高中物理教学中创新实验的设计与实践

摘 要：物理课程是高中教育教学课程体系的关键学科，对于培养学生逻辑思维和科学素养具有重要作用，立足学科特点，全面做好创新实验设计，势在必行。论文在介绍高中物理创新实验重要性的基础上，论述了物理创新实验设计的主要原则，同时探讨了当前高中物理实验教学中所存在的典型问题。在该基础上，结合相关教学经验，认为应从精心设计趣味实验，逐步提升操作难度等方面，优化提升高中物理教学创新实验设计成效，以此保证最终教学质效。

关键词：高中物理；教育教学；创新实验；设计方法

随着高中物理教学要求的不断提高，创新实验在教学全过程中的现实地位愈发突出，如何准确把握物理创新实验价值内涵，优化运用多样化的教学设计方法，提升物理实验教学质量，备受业内关注，理应对此做出相应探讨与分析。

一、高中物理创新实验的重要性

在高中学习阶段，物理课程的教学目标在于让学生获得必要的物理基础知识和技能，运用所学知识分析和解决相关问题，并感悟科学精神的价值内涵，形成良好的学习习惯和科学态度。物理实验是辨析物理概念、解释物理现象的重要方式，在培养学生动手能力、动脑能力和创造性思维等方面发挥着不可替代的现实作用。依托于高中物理创新实验，学生可更加全面准确地把握物理知识中蕴藏的基本规律，有助于激发创新潜力，提高实践创新能力。近年来，国家教育主管部门高度重视高中物理实验教学模式的优化，在培育学生科学思维，拓展学生核心素养等方面取得了显著成就，真正体现了物理实验在总结归纳物理规律方面的现实价值。同时，广大一线教育工作者同样在优化整合物理实验教学资源，改进物理实验教学方法等方面进行了诸多有益探索，有针对性地培养了学生科学探究能力和科学思维习惯。尽管如此，当前高中物理创新实验教学水平尚有较大提升空间，迫切需要改进方式方法，优化实验教学实践过程[1]。

二、高中物理创新实验设计的主要原则

（一）趣味化原则

高中物理知识相对枯燥，若单纯地通过传统的课堂讲解方式展开教学，势必难以取得最优化的教学效果。而通过趣味化的创新实验教学，则可穿插诸多趣味性的实验内容，以此提高学生课堂参与度，激发学生对物理知识的渴求与探究欲望。在趣味化原则要求下，物理实验设计应立足学情特点，准确分析与把握学生对于物理知识的心理期待和需求，将整个实验过程细分为若干环节，做到各环节的层层递进，循序渐进地展现物理知识新奇和生动的特点。

（二）生活化原dkpFvyOQ9r/KtXUfofKnpQ==则

高中物理知识与学生实际生活之间存在密切关联，生活中的诸多有趣现象均可通过物理知识进行解释，这要求物理创新实验设计应按照生活化原则要求，将实验教学与生活实践有机结合起来，降低学生对抽象物理知识的理解难度。通过融合运用生活化原则，物理创新实验教学可由浅入深、由易及难，将现实生活中的实际案例引入实验全过程，使学生更加深入地掌握物理原理，升华对物理知识的直观认知。

（三）科学性原则

科学性原则要求高中物理创新实验严格按照严谨的过程方法，设定实验方案和实验过程，观察实验现象，客观准确记录实验中的相关数据信息，最大限度地避免人为主观干预对物理实验过程与结果的影响。在科学性原则要求下，高中物理实验教学还需注重实验过程的直观性，正确揭示其中的物理规律，以实验现象验证物理知识或假说的真伪，同时让学生在严谨细致的实验过程中受到熏陶，始终保持对无穷物理知识的探究欲望[2]。

三、高中物理实验教学存在的典型问题

（一）高考“指挥棒”的影响明显，实验评价方式单一

实验评价是评判物理实验教学质效的重要方式，更是体现物理创新实验设计成效的关键过程，只有在多元化评价方法应用中，才能确保评价结果全面、可靠、可信。纵观当前高中物理实验评价实际，普遍存在高考“指挥棒”影响明显，评价方式单一等共性问题，无论是理论知识考试方式，还是实验操作方式，均存在明显应试痕迹，更多教师将注意力放在高考考查和“猜题”等方面，学生只能按照固有流程机械地完成实验操作，忽视了物理实验应有的内在本质与价值。受限于此，学生的实验技能得不到充分考查，背离育人功能的实际要求，迫切需要建立科学化、多元化的实验教学评价

