基于学科素养下高中物理教学案例分析——以“用单摆测量重力加速度”教学为例

于子童

(昆山经济技术开发区高级中学,江苏 苏州 215334)

实验教学帮助学生建立物理模型,并运用所学物理知识去提升学生解决实际问题的能力,促进学生核心素养的培养和发展[1].在课堂实验教学中,学生可以将理论知识转化为实践知识,这不仅能加深学生对物理理论知识的理解,而且这也将提高学生课堂学习效率和学习素养.在其课程的教学设计阶段,教师应充分重视有教育意义的实验教学.针对现阶段实验教学中存在的问题,教师还应寻找课程创新的有效途径,以确保实验教学在节能环境中顺利进行,充分发挥对高中实验教学的积极导向作用,引导教学重视实验探究,引导学生自己动手做实验,切实提升实验能力.

1 高中物理实验教学的意义

1.1 优化课程结构,培养学生学习物理的兴趣

高中物理应试教育以教师在课堂上传授理论应试知识为主,单一的教学方式导致学生对学习物理缺乏兴趣.此外,枯燥的课程理论也大大降低了学生学习的兴趣,从而导致物理课堂难以培养学生的情感.通过创新实验教学,在课程中引入实验活动可以优化结构,为枯燥无味的理论课程增添趣味性.

1.2 体会知识生成过程

高中物理课程相对来说比较难,因为它的内容对学生来说是抽象的,尤其是在高中阶段.因此,学生在理解过程中经常会遇到很多问题,导致学习效率低下.通过设计课堂实验活动,把理论知识在实验中转化为具体的表达;通过学生参与实验活动,加强学生的主体性地位,教师进一步引导学生从物理实验直接体验知识的产生过程,从而加深学生对物理知识的理解,提高学习物理的效率.

2 高中物理教学现状

2.1 功利性强,设计不合理

由于高考的压力,教师们逐渐把教学中心偏移到学生成绩上来,针对高考题型给学生设计大量的题目,题海战术对于学生短期内提高物理成绩是有效果的,但从长远上看不利于学生创造性思维的培养[2].我们应注意到实验教学在教学中的重要性并应用于课堂实验教学,从而推动传统教学的创新,打造更高效的课程学习平台.然而,在实际教学中,大多数物理教师缺乏专业知识,在具体的实验教学过程中只表述知识点,看起来好像在促进课堂教学,但由于教师缺乏合理的设计,大大削弱了教育价值并且满足不了学生学习物理的需求.

2.2 缺乏独立经验,实验过程主观性不平衡

素质教育理念强调教师应在课程设置上始终以学生为主体,学生是课堂学习活动的真正主人.高中物理实验往往以教师的示范为主,教师盲目追求课程的进步,忽视了课程发展应引导学生主观设计实验活动,导致学生缺乏独立实验经验.这种不平衡性是教师过度的主观偏见,使教师难以通过实验教学提高学生的科学素养,大大降低实验教学的意义.

3 高中物理实验教学创新策略

3.1 创建物理情景,激发学生探究兴趣

学生要对所学的内容产生浓厚的兴趣,才能积极参与后续的实验过程并自主创新.通过物理情景培养学生的情感素养,注重科学素养,提倡学习方式多样化是物理课程标准的基本理念之一.教师应在课前设计方面多花些心思,比如设计一个小游戏或放一个小短片等作为创新的方向,教师应该在新课前尽可能清晰地安排与物理知识直接相关的小设计,以激发学生对后续实验活动的兴趣.

例如,在用单摆测量重力加速度的教学中,首先肯定是要介绍测量重力加速度的重要意义,教师可以从学生感兴趣的角度激发学生的学习兴趣.学生们普遍对科幻电影有浓厚的兴趣,并且能够以此激发学生追求科学真理的精神.给学生播放《末日崩塌》影片中科学家预测地震时的片段,其一个重要指标是当地重力加速度的波动情况,这跟我们的生活息息相关.教师借此引出学会重力加速度的测量尤为重要,并引导学生思考测量重力加速度有哪些方法.学生很容易想到自由落体测量重力加速度,鼓励学生说出自己的方法并在课后留一个开放性作业.这节课我们主要探究用单摆测重力加速度的方法,惠更斯其实在提出单摆周期公式之后,已用单摆测出了他当时所在地巴黎的重力加速度,我们沿着前人的足迹再现惠更斯的实验,激发学生的学习好奇心,充分利用了实验活动中的兴趣因素直接激发学生的探究欲望.

