基于科学思维发展的高中物理实验“考、教”研究

王秀丽

摘 要：自从国家颁布了《普通高中物理课程标准》后，在课程目标、学业质量等方面，明确提出科学素养发展考查要求，给高中物理实验教学带来了较大影响。在此背景下，教师要想提高高中物理实验教学质量，应以科学思维发展为基础，根据学生物理学习表现探寻合理的“考、教”实施策略，确保学生在学习物理实验中能够有效发展科学思维。本文主要研究了基于科学思维发展的高中物理实验“考、教”实施策略。

关键词：科学思维发展；高中物理实验；“考、教”研究

物理学是以实验为基础的学科，实验又是高考年年必考内容，所以在平时教学中的实验部分是教学的主要内容，也是学生必须掌握的一项实践技能，对发展学生科学思维具有重要作用。近年随着新课标实施，教育部要求教师转变教学理念，加强高中物理实验教学力度，注重学生科学思维发展。对此，教师应按照新课标提出的教学要求，以学生物理学习现状为前提，设计多样化高中物理实验“考、教”模式，优化实验教学方法，使学生在物理实验中能够不断发展科学思维。

一、科学思维概念

《普通高中物理课程标准》中提到，科学思维是从物理学视角，对客观事物的本质属性、内在规律以及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程，是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用，是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格。该定义认为科学思维是认识方式、过程、运用、能力和品格的统一。教师基于科学发展思维开展高中物理实验“考、教”时，能够有效改变学生学习状态，使学生从原来的旁观者状态转向主动参与的状态，进而协助学生更加清晰了解物理现象，得出准确的物理结论，从中找出新型物理知识理解方法，从而有效培养学生创新意识[1]。

二、目前高中物理实验教学中存在的问题

（一）物理实验课时较少

由于高中课程较多，学校在安排课程教学计划时，通常会将大部分时间安排到理论课上，很少针对科学思维发展需求，安排足够时长的物理实验课程。在此背景下，因为高中物理实验教学课时较少，教师习惯通过演示操作的方式，向学生展示实验过程以及实验现象，学生缺乏亲自操作的机会。对于部分理解难度较高的物理实验，教师经常运用多媒体设备播放相关物理实验操作视频，没有按照学生学习需求，深入讲解各个环节的实验操作方法以及注意事项，导致学生对有关物理实验了解程度较低，影响了物理实验教学质量[2]。

（二）教学方式存在不足

当前高中物理实验教学中存在最为严重的问题是，部分教师没有掌握有关高中物理实验操作方法，对部分实验操作和实验设备缺乏充分了解，无法根据学生学习表现，及时提供准确的物理实验操作知识。在此情形下，部分教师为了提高教学效率，会通过口头灌输教材文本的方式，告诉学生高中物理实验中涉及的知识点，没有按照科学思维发展需求，设计探究性物理实验，也没有将翻转课堂、小组合作等教学方式运用到高中物理实验中来，习惯通过试卷考试，检查学生对物理实验的掌握程度。这种教学方式不仅不符合物理核心素养培养理论，还对学生科学思维发展造成不利影响，降低了高中物理实验教学效果。

（三）实验过程过于程序化

现今部分教师在高中物理实验“考、教”中，习惯先对物理实验目的进行分析阐述，然后简单介绍相关实验器具操作方法，结合教学需求制定物理实验操作方案，在方案中细化了各项物理实验步骤。虽然物理实验操作方案降低了学生实验难度，但是存在程序化缺陷，无法有效发展学生科学思维。然而教师在高中物理实验“考、教”中忽视了这一缺陷，通常要求全体学生用同样的器具，按照自身展示的物理实验过程，按部就班完成物理实验任务。物理实验过程过于程序化，缺乏针对性研究，导致学生无法从实验中有效发展科学思维[3]。

（四）部分学生实验兴趣较低

部分学生由于对高中物理实验“考、教”缺乏正确认识，认为其会占用自身做题时间，缺乏良好的实验兴趣，在面对小组物理实验时，习惯在小组合作中，站到旁边观察小组成员如何做，自身并未认真观察实验过程，也没有做好实验数据记录工作，甚至在实验结束后，未能准确理解相关物理实验现象。但是部分教师在高中物理实验教学中，并未根据学生的实验表现提出改正意见，习惯将重心放到各个小组是否有效完成实验任务上来，从而导致物理实验教学成为形式，降低了高中物理实验教学质量。

