高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的策略

■吉林省長(zhǎng)春吉大附中實(shí)驗(yàn)學(xué)校 黃 楠

在高中物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)一直是不可或缺的核心組成部分，大部分物理知識(shí)都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探索、發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證的，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性不言而喻。新課改背景下，核心素養(yǎng)這一概念的提出為高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革指明了方向，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再局限于傳授學(xué)生實(shí)驗(yàn)原理、知識(shí)、操作等內(nèi)容，而是要在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等核心素養(yǎng)，進(jìn)一步提升學(xué)生的綜合能力。高中物理實(shí)驗(yàn)兼具理論性和實(shí)踐性，在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此探索高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的策略具有重要意義。

一、高中物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵

核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)該具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。對(duì)物理學(xué)科來(lái)說(shuō)，核心素養(yǎng)包括四個(gè)維度，即物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，這四個(gè)方面相輔相成，共同提升學(xué)生的物理綜合素質(zhì)。具體來(lái)說(shuō)，物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵包括以下幾個(gè)方面。

首先，物理觀念。物理現(xiàn)象和知識(shí)在生活和自然界中隨處可見(jiàn)，如運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)、能量等，物理觀念就是學(xué)生從物理學(xué)視角對(duì)這些物質(zhì)和現(xiàn)象建立的認(rèn)識(shí)，他們?cè)谘芯亢头治鑫锢憩F(xiàn)象的過(guò)程中認(rèn)識(shí)了其中的物理規(guī)律、定理等，由此形成物理觀念。

其次，科學(xué)思維。物理教學(xué)過(guò)程中，教師會(huì)對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)和問(wèn)題等保持批判和質(zhì)疑的態(tài)度，從不同角度、運(yùn)用不同的方法思考問(wèn)題，在此過(guò)程中形成科學(xué)思維?？茖W(xué)思維包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理與論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等內(nèi)容。

再次，科學(xué)探究能力。科學(xué)探究能力是物理核心素養(yǎng)中最重要的維度，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，為了驗(yàn)證自己的猜想，需要學(xué)生通過(guò)信息收集處理、小組合作、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等各種方式得出結(jié)論，這一過(guò)程需要學(xué)生具備科學(xué)探究能力。

最后，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任是學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)、發(fā)展自身物理能力過(guò)程中必須具備的態(tài)度，如遵守道德規(guī)范、實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、持之以恒等，科學(xué)態(tài)度與責(zé)任能夠很好地促進(jìn)學(xué)生的能力良性發(fā)展。

二、當(dāng)前高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足

（一）物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒(méi)有得到足夠重視

高中學(xué)生學(xué)業(yè)緊張，高考?jí)毫Υ?，將全部精力都投入做題中，物理實(shí)驗(yàn)雖然是物理學(xué)科的重要內(nèi)容，但是實(shí)驗(yàn)操作并不在高考考核范圍，針對(duì)物理實(shí)驗(yàn)考核的重點(diǎn)基本集中在實(shí)驗(yàn)原理、操作要點(diǎn)、結(jié)論等理論知識(shí)方面，通過(guò)填空、選擇等方式進(jìn)行考查。在這種情況下，很多教師對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不夠重視，很少組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，通常僅要求學(xué)生從書(shū)面了解物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)，這樣一來(lái)，學(xué)生缺乏實(shí)踐探究的機(jī)會(huì)，難以理解需要實(shí)驗(yàn)展示的抽象知識(shí)，核心素養(yǎng)難以得到提升。

（二）學(xué)生缺乏動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)

