高中物理實(shí)驗(yàn)探究情境的創(chuàng)設(shè)和實(shí)踐

盧藝惠

摘? ?要：隨著新高考改革的深入，落實(shí)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力顯得猶為重要。教學(xué)實(shí)踐表明開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，是培養(yǎng)學(xué)生物理思維和創(chuàng)新能力的重要教學(xué)形式。如何有效進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，首先要解決的問題就是創(chuàng)設(shè)科學(xué)合理的探究教學(xué)情境。教師有目的分步驟地引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，深入探究，理解物理實(shí)驗(yàn)原理、總結(jié)物理規(guī)律、掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)施的方法。本文通過部分教學(xué)實(shí)踐中問題分析，探討實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)方法。

關(guān)鍵詞：高中物理;實(shí)驗(yàn)探究;情境;新高考

縱觀近幾年來新高考的試卷，可以看出試題在突出基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性的同時(shí)，通過開放性的探究情境設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和思維能力的考查。這就要求教師重視研究教材，改進(jìn)教學(xué)方式，探索基于情境和問題導(dǎo)向的探究式課堂教學(xué)，給學(xué)生提供深度學(xué)習(xí)和思考的空間[ 1 ];使學(xué)生在現(xiàn)實(shí)的問題情境中獲得關(guān)鍵能力和學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1? 創(chuàng)設(shè)問題情境，調(diào)動(dòng)探究動(dòng)機(jī)

創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)問題情境，是考試的現(xiàn)實(shí)要求。例如2020年全國卷第16題以蕩秋千為情境，第24題以運(yùn)-20運(yùn)輸機(jī)為研究對(duì)象，山東卷第7題分析“天問一號(hào)”，第15題研究拔火罐，第16題研究滑雪，浙江卷涉及隱形戰(zhàn)斗機(jī)、體溫槍、中國天眼等，無一不是我國最新高科技和最普通生活場景。試題情境的創(chuàng)設(shè)有來源于日常生活中的自然現(xiàn)象、生活事物、科技前沿。教師要引導(dǎo)學(xué)生用物理學(xué)的觀念和思維方式來認(rèn)識(shí)世界，體驗(yàn)生活，用科學(xué)探究的模式解釋現(xiàn)象，創(chuàng)造性地提出問題，解決問題。也可以通過圖片、視頻、語言描述等方式創(chuàng)建物理情境，選取生產(chǎn)實(shí)踐和高新技術(shù)中的片段進(jìn)行研究。通過理論分析和模型建構(gòu)，拆分成學(xué)生熟悉的物理模型，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生經(jīng)歷了提出問題、分析建模、實(shí)驗(yàn)探究、交流評(píng)價(jià)等探索過程，其理論分析能力、模型建構(gòu)能力、創(chuàng)新思維能力就獲得了培養(yǎng)。

創(chuàng)設(shè)科學(xué)合理的問題情境，能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，同時(shí)還有利于學(xué)生學(xué)會(huì)提出問題及創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維和學(xué)科素養(yǎng)。中國高考報(bào)告就明確提出“無情境，不命題;無情境，不教學(xué)”的教學(xué)和考試要求，充分說明物理情境的創(chuàng)設(shè)在物理教學(xué)中的重要性。其次，物理學(xué)是一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，許多物理概念，物理定律只有通過實(shí)驗(yàn)，才能直觀形象地展現(xiàn)給學(xué)生，讓學(xué)生獲取感性的認(rèn)識(shí)，以助力學(xué)生深入理解。在此過程中，情境創(chuàng)設(shè)對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)效益起著十分重要的作用。情境創(chuàng)設(shè)得好，不僅能引導(dǎo)學(xué)生的專念和注意，使觀察細(xì)致完整;還能引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果有所預(yù)設(shè)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)事實(shí)與預(yù)設(shè)一致時(shí)，學(xué)生會(huì)體驗(yàn)到因?qū)嶒?yàn)前自己對(duì)預(yù)設(shè)的思考和判斷正確的愉悅，給思考和判斷帶來加強(qiáng)正效應(yīng)，促成自主獨(dú)立思考習(xí)慣的形成;當(dāng)預(yù)設(shè)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致時(shí)，學(xué)生會(huì)自主深入探究兩者不同的原因，為揭開現(xiàn)象中的本質(zhì)而積極思維，這又進(jìn)一步促成深度學(xué)習(xí)的達(dá)成。

