高中物理實驗教學中培養學生核心素養的策略

■吉林省長春吉大附中實驗學校 黃 楠

在高中物理教學中，實驗一直是不可或缺的核心組成部分，大部分物理知識都是通過實驗來探索、發現和驗證的，物理實驗教學的重要性不言而喻。新課改背景下，核心素養這一概念的提出為高中物理實驗教學改革指明了方向，實驗教學不再局限于傳授學生實驗原理、知識、操作等內容，而是要在實驗中培養學生的物理觀念、科學思維、科學探究能力、科學態度與責任等核心素養，進一步提升學生的綜合能力。高中物理實驗兼具理論性和實踐性，在培養學生核心素養方面具有獨特優勢，因此探索高中物理實驗教學中培養學生核心素養的策略具有重要意義。

一、高中物理核心素養的內涵

核心素養是指學生應該具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。對物理學科來說，核心素養包括四個維度，即物理觀念、科學思維、科學探究能力、科學態度與責任，這四個方面相輔相成，共同提升學生的物理綜合素質。具體來說，物理核心素養的內涵包括以下幾個方面。

首先，物理觀念。物理現象和知識在生活和自然界中隨處可見，如運動、物質、能量等，物理觀念就是學生從物理學視角對這些物質和現象建立的認識，他們在研究和分析物理現象的過程中認識了其中的物理規律、定理等，由此形成物理觀念。

其次，科學思維。物理教學過程中，教師會對學生進行啟發，引導學生對物理知識和問題等保持批判和質疑的態度，從不同角度、運用不同的方法思考問題，在此過程中形成科學思維?？茖W思維包括模型建構、科學推理與論證、質疑創新等內容。

再次，科學探究能力?？茖W探究能力是物理核心素養中最重要的維度，在解決問題的過程中，為了驗證自己的猜想，需要學生通過信息收集處理、小組合作、實驗驗證等各種方式得出結論，這一過程需要學生具備科學探究能力。

最后，科學態度與責任?？茖W態度與責任是學生學習物理知識、發展自身物理能力過程中必須具備的態度，如遵守道德規范、實事求是、嚴謹認真、持之以恒等，科學態度與責任能夠很好地促進學生的能力良性發展。

二、當前高中物理實驗教學存在的不足

（一）物理實驗教學沒有得到足夠重視

高中學生學業緊張，高考壓力大，將全部精力都投入做題中，物理實驗雖然是物理學科的重要內容，但是實驗操作并不在高考考核范圍，針對物理實驗考核的重點基本集中在實驗原理、操作要點、結論等理論知識方面，通過填空、選擇等方式進行考查。在這種情況下，很多教師對物理實驗教學不夠重視，很少組織學生進行實際操作，通常僅要求學生從書面了解物理實驗相關知識，這樣一來，學生缺乏實踐探究的機會，難以理解需要實驗展示的抽象知識，核心素養難以得到提升。

（二）學生缺乏動手操作實驗的機會

在當前的高中物理教學中，學生能夠自己動手操作實驗的機會不多，究其原因，一方面，有的教師認為安排學生動手操作實驗比較浪費時間，影響教學進程，因此教學物理實驗時通常只是利用課件講解實驗的原理、步驟、實驗結論等，然后要求學生死記硬背相關知識點；有的教師只是播放實驗操作視頻或者自己操作一遍，要求學生觀看操作過程，學生僅通過觀看無法體驗實驗的各個環節，這樣的實驗教學形同虛設，無法保證教學效果。另一方面，有的高中學校實驗教學設施存在不足。不少高中為了追求高考升學率，往往將資金和資源投入教學資料、教學管理等方面，而在物理實驗設施方面投入有限，因此沒有充足的實驗室和器材供所有學生動手操作，學生很少有機會進入實驗室探索實驗，偶爾參與實驗，自主探究時間卻不夠充足，學生參與機會不足，核心素養也就無法在實驗中得到培養。

（三）學生實驗探究和創新意識不足

實驗是學生獲取物理知識、提升實踐能力的重要途徑，物理實驗通常包括設計、操作、觀察、分析、總結等多個環節，需要學生具備較強的探究和創新意識，但是在實際的物理實驗教學中，學生在創新和探究方面的意識普遍不足。一方面，大多數學生操作實驗時都是按照教材中的步驟機械地進行，很少去思考這樣操作的原因和背后的原理，只是按照既定的步驟操作完成就算完成實驗學習。這樣一來，學生對實驗的理解通常停留于表面，機械地記憶實驗內容，無法將實驗中涉及的知識點內化為自己的能力。另一方面，學生在物理實驗中缺乏主動學習的意識，通常都是被動接受教師的安排，教師確定實驗步驟和方法后學生照做，很少有學生主動嘗試創新實驗內容，即使創新也是淺嘗輒止，導致學生在實驗中的探究和創新意識較為欠缺。