在當(dāng)前的高中物理教學(xué)中，學(xué)生能夠自己動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)不多，究其原因，一方面，有的教師認(rèn)為安排學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)比較浪費(fèi)時(shí)間，影響教學(xué)進(jìn)程，因此教學(xué)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)通常只是利用課件講解實(shí)驗(yàn)的原理、步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等，然后要求學(xué)生死記硬背相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；有的教師只是播放實(shí)驗(yàn)操作視頻或者自己操作一遍，要求學(xué)生觀看操作過(guò)程，學(xué)生僅通過(guò)觀看無(wú)法體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形同虛設(shè)，無(wú)法保證教學(xué)效果。另一方面，有的高中學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施存在不足。不少高中為了追求高考升學(xué)率，往往將資金和資源投入教學(xué)資料、教學(xué)管理等方面，而在物理實(shí)驗(yàn)設(shè)施方面投入有限，因此沒(méi)有充足的實(shí)驗(yàn)室和器材供所有學(xué)生動(dòng)手操作，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室探索實(shí)驗(yàn)，偶爾參與實(shí)驗(yàn)，自主探究時(shí)間卻不夠充足，學(xué)生參與機(jī)會(huì)不足，核心素養(yǎng)也就無(wú)法在實(shí)驗(yàn)中得到培養(yǎng)。

（三）學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識(shí)不足

實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取物理知識(shí)、提升實(shí)踐能力的重要途徑，物理實(shí)驗(yàn)通常包括設(shè)計(jì)、操作、觀察、分析、總結(jié)等多個(gè)環(huán)節(jié)，需要學(xué)生具備較強(qiáng)的探究和創(chuàng)新意識(shí)，但是在實(shí)際的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生在創(chuàng)新和探究方面的意識(shí)普遍不足。一方面，大多數(shù)學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)時(shí)都是按照教材中的步驟機(jī)械地進(jìn)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(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。這樣一來(lái)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解通常停留于表面，機(jī)械地記憶實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無(wú)法將實(shí)驗(yàn)中涉及的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)化為自己的能力。另一方面，學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，通常都是被動(dòng)接受教師的安排，教師確定實(shí)驗(yàn)步驟和方法后學(xué)生照做，很少有學(xué)生主動(dòng)嘗試創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，即使創(chuàng)新也是淺嘗輒止，導(dǎo)致學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的探究和創(chuàng)新意識(shí)較為欠缺。

三、高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的策略

（一）利用物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念

物理知識(shí)和現(xiàn)象雖然廣泛存在于自然界和日常生活中，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較常見(jiàn)，但是由此抽象總結(jié)所建立的物理學(xué)科本身難度較大，尤其是高中物理，內(nèi)容抽象難懂，很多學(xué)生對(duì)一些物理概念存在理解困難，不求甚解只靠硬背來(lái)應(yīng)對(duì)考試，這與學(xué)生沒(méi)有建立完善的物理觀念有關(guān)，因此，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生建立物理觀念至關(guān)重要，這也是物理學(xué)習(xí)的核心前提。

首先，通過(guò)生活化的實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)象幫助學(xué)生建立物理觀念。生活素材是學(xué)生最為熟悉的，通過(guò)生活中與物理知識(shí)相關(guān)的案例，能夠使學(xué)生更直觀地理解物理概念、定理和規(guī)律，從而建立完善的物理觀念。例如，在學(xué)習(xí)“慣性”這部分內(nèi)容時(shí)，教師可以通過(guò)常見(jiàn)的生活現(xiàn)象幫助學(xué)生理解“慣性”的概念，如自行車剎車后還會(huì)行駛一段距離、公交車停車時(shí)人的身體會(huì)前傾、運(yùn)動(dòng)員跳遠(yuǎn)時(shí)需要助跑等，從而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到慣性的概念。教師還可以要求學(xué)生親身實(shí)驗(yàn)慣性的大小與哪些因素有關(guān)，如讓兩名身高和體重差異較大的學(xué)生同時(shí)乘坐公交車，公交車剎車或起步時(shí)學(xué)生有意識(shí)地觀察誰(shuí)的前傾或后仰幅度更大，從而對(duì)影響慣性的因素建立初步認(rèn)知。利用學(xué)生熟悉的生活素材，更容易使學(xué)生建立物理觀念。