例如，在講解平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，許多教師沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)，直接進(jìn)行平拋球與水平勻速球和自由落體球的撞擊實(shí)驗(yàn)。由于缺乏情境的創(chuàng)設(shè)引導(dǎo)，學(xué)生不清楚實(shí)驗(yàn)的緣由、目的和意義，在觀察實(shí)驗(yàn)時(shí)，興趣注意較為平淡，對(duì)實(shí)驗(yàn)中的相撞的物理本質(zhì)很模糊;相反，如果做如下的情境創(chuàng)設(shè)：①問學(xué)生水平拋出的粉筆頭，其運(yùn)動(dòng)的軌跡是怎樣的？為什么會(huì)這樣？學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和直覺，很容易回答前一個(gè)問題，即“曲線運(yùn)動(dòng)”，對(duì)于后一個(gè)問題，他們可能僅會(huì)想到“受到重力作用”。②接著，教師用剪斷的小管煙花彈（把小管煙花剪斷，取后面一小截，這樣煙花彈射出的速度較小）掠過泡沫板發(fā)射，可以在泡沫板上看出煙花彈經(jīng)過的軌跡確實(shí)是一條曲線，印證了同學(xué)的預(yù)設(shè)結(jié)果是對(duì)的！在分析原因時(shí)，教師對(duì)學(xué)生的觀點(diǎn)先不做評(píng)論，演示煙花彈豎直往上和往下發(fā)射時(shí)的痕跡，再反問同學(xué)，同學(xué)們會(huì)馬上意識(shí)到軌跡為曲線的原因除了因受重力外，還與初速度的方向有關(guān)?、劢又賳枺€有非常多種，從已學(xué)過的數(shù)學(xué)知識(shí)看，有拋物線、反比例曲線、指數(shù)曲線、對(duì)數(shù)曲線等，因此要把握拋體的運(yùn)動(dòng)軌跡，僅知道其軌跡是曲線是不夠的，還要知道它具體是什么曲線！同學(xué)們認(rèn)為平拋物體的軌跡是什么曲線？有什么依據(jù)呢？此時(shí)，學(xué)生可能有各種猜測的回答。之后，教師再總結(jié)，不管你的猜測是什么，理由怎么講，最終都要用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證的。為此，我們先驗(yàn)證剛才同學(xué)提出的一種觀點(diǎn)：即依據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)原因，第一，水平方向有初速度，第二，豎直方向受到重力作用。依據(jù)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理，平拋物體應(yīng)該同時(shí)參與兩種運(yùn)動(dòng)：即水平的勻速直線運(yùn)動(dòng)和豎直的自由落體運(yùn)動(dòng)。因而，可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證。接著再說明實(shí)驗(yàn)的方法和結(jié)果預(yù)設(shè)。通過這樣的情境設(shè)置，使實(shí)驗(yàn)不再看看而已，而是經(jīng)歷著有血有肉的情感思維和探究的過程?？梢钥闯?，同樣的實(shí)驗(yàn)，有無情境創(chuàng)設(shè)，情境創(chuàng)設(shè)得好不好，其引導(dǎo)學(xué)生的思維歷程和思維深度具有巨大差別，其教學(xué)教育結(jié)果的區(qū)別也是巨大的。

2? 注重夯實(shí)基礎(chǔ)，深入開發(fā)教材

新高考改革，教材隨之發(fā)生變化，我們的教材觀也要轉(zhuǎn)變。新課程改革提倡教師從“教教材”走向“用教材”。教材是學(xué)習(xí)內(nèi)容的依托，學(xué)生信任教材，依賴教材，教師要站在更高的角度，鉆研教材，開發(fā)教材。教材中設(shè)置了豐富的實(shí)驗(yàn)探究素材，經(jīng)過層層篩選進(jìn)入教材，往往具有很強(qiáng)的可操作性和科學(xué)性、趣味性。然而調(diào)查發(fā)現(xiàn)在一些中學(xué)的物理教學(xué)中，沒有現(xiàn)成的教學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，配套的儀器老化缺少，做實(shí)驗(yàn)不如講實(shí)驗(yàn)，講實(shí)驗(yàn)不如背實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象依然普遍存在。解決這一問題重要措施就是大力開發(fā)低成本物理實(shí)驗(yàn)。物理知識(shí)源于生活實(shí)踐，教師可以有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生觀察思考、動(dòng)手制作，利用生活中價(jià)格低廉或容易收集的材料器具做實(shí)驗(yàn)，簡約但不簡單，除去華麗的包裝，更顯物理思想的本色和科學(xué)探究的樂趣。

學(xué)生中學(xué)畢業(yè)卻沒見過電容器真面目，那只在圖片里的基本原器件，只要拆幾個(gè)淘汰的電器就可以讓學(xué)生里里外外看個(gè)夠。購買一些廉價(jià)的電容器、二極管等元器件就可以制作充放電裝置，增加趣味性。電容器的構(gòu)造和原理，不再那么遙不可及。