三、基于科学思维发展的高中物理实验“考、教”策略

（一）创新教育教学理念

教育教学理念影响着新课堂建设效果。教师要想充分利用现有教学课时，提高课堂教学效率，应根据新课标和新教材创新传统育人观念，将学生放到课堂建设首要位置，按照学生学习需求建设课堂教学目标、讲课内容和教学方法等。同时，教师在创新教育教学理念时，应积极向优秀同行请教，学习同行的教学理念，引导同行分享成功案例，从中汲取可行性高的新理念，在后期基于科学思维发展实施高中物理实验“考、教”时，保障新型教学理念符合新课标和新教材实施需求，为提高高考物理实验教学效果打好基础。此外，教师在创新教学理念时，应立足科学思维发展，做好教学设计。教师应设计教学评一体化实施方法，并根据课程内容做好课时设计，按照教学大纲、学生学习能力以及教学经验等，设计合适的教学模式，保障学生在有限时间内实现高效学习目标。

（二）運用翻转课堂优化教学方式

翻转课堂是指重新调整课堂内外时间，教师不再占用课堂时间讲解知识，相关信息需要学生课前通过看视频等方式自主学习。教师在课堂上主要是以讲授法和协作法的方式，帮助学生进行个性化学习。相比传统教学方式而言，翻转课堂更具开放性，学生参与度更高。学生可以在参与讲课中，及时发现自身存在的理解缺陷，在教师协助下快速完善知识体系，为发展科学思维奠定良好基础[4]。因此，教师开展高中物理实验“考、教”时，可以运用翻转课堂优化教学方式，先将有关教学内容编辑成多媒体课件，按照多媒体课件编辑需求以及学生理解能力，有计划整合课内外资源，并结合多媒体课件中的具体内容，设计有关物理实验报告，在报告中以表格的形式，阐明物理实验过程、步骤以及器材类型等，让学生课前按照多媒体课件和物理实验报告提示，在实验室进行自主学习。课堂上让学生以小组为单位，扮演教师角色讲解实验过程以及结果。教师可以根据学生讲课表现进行补充教学，使学生在课堂上能够有效发展科学思维。

例如：讲到《串联电路和并联电路》时，教师在制作多媒体课件的过程中，应将串联电路和并联电路连接特点、画图方法以及电池阻、小灯泡、开关和导线等引入其中，并从互联网中查找有关实验操作视频。与此同时，教师可以根据多媒体课件所讲内容，适当引入全国统考高考真题，如2023年全国甲卷第22题，“某同学用伏安法测绘一额定电压为6V，额定功率为3W的小灯泡的伏安特性曲线，实验所用电压表内阻约为6KΩ，电流表内阻约为1.5Ω，实验中有图（a）和图（b）两个电路图供选择。”这道题目的考法是以填空题为主，考点以电路图中的电池阻和画图方法等为主。当教师制作好多媒体课件后，可以设计相关物理实验报告，并要求学生根据高考真题的考点，自主结合多媒体课件所讲内容进行实验操作，在实验操作中会连接简单的串联电路和并联电路，会画简单的串、并联电路图。此后，教师可以将多媒体课件和实验报告发送到学习群，让学生课前前往实验室自主学习。课堂上，教师可以按照物理学习能力分组，让每个小组轮流讲解多媒体课件内容和高考真题解答步骤，演示物理实验操作过程。当学生出现讲解错误的情况时，教师应及时补充，根据学生回答深入讲解这道高考真题中的理论知识，使学生在理解知识中能够有效明确前期物理实验与相关知识之间的关联，从而不断发展科学思维。其实这样的高考题有很多，教师加以整合都可以作为上课的素材选取应用。

（三）借助探究性實验培养思考能力

探究性实验是指学生在不知道某种现象产生原因的前提下，先对该现象的产生做出合理假设，然后通过操作、观察、比较、分析等方式来验证假设的过程。经教学发现，探究性实验能够有效培养学生思考能力，可以有效发展学生科学思维。这种实验教学方法不仅可以提高育人效果，还能有效解决实验过程程序化问题，符合高中物理实验“考、教”需求。因此，教师基于科学发展思维组织教学时，可以借助探究性实验培养思考能力，根据高中物理实验试题设计问题，引导学生做出合理假设，然后向学生讲明各类实验器材使用方法，让学生通过分组协作的方式，共同探究实验假设是否正确。教师可以在学生实验中，用心观察学生实验过程，及时给予学生操作指导，提高学生探究性实验质量。