体系。

（二）实验硬件设施不足，专业人员紧缺

随着高中物理创新实验教学要求的提高，相应的硬件设施更加重要，同时也对物理教师在实验指导方面的专业技能提出了更高要求。实践表明，部分高中学校未能配置齐全完善的实验硬件设施，实验设备或仪器数量不足，更新率低，无法保障分组实验教学，且实验课时量少，仪器设备精确度不够，影响实验效果。物理实验室的开放程度有待提高，仅在有相关课程安排时才向学生开放，硬性条件的保障作用难以实现。部分教师对创新实验教学的核心价值认知不足，缺乏对物理知识的深层次讲解，无形之中割裂了物理知识和实验操作之间的关系。

（三）学生动手操作能力弱，实验态度需提升

学生是高中物理创新实验教学的主要对象，更是实验教学效果能够顺利实现的重要因素。但部分学生在物理实验课堂中，会过度兴奋、喜悦，往往沉浸在相对“热闹”的学习氛围中，尤其在分组实验中，自然而然地放松了学习心态，违反实验操作规程，胡乱操作实验设备，互相抄袭实验数据等现象不同程度存在。随着时间的延长，学生难以熟练使用各类实验仪器，对物理原理一知半解，不仅影响物理实验教学效果，而且制约正常教学进度，创造性思维的有序养成更是天方夜谭[3]。

四、高中物理教学中创新实验设计策略探讨

（一）精心设计趣味实验，逐步提升操作难度

根据高中物理教学目标要求，制订完善的创新实验教学计划，围绕课堂教学目标，精心设计趣味实验，消除传统教学模式下实验形式单一、实验内容枯燥等弊端，以生动形象的实验内容激发学生探究兴趣。高中物理创新实验教学效果的彰显并非朝夕之举，需要按照循序渐进的教学原则，逐步提升实验操作难度系数，引导学生由浅入深地探究物理实验内容，在教学过程方面实现阶梯化提升。比如：在《自由落体运动》内容教学中，为使学生明白影响物体下落快慢的主要因素是空气阻力，掌握自由落体运动的定义和条件，学会运用理想化的物理学研究方法，教师可利用有趣的游戏实验进行课堂导入，引导学生观察并思考物理实验，根据实验现象做出合理假设与猜想，然后进行求证。在该基础上，对羽毛、树叶、直尺和铁片等分别进行演示实验，然后组织学生开展讨论，以加深对该物理知识的理解。

（二）善于利用冲突思维，促使学生深入探索

高中物理创新实验的设计可将整个实验过程进行细化分解，通过对每项分解内容进行深入讲解和操作，使学生将所学知识与相对应的实验环节有机结合起来，以更加全面地掌握物理原理、规律和本质。在上述过程中，冲突思维具有重要作用，可引导学生在物理知识的海洋中尽情遨游，时刻保持对所学内容的注意力，锻炼提升逻辑思维能力，形成对物理实验内容的自我认知。以《楞次定律》一课教学为例，教师可首先通过创新实验创设问题情境：让磁铁分别在纸筒和铜管中自由下落，让学生亲自动手操作，观察磁铁下落快慢情况。在观察到实验现象后，利用冲突思维引导学生思考：为什么磁铁在铜管中下落明显变慢？进而引出变化的磁场这一概念，循序渐进探究感应电流等内容。在上述实验环节，教师应鼓励学生对“感应电流的方向和磁通量的变化”等内容展开大胆想象，充分发挥发散思维，以加深理解[4]。

（三）适当创新原有实验，强化实践能力训练

现代信息化技术的创新发展与实践运用，为新时期高中物理创新实验设计提供了更为灵活多变的工具载体，使传统教学条件下难以实现的创新实验设计效果更具实现可能。因此，教师可根据物理实验教学要求，运用多媒体技术等方法对创新实验过程进行仿真模拟，使学生在清晰、形象、直观的环境下感知物理实验内容的精髓，降低理解难度，增强实验教学活跃度。在上述过程中，教师应提前搜集整理与创新实验相关的视频、动画和音频等多媒体资源，经过加工处理后，形成多媒体课件，将实验装置、实验器材和研究对象等要素全部纳入其中，将单调乏味的物理知识活灵活现地展现出来，克服学生对陌生物理知识的畏惧与抵触情绪。强化师生交流与互动，积极倾听学生在实验教学中的想法与意见，及时指导纠正学生在实验操作中的不当方式，激发其探究兴趣，增强动手实践能力。

（四）巧妙结合生活现象，创新设计物理实验

正如前文所述，高中物理创新实验设计应遵循生活化原则要求，准确把握物理知识与现实生活之间的关系，将趣味化的生活现象嵌入物理实验之中，并运用得到验证的物理知识解释部分有趣的生活现象。在物理创新实验与生活现象结合中，教师应充分把握学生既有生活经验，关注学生兴趣点所在，拓展延伸物理实验教学内容，使学生意识到物理知识的实用性。以《力的合成与分解》一课为例，该课教学目标在于理解分力及合力的概念，掌握按力的作用效果进行分解的一般步骤，学会判断一个力产生的实际效果，并强化“等效替代”思想等。对此，教师可带领学生走进实验室，利用力的合成分解演示器、钩码和平行四边形演示器等实验仪器，将演示器按事先选定的分力夹角和分力大小，调整位置并选配钩码个数，将汇力环上部连接的测力计由引力器拉引来调节高度，并适时调节拉引距离，使汇力环悬空，目测与坐标盘同心，然后改变分力夹角，重复上述实验环节。通过上述方式得出相应结论，验证物理规律。