三、高中物理實驗教學中培養學生核心素養的策略

（一）利用物理實驗培養學生的物理觀念

物理知識和現象雖然廣泛存在于自然界和日常生活中，對學生來說比較常見，但是由此抽象總結所建立的物理學科本身難度較大，尤其是高中物理，內容抽象難懂，很多學生對一些物理概念存在理解困難，不求甚解只靠硬背來應對考試，這與學生沒有建立完善的物理觀念有關，因此，在物理實驗教學中引導學生建立物理觀念至關重要，這也是物理學習的核心前提。

首先，通過生活化的實驗或現象幫助學生建立物理觀念。生活素材是學生最為熟悉的，通過生活中與物理知識相關的案例，能夠使學生更直觀地理解物理概念、定理和規律，從而建立完善的物理觀念。例如，在學習“慣性”這部分內容時，教師可以通過常見的生活現象幫助學生理解“慣性”的概念，如自行車剎車后還會行駛一段距離、公交車停車時人的身體會前傾、運動員跳遠時需要助跑等，從而使學生認識到慣性的概念。教師還可以要求學生親身實驗慣性的大小與哪些因素有關，如讓兩名身高和體重差異較大的學生同時乘坐公交車，公交車剎車或起步時學生有意識地觀察誰的前傾或后仰幅度更大，從而對影響慣性的因素建立初步認知。利用學生熟悉的生活素材，更容易使學生建立物理觀念。

其次，通過直觀的演示實驗幫助學生構建物理觀念。高中物理有很多知識非常抽象，學生單純依靠想象難以理解，教師可以通過一些實驗使學生直觀地看到某一物理概念或現象，從而建立物理觀念。例如，在教學“安培力”內容時，教師可以演示“磁場對通電導體的作用”這一實驗，通過開關的閉合、改變電流方向、改變磁場方向等展示不同情況下導體的受力情況，引導學生觀察。在這一過程中，學生通過導體棒的運動直觀地看到其在磁場中受到的力，對抽象的安培力有了具象認識，從而使抽象的物理知識變得具象化，幫助學生更好地建立物理觀念。

（二）利用物理實驗培養學生的科學思維

科學思維是物理核心素養的重要內容，包括模型建構、科學推理與論證、質疑創新等，學生建立科學思維后，在學習任何學科時都能夠保持質疑和創新的態度，同時能夠大膽假設、小心求證，對其綜合能力的提升意義重大，因此在物理實驗教學中培養學生的科學思維至關重要。以往的物理實驗教學內容和教學形式都比較單一，不利于學生科學思維的培養，教師要積極創新實驗教學方法，培養學生的科學思維。

首先，創新教材中的實驗設計，培養學生的創新意識。高中物理教材包括很多實驗內容，學生如果只是按照教材按部就班地進行，很難形成自己的思維和創造力，因此教師要鼓勵學生對教材實驗進行創新，如改變實驗條件、器材、操作方法等，能夠有效鍛煉學生的科學思維。例如，在教學“摩擦力”相關內容時，教師針對教材中的“靜摩擦力大小隨拉力變化”實驗展開教學，鼓勵學生不局限于教材中的實驗內容，根據自己的想法創新實驗，如教材實驗中利用彈簧測力計測試拉力不夠準確，可以改為拉力傳感器計算力的大小。此外，學生還可以改變木塊所在面的材質，如針對毛巾、砂紙、塑料紙等不同材料改變桌面的粗糙程度，測試不同的靜摩擦力大小，總結物體受到的靜摩擦力與哪些因素相關，這樣一來，學生的創新能力能夠得到有效提升。

其次，抽象實驗本質科學建模，培養學生的核心素養。建模是指將物理知識或問題的本質簡單化處理，然后通過創設情境或實物演示等方法直觀地展示物理原理，使學生的思維得到啟發，從而建立科學思維。例如，在教學“力的合成和分解”內容時，依靠口頭講解很難使學生理解，這時教師可以設計一個演示實驗，先用一個彈簧秤提起鉤碼，讀數作為合力的大小，再用兩個彈簧秤從不同角度提起鉤碼，讀出兩個彈簧秤的數值。通過觀察整個過程，學生可以直觀地理解合力并不是分力的簡單相加，還與分力的角度有關，由此建立對合力和分力關系的認識，有效發展科學思維。

