规律、有目的地结合起来，总结出一套可以解决问题的一般方法。而物理模型是一种解决问题的方法，它更全面地反映了“学习”与“应用”的联系。

举例来说，爱因斯坦用他的“波粒二象性”理论很好地说明了“光电效应”的实验现象。自然界中的种种现象，常常是一团“乱麻”，在很多情况下，一种物理现象的发生和改变，都是由很多因素所决定的，学生们要搞清楚事情的动因与变化的规律，就得找出这些动因中的一种或多种动因，把它“控制”起来，使它保持不变，然后再将其他因素反复进行变化、比较，研究其他变量之间的关系，这种方法其实就是“控制变量法”，可以很好地帮助学生理解问题、得出答案。

（六）强化对学生动手实验过程的指导

在传统的实验中，往往有太多的人一起进行一个物理实验，不仅不方便教师对学生进行管理，也不能保证每个人都可以进行认真的实验，所以，应该尽可能地将每一次实验的人数减到最少，把实验中的“记录员”和“旁观者”都赶走，这才是物理实验的理想状态。通过对这些问题的分析，可以使学生在实践中得到更好的发展，从而使他们对已学到的东西有更好的理解。在实验之后得到的数据应该引导学生去分析、综合和判断，这样才能更好地巩固所学的知识，并获取新的知识。另外，应该让实验室变得更加开放，让学生进行更多的探索性实验。目前，许多学校的学生强烈反映实验室的开放时间过短，仅依靠在教室中进行示范实验，难以实现实验目标[8]。

（七）鼓励学生在实验上的创造性

在现实的物理实验教学过程中，要对学生的创新意识和创新思维进行培养，这既可以发掘出学生更好的实验本质，展现出实验的魅力，还可以让他们的创造力得到一个质的飞跃，帮助他们进行深度思考，激发学习兴趣，达到提升物理实验教学的效果。

比如：在《探究影响加速度的因素》的实验中，由于该实验的复杂性，教师可能会用一堂课的时间向学生介绍该实验的实验目的、实验原理、实验步骤，之后再给学生一堂课的时间来进行实验，但是当一些学生按照课本上的实验计划进行实验之后，却发现有很大的偏差。经分析，学生认为造成错误的主要原因是实验所提供的手推车质量不能远远超过钩子的质量。实验室里没有比这更大质量的推车了。在此基础上，教师可以提示学生改变实验计划，经过充分调动学生的积极性，使他们开始一系列的思考与讨论，最后，得出一个新的实验方案。由此可见，学生潜力有多大取决于他们是否真正地进行了思考。如果教师能够针对学生的问题，给予适当的引导、鼓励、帮助，也许可以让他们在有限的实验课上，获得更多的知识。

（八）精心设计小组实验，以协作学习为主体，优化研究方法

不同的学生在不同的领域具有他们特殊的天赋。因此，“教学相长”是物理实验教学中一条行之有效的途径。教师可以将学生分成不同的小组，让他们分工协作、互帮互助，需要注意的是，一定要控制好小组内的人数，让学生在合作的过程中充分发挥自己的优势，以此培养学生物理实验中各个方面的能力。同时，在互相合作的过程中，学生可以理解他人的思想观点，对他人的设计操作进行观察，大家可以相互借鉴、相互促进、共同进步[9]。

比如：在“探究做功与速度变化的关系”的实验中，教师先将学生进行分组，之后再提出一系列问题，比如“为什么每根橡皮筋都要一样，怎样保证每次实验橡皮筋伸长量相同”“如何对实验中小车的速度变化进行测量，小车的质量是否一定要测出”等具有探究意义的问题。在平衡摩擦力这一步中，学生们就“用什么方法来平衡小车受到的摩擦力”和“应该怎样判断是否有平衡摩擦力”进行讨论，每个学生都拿出自己的设计方案，并对其进行了分析，然后在所给设备的基础上得出一个最好的方案。

此外，在如何处理实验数据这一步中，可以启发学生进行处理实验数据的方式，例如：“除了教科书上讲的实验之外，还有哪些方法可以对本实验进行创新？”“如果教师刚才没有进行其中的某一实验步骤，结果会发生怎样的改变？”等。在这个过程中，教师要适时地引导学生，让他们充分体验到这个交流、评估、反思的过程。当然，在这个过程中，教师也要及时发现学生在实验操作过程中出现的问题，并对其进行修正，从而使实验的准确性与科学性得到提升。

（九）对课外趣味实验的有效运用，扩展学生的创造性

研究性实验设计的实质是科学地培养学生的实验素质。并且，在进行探索性实验的过程中，可以充分调动学生的主观能动性，从而有效地提高学生的创造性思维和问题解决能力。在课堂上运用一些有趣的实验，也能实现学生对这些实验的创造性。

比如：在“水火箭”的研究性实验中，要研究瓶子里的水与它的发射高度之间的关系：水越多，反冲力就越大，但是瓶子和水之间的引力也就越大。这次的研究性实验，可以当作是一次课外任务让学生来做，在整个实验探究的过程中，不需要利用多么先进的实验设备，只需要培养学生在实验过程中那份热情和他们勇于探索的心，以此帮助学生增长自己的动手能力和实验耐心，从而有效提高学生的核心素养。

结束语

总的来说，在核心素养视域下，为了促进高中生的物理實验水平，教师可以从以上改革点出发，结合自身的教学经验和能力，摸索出一套真正适合学生实际发展的教学方法，以此促进高中生的物理知识水平和实验能力实现进一步提升，使他们在物理这一学科的学习中能够“过关斩将”，获得进一步的发展和进步，并以此为前提，为物理学科的未来打下一个良好的基础。

参考文献

[1]秦晓瑜.新高考改革背景下优化高中物理实验教学的策略研究[J].吉林教育，2021（Z6）：27-29.

[2]王东梅.让实验走进学生：谈高中物理实验教学的改革[J].数理化解题研究，2021（18）：53-54.

[3]陈丽艳.立德树人视野下高中物理实验教学课程改革路径初探[J].中学课程辅导（教师通讯），2020（19）：6-7.

[4]郑伟.新高考改革背景下优化高中物理实验教学的策略研究[J].试题与研究，2019（30）：129.

[5]黄燕萍.新高考改革背景下优化高中物理实验教学的策略研究[J].高考，2019（30）：19.

[6]宋晗笑.新高考改革背景下优化高中物理实验教学的策略研究[J].教育界（基础教育），2018（6）：57-58.

[7]刘艺.高中物理实验教学改革与探索[J].中学课程辅导（教师通讯），2018（2）：125.

[8]刘志学.学科核心素养下的高中物理实验教学研究[J].文理导航（中旬），2020（3）：50.

[9]罗翀，姜明姬.核心素养视域下高中物理实验探究教与学的策略[J].中学理科园地，2020，16（2）：1-2，51.