（五）营造良好教学氛围，鼓励学生积极参与

在高中物理创新实验设计中，学生应始终处于实验教学的主体地位，所有实验环节的优化衔接，均应以增强学生获得感作为出发点，以此营造和谐的实验教学氛围，激发学生参与热情。物理实验属于过程性教学理念范畴，师生彼此分别在实验教学中扮演不同角色，教师应强化实验教学引导和服务，并由学生相对独立地完成实验观察和操作。比如：在《质点、参考系和坐标系》教学中，可根据提前掌握的班级学情特点，将全班学生分为若干合作小组，由每个小组推荐一名成员参加“同心圆”游戏，让一名学生手持10号数字牌站在同心圆中心位置，其他学生代表其他数字，教师喊到哪个数，这名同学就要和数值相同的学生站在一起。在该实验游戏的基础上，引入“质点”这一物理概念，打破以往相对沉闷的物理实验教学氛围，使抽象复杂的物理概念更加具体。

（六）重视思考能力培养，拓展学生物理核心素养

如何科学有效地培养学生思考能力，在面对复杂的物理问题时能够快速形成解决思路，进而提升学生核心素养，是当前高中物理创新实验设计应关注的重点问题。教师应主动提高自身专业技能，以更专业的教学方式、更娴熟的实验方法、更强烈的责任意识投入创新实验设计之中，增进师生彼此配合。以《摩擦力》教学内容为例，为使学生知道滑动摩擦力的产生条件，会判断滑动摩擦力的方向，教师可采用木板、木块、砝码、毛巾和弹簧测力计等用具，设计相应实验内容，分别缓慢拉动木块、木板和毛巾等，测量其匀速状态下的拉力，此时拉力等于摩擦力。同时，教师可举一反三，在更换其他实验用具后，重新进行实验，让学生试着谈谈实验心得，以此培养学生思考能力，提升学生物理

素养[5]。

（七）运用大单元教学方法，提升学生核心素养

基于大单元的高中物理实验教学模式的构建，以章节内容为起点，将教材的内容重新整合，在课程标准和核心素养的指导下构建以基本知识为统一整体的大单元知识体系。这样物理教师要整体掌握教材各章节内容，把握各章节内容之间的内在联系，从学生角度完成教学思考，并且要考虑在大单元教学下，各个知识点的呈现顺序。研读课程标准，准确了解课程标准对教材各个知识点的基本要求，并结合课程要求和学生的认知特点、学生思维的发展规律，按照由浅入深、由易到难、由表象到本质的顺序整合单元内容，帮助学生形成知识体系架构，实现单元内容间的衔接与过渡。教师在设计单元教学目标时要注重学科基础概念、基本原理等之间的逻辑关系，并且要遵循层次性、系统性、整体性的基本原则，将物理学科核心素养划分并转化为具体的大单元教学目标，让学生经历知识的形成过程，使学科的基本结构转变为学生头脑中的认知结构，以此为高中物理实验大单元教学指明方向。

结束语

综上所述，受教学理念、实验过程与教学评价等要素影响，当前高中物理创新实验设计实践中依然存在诸多短板与不足，束缚着物理教学整体活力的优化提升。因此，教育工作者应摒弃传统陈旧的物理实验设计模式，精准把握创新实验设计的现实地位，宏观审视创新实验对于促进学生物理素养有效提升的价值作用，灵活运用多样化的教学方法，激发学生对物理实验的内在兴趣，为全面彰显创新实验价值奠定基础，为促进高中物理教学质量提升贡献力量。

参考文献

[1]徐卫华.基于核心素养的高中物理实验教学延展路径探索：以“实验：验证机械能守恒定律”为例[J].物理教师，2023，44（9）：51-54，58.

[2]李春胜，钟志鹏.高中物理实验可视化：价值、路径与实践：以“带电粒子在电场中的运动”为例[J].物理教师，2023，44（5）：54-57.

[3]褚军，孟彦.创新实验设计落实核心素养：以高中物理必修第1册“摩擦力”教学为例[J].物理教师，2023，44（3）：6-9，14.

[4]孙怡晨，张彦波，万子伦，等.STEM教育理念与高中物理实验的融合探析：以测量重力加速度为例[J].中国现代教育装备，2022（8）：46-50.

[5]邵钢.聚焦深度学习，构建高中物理思维型课堂[J].教学管理与教育研究，2023，8（18）：106-108.