例如：讲到《测金属丝的电阻率》实验时，教师可以从全国统考高考真题中选择合适的题目，如2023年全国乙卷第23题，“一学生小组测量某金属丝（阻值约十几欧姆）的电阻率，现有实验器材：螺旋测微器、米尺、电源E、电压表（内阻非常大）、定值电阻R0（阻值10.0Ω）、滑动变阻器R、待测金属丝、单刀双掷开关K、开关S、导线若干。”这道高考真题考法以填空题为主，考点涉及电压、电流和电阻等知识。教师可以先针对第一个填空前后的相关信息，询问学生题干中各类信息之间的关联是什么？通过图画可以假设流过待测金属丝的电流是多少？具体假设由学生结合所学知识进行设计。此后，教师可以根据题目中的具体信息，带领学生前往实验室，并按照学号分组，让每个小组自主在实验室整理有关器具。教师可以先在讲台上系统演示各类器具使用方法，讲明实验过程，告诉学生需要注意的安全问题。当学生对该实验步骤有了基本认识后，教师可以让每个小组结合问题进行探究实验，要求学生将实验步骤、所得数据以及实验现象等全部记录下来，并让每个小组轮流共享实验成果。教师可以根据这道题目中的填空，告诉学生问题正确答案，并讲明哪些实验数据属于正确数据，指出部分学生实验结果与假设之间存在差异的原因，使学生在重新验证假设中能够有效培养思考能力，不断发展科学思维。

（四）通过阵营比赛调动实验兴趣

实验兴趣与教学效果具有直接关联。阵营比赛灵活性强，极具趣味性，学生可以在环境影响下，以良好态度投入高中物理实验中来。同时，阵营比赛可以使学生在比赛中感受到学习乐趣，激发学生实验积极性。因此，教师基于科学发展思维开展高中物理实验“考、教”时，可以通过阵营比赛引发学生实验兴趣，设计与以往高中物理实验习题有关的比赛实验，教导学生结合实验课题，运用所学知识进行实验操作。

例如：讲到《描绘小灯珠伏安特性曲线》时，教师可以在理论知识教授完毕后，选择相应高考物理实验真题，如2022年全国乙卷第23题，“一同学探究阻值约为550Ω的待测电阻Rx在0～5mA范围内的伏安特性。可用器材有电压表V（量程为3V，内阻很大），电流表A（量程为1mA，内阻为300Ω），电源E（电动势能约为4V，内阻不计），滑动变阻器R（最大限值可选10Ω），定制电阻R0（阻值可选75Ω），开关S，导线若干。”这道高考真题考法是以填空题为主，考点涉及电路原理图、滑动变阻阻值以及电压表等。教师可以根据该题目，向学生阐明该类电学实验操作方法，然后将全班学生分成多个阵营，要求每个阵营按照题目提示，合作完成实验操作任务。教师可以按照每个阵营在比赛中使用时长以及实验结果进行打分。当实验比赛结束后，对于表现良好且综合成绩第一的阵营，教师应对其进行夸赞，并在班级上分享该阵营相互协作技巧以及实验操作优势，使其他学生在学习该阵营实验操作优点期间，能够有效发展科学思维；对于表现较差且综合成绩一般的阵营，教师应指出其协作实验中存在的不足，并再次讲解这类实验操作方法，确保这部分学生在教师教导下能够有效发展科学思维。

（五）采用先学后教模式发展科学思维

在高三实验复习课时，可以采用先学后教的课堂模式，由于授课对象是高三学生，他们在高一高二已经学过这些知识，可以充分调动学生学习的积极性和主动性，教师提前将课堂要复习的内容提前发给学生，让学生在课下提前温习知识点进行自主学习，在课堂上邀请学生上台独立讲解。实验题会需要有实验器材选取，这在学生备课时与教师一起在实验室里选择器材，一起完成实验，更能提升学生实验的自主性和参与度。同时由于学生站在学生角度更容易发现问题，解决自己在做实验时出现的困惑。

结束语

综上，在高中物理实验“考、教”教学中，发展学生科学思维，是提高学生物理核心素养的重要途径。教师应在教学中基于科学思维发展，按照目前教学中存在的问题，设置合适的高中物理实验“考、教”策略，创新教育教学理念、运用翻转课堂优化教学方式、借助探究性实验培养思考能力、通过阵营比赛调动实验兴趣、采用先学后教模式发展科学思维，利用多种方法改善教学模式，使学生在学习中不断发展科学思维。

参考文献

[1]张伟艺.高中物理教学中学生科学思维能力的培养研究[J].教学管理与教育研究，2022，7（17）：80-82.

[2]张善洪.高中物理教学中如何培养学生科学思维能力[J].文理导航·教育研究与实践，2021（2）：152-153.

[3]蔡千斌.基于学习进阶的高中物理“学生实验”教学设计：以“测定玻璃的折射率”为例[J].物理教师，2020，41（11）：16-19.

[4]余俊文，马来敏.高中物理研究型活动提升高阶思维能力的研究：基于成都“七中网班”远端直播教学的背景[J].教育科学论坛，2020（28）：14-17.