3.2 强调学生的主体性,准备足够的实验材料

为了改善实验教学中主体性失衡的状况,教师应及时采取措施转变教育观念,实现学生在实验过程中的主体地位.只有尊重学生的地位,才能通过实验提高学生的物理素养.为了真正增强学生在实验环节中的主体性,而并不仅仅只是给学生演示实验,教师应准备好充足的实验材料和具体的实验方法,提供学生参与课堂的条件,使学生能通过自己动手操作理解课堂内容获取知识.

学生根据所选择的器材,动手操作实验,给学生一段时间,4人为一小组,分工合作,完成实验.观察学生的操作过程,收集学生在实验过程中出现的问题并展示,引导学生思考,让他们自己去发现问题.例如在测重力加速度教学时,搜集到以下问题(1)摆动的α角度过大对实验有何影响?(2)悬点没有固定:提出学生做实验时两种不同的悬挂方式.应该选用哪种方式?为什么?(3)摆球不在同一竖直面内摆动,而是圆锥摆,圆锥摆和单摆的周期相同吗?通过实验观察并提出问题,学生可以更深刻学到本实验应该注意的事项以及误差分析的原因.学生以这种方式加深对物理的理解,最终达到提高学生学习效率的教学目标.

3.3 促进演示的数字化,并提供具体指导

高中生在实验方面的经验相对较少,教师需要演示实际过程中的实验步骤和具体实验方法.这是一个重要的参考标准,指导学生更有效地进行实验,规范学生的实验操作,并获得良好的实验经验.在实验教学创新方面,教师可以借助数字化多媒体进行实验数据处理创新,数字化仪器其内部有传感器和数据收集系统可以自动进行物理实验数据的监测和收集,并对数据进行简单的统计分析和处理,防止学生在数据计算过程中出现失误,保证整个物理实验的准确性[3],而学生也对数字化仪器充满好奇和探究欲望.

教师可以利用数字化平台测量当地重力加速度,与学生实验数据做对比.如图所示,打开手机Phyphox软件,建立单摆模型如图1,测量摆长,在手机软件中输入摆长.然后拉起一个小角度,松手等稳定后,暂停软件记录结果,重复做多次(得到以下数据如图2).三次结果取平均值为9.56 m/s2.

图1 搭建物理模型

图2 重力加速度的实验数据

在新课程实验教学理念的转变下,传统的实验课与创新探究实验课做对比,师生行为大有不同(表1).

表1 两种类型实验课对比

传统模式弱化了课堂中师生的交流,使学生长期处在被动的学习状态之下.所以在新时期的教育理念指导下,教师必须以新颖的教学思想设计有效的教学策略,使学生的学习状态向主动转变,培养学生的自主学习意识[4].从实验理论上看,采集数据的过程仅仅是一种模仿形式,通过对比,利用数字化平台大大缩减了数据采集时间,其优势就凸现出来.

3.4 提质增效

“双减”政策颁布之后,教师需要及时适应新政策,响应“减负增效”的具体要求,“减负增效”的前提是课堂提质增效,达成教学目标.在课堂上设置优质精选题目,使学生当堂掌握,从而提高学习效率,减少课后题海作业.大部分学生喜欢一定的挑战性,在解决问题、克服困难的过程中获得自信和成就感[5].因此把题海作业设置为开放性自主实验作业,更能激发学生的兴趣.例如:用所学知识设计它他方法测量重力加速度.

综上所述,高中物理课堂实验教学改革的目的是为了更好地开展实验教学,通过这种方式,学生可以通过实验真正形成体验式学习.课堂实验教学打破了传统教学方法带来的限制,从而提高学生的综合素质.