（三）利用物理實驗培養學生的科學探究能力

在傳統的物理實驗教學中，學生動手參與實驗的機會不多，即使參與實驗也是按照固定的步驟操作，較少在實驗中提出問題，或者根據自己的猜想進行驗證，科學探究能力得不到有效鍛煉，核心素養的提升也就無從談起?；诖?，為了培養學生的科學探究能力，在實驗教學中教師要堅持學生為主體的思想，為學生創造利用實驗探究問題的機會，鼓勵學生積極思考，對自己的疑問大膽進行假設，并制定實驗方案進行驗證，最終得出結論，這樣一來，學生的科學探究能力能夠得到有效提升。

例如，在教學“電阻”相關內容時，教材中測電阻的實驗所用原理為歐姆定律，學生掌握這一實驗方法后，教師可以鼓勵其思考還可以使用哪些方法測量電阻，學生集思廣益，提出“伏安法”“伏阻法”“安阻法”等不同的方法。教師要求學生按照自己的思路設計相應的實驗，確定實驗器材、實驗步驟、具體的實驗操作方法，如線路連接法，以及需要記錄哪些數據，并確定數據分析方法，學生要規范操作，實驗完成后，教師可以組織學生進行討論，分析不同實驗方法的優缺點，促進學生思考，提升學生的探究能力。

此外，有的物理實驗涉及的內容較多、知識難度較大，學生獨立思考容易遇到困難，影響學生的積極性，這時教師可以組織學生分組實驗，讓學生在小組內共同交流，能夠有效提升學生的參與積極性。例如，在教學“探究加速度與力、質量的關系”這一實驗時，教師可以組織學生分組探究，先讓學生以小組為單位學習基礎知識，如打點計時器的原理和操作方法、平衡摩擦力的方法等，然后鼓勵每個小組設計改進實驗，探究如何利用實驗室中的現有器材來減小或消除摩擦力，思考如何更準確地測量速度，提出自己的實驗方案，小組之間進行交流，從而促進每個學生科學探究能力的發展。

（四）利用物理實驗培養學生的科學態度與責任

在物理實驗中培養學生的科學態度與責任對學生的各科學習以及未來長遠發展都有著非常積極的意義，可以使學生在日常學習中形成積極探索、勤于思考、嚴謹認真、持之以恒的學習態度，對提升學生的知識技能和綜合能力大有裨益?；诖?，教師要重視在物理實驗教學中有意識地培養學生的科學態度與責任。

首先，科學開展實驗評價，端正學生的實驗思想。在學生完成實驗操作后，教師要對學生的實驗學習和操作過程及結果進行評價，如實驗態度是否嚴謹、實驗操作是否規范、實驗思路是否科學、實驗結論是否正確等。此外，教師可以組織學生自評和互評，反思自己在實驗中的優點或失誤，并對出現的問題提出改進方向，這樣一來，教師可以全面了解學生的實驗能力，學生也可以不斷提升自己，形成科學態度與責任。

其次，利用物理學史或物理家精神培養學生的科學態度與責任。物理學科中豐富的概念、定理、規律等不是憑空而來的，而是無數物理學家經過漫長的探索總結得出的，在這一過程中，物理學家經歷了無數的失敗和挫折，但是他們不畏艱險、勇于探索，這種精神能夠很好地感染學生，使其形成科學的態度，因此教師要重視為學生講解一些物理學史和物理學家的故事。例如，在教學“安培力的方向”這一實驗時，教師引入安培的故事，奧斯特發現電流磁效應后，安培受到啟發，廢寢忘食地做了大量實驗，由此提出左手定則。又如，在教學“自由落體運動”時，教師可以為學生講述伽利略和亞里士多德研究落體運動的物理學史，通過這些歷史故事使學生感受科學家的精神，從而培養學生的科學態度和責任。

四、結語

總而言之，新課改背景下培養學生核心素養是學科教學必須堅持的目標，在高中物理教學中，教師要重視物理實驗在培養學生核心素養方面的價值，不斷完善物理實驗教學的各個環節，使學生在參與實驗的過程中形成物理核心素養，不斷提升物理綜合能力，獲得全面發展。