在講豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，絕大多數(shù)學(xué)生沒有看過水流星表演和也沒坐過過山車，而學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解是在原有經(jīng)驗(yàn)背景上建立起來的。師生可以發(fā)揮生活中現(xiàn)有材料的作用，利用杯子和繩制作水流星。通過動(dòng)手實(shí)踐，直觀感受水流星里的水和水杯不掉下來需要滿足一定條件，進(jìn)一步提問引導(dǎo)學(xué)生思考分析受力情況，得出臨界條件，難點(diǎn)迎刃而解。

3? 拓展課堂延伸，提高實(shí)踐能力

物理源于自然，源于生活，我們不要把學(xué)生“困”在課本中，題海里。教材中提供的實(shí)驗(yàn)方案通常比較單一，創(chuàng)設(shè)開放性探究模式，要不拘泥于教材，讓學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，設(shè)計(jì)驗(yàn)證。鼓勵(lì)學(xué)生重新設(shè)計(jì)方案，改裝實(shí)驗(yàn)儀器，也可以以社會(huì)實(shí)踐、課題研究、科技制作等形式組織開展課外活動(dòng)。

教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)從教育理念層面上轉(zhuǎn)變教學(xué)思路，以知識(shí)講授為主的課堂教學(xué)是以教師為中心，課堂變成教師的一堂言和表演秀，學(xué)生完全按照教師的需求配合教學(xué)，不斷強(qiáng)化訓(xùn)練學(xué)科知識(shí)，貌似記得快，做題好，但是實(shí)際參與感不強(qiáng)，死記硬背，與真實(shí)的生活情境脫節(jié)，學(xué)科核心素養(yǎng)沒有形成。教育改革要先從思想上革新，以學(xué)生為中心，從學(xué)生的發(fā)展需要出發(fā)，明確教學(xué)目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)，有效組織開展自主、合作、探究、展示，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主探究意識(shí)，形成關(guān)鍵能力，提升思維品質(zhì)。這在新高考命題考查中尤為突出。實(shí)驗(yàn)題的創(chuàng)新都是基于已學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)原理，創(chuàng)設(shè)新的物理情境，解決提出的新問題。對(duì)學(xué)生來說這既熟悉又陌生。學(xué)生熟悉的是實(shí)驗(yàn)器材和知識(shí)范疇，陌生的是如何獲取關(guān)鍵信息，制訂新的實(shí)驗(yàn)方案，記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析和評(píng)價(jià)。

以手機(jī)為例，在研究手機(jī)觸摸屏?xí)r可以延伸到電容器傳感器的應(yīng)用，可以分析用電器用電和充電不同方式的工作原理，也可利用手機(jī)的錄放功能研究物體運(yùn)動(dòng)，還有很多可以開發(fā)的功能。以研究物體的運(yùn)動(dòng)為例，我們經(jīng)常利用頻閃照片分析運(yùn)動(dòng)軌跡，得出運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。如自由落體運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)加速度較大運(yùn)動(dòng)時(shí)間短，肉眼難直觀看清位置變化規(guī)律，頻閃照片需要的器材昂貴條件要求較高，可以用普通手機(jī)慢拍實(shí)現(xiàn)，操作簡便，隨拍即看。再借助計(jì)算機(jī)輔助功能，對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像進(jìn)行觀察、分析、討論、總結(jié)。物理實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，不僅是引入課題，提高學(xué)生興趣的手段，更是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑[ 2 ]。注意不要成為吸引學(xué)生注意，看個(gè)熱鬧的花架子。

如2020年山東卷第13題利用我們熟悉的手機(jī)和長木板測量重力加速度的大小。高中階段測量重力加速度的實(shí)驗(yàn)方法多種多樣。長木板通常配合小車和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙帶或光電門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而利用手機(jī)模擬頻閃照片就是創(chuàng)新的方式，學(xué)生容易理解，但要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，需要合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，收集有用信息，建立坐標(biāo)，處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，這對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力提出了更高的要求。

實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)具有較強(qiáng)的開放性、綜合性、實(shí)踐性。教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，更新教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)豐富科學(xué)的物理情境，更好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力的培養(yǎng)和核心素養(yǎng)的提高。

參考文獻(xiàn)：

[1] 教育部考試中心.中國高考評(píng)價(jià)體系說明[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2] 張宏齊.新修訂課標(biāo)中學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)變化產(chǎn)生的影響及建議[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2019（2）18-20.

3251500338265