其次，通過(guò)直觀的演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生構(gòu)建物理觀念。高中物理有很多知識(shí)非常抽象，學(xué)生單純依靠想象難以理解，教師可以通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)使學(xué)生直觀地看到某一物理概念或現(xiàn)象，從而建立物理觀念。例如，在教學(xué)“安培力”內(nèi)容時(shí)，教師可以演示“磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體的作用”這一實(shí)驗(yàn)，通過(guò)開(kāi)關(guān)的閉合、改變電流方向、改變磁場(chǎng)方向等展示不同情況下導(dǎo)體的受力情況，引導(dǎo)學(xué)生觀察。在這一過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)直觀地看到其在磁場(chǎng)中受到的力，對(duì)抽象的安培力有了具象認(rèn)識(shí)，從而使抽象的物理知識(shí)變得具象化，幫助學(xué)生更好地建立物理觀念。

（二）利用物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理與論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等，學(xué)生建立科學(xué)思維后，在學(xué)習(xí)任何學(xué)科時(shí)都能夠保持質(zhì)疑和創(chuàng)新的態(tài)度，同時(shí)能夠大膽假設(shè)、小心求證，對(duì)其綜合能力的提升意義重大，因此在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維至關(guān)重要。以往的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式都比較單一，不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，教師要積極創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

首先，創(chuàng)新教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。高中物理教材包括很多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生如果只是按照教材按部就班地進(jìn)行，很難形成自己的思維和創(chuàng)造力，因此教師要鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，如改變實(shí)驗(yàn)條件、器材、操作方法等，能夠有效鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維。例如，在教學(xué)“摩擦力”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師針對(duì)教材中的“靜摩擦力大小隨拉力變化”實(shí)驗(yàn)展開(kāi)教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生不局限于教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，根據(jù)自己的想法創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，如教材實(shí)驗(yàn)中利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)試?yán)Σ粔驕?zhǔn)確，可以改為拉力傳感器計(jì)算力的大小。此外，學(xué)生還可以改變木塊所在面的材質(zhì)，如針對(duì)毛巾、砂紙、塑料紙等不同材料改變桌面的粗糙程度，測(cè)試不同的靜摩擦力大小，總結(jié)物體受到的靜摩擦力與哪些因素相關(guān)，這樣一來(lái)，學(xué)生的創(chuàng)新能力能夠得到有效提升。

其次，抽象實(shí)驗(yàn)本質(zhì)科學(xué)建模，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。建模是指將物理知識(shí)或問(wèn)題的本質(zhì)簡(jiǎn)單化處理，然后通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境或?qū)嵨镅菔镜确椒ㄖ庇^地展示物理原理，使學(xué)生的思維得到啟發(fā)，從而建立科學(xué)思維。例如，在教學(xué)“力的合成和分解”內(nèi)容時(shí)，依靠口頭講解很難使學(xué)生理解，這時(shí)教師可以設(shè)計(jì)一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，先用一個(gè)彈簧秤提起鉤碼，讀數(shù)作為合力的大小，再用兩個(gè)彈簧秤從不同角度提起鉤碼，讀出兩個(gè)彈簧秤的數(shù)值。通過(guò)觀察整個(gè)過(guò)程，學(xué)生可以直觀地理解合力并不是分力的簡(jiǎn)單相加，還與分力的角度有關(guān)，由此建立對(duì)合力和分力關(guān)系的認(rèn)識(shí)，有效發(fā)展科學(xué)思維。

（三）利用物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力

在傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)不多，即使參與實(shí)驗(yàn)也是按照固定的步驟操作，較少在實(shí)驗(yàn)中提出問(wèn)題，或者根據(jù)自己的猜想進(jìn)行驗(yàn)證，科學(xué)探究能力得不到有效鍛煉，核心素養(yǎng)的提升也就無(wú)從談起?；诖?，為了培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師要堅(jiān)持學(xué)生為主體的思想，為學(xué)生創(chuàng)造利用實(shí)驗(yàn)探究問(wèn)題的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考，對(duì)自己的疑問(wèn)大膽進(jìn)行假設(shè)，并制定實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，最終得出結(jié)論，這樣一來(lái)，學(xué)生的科學(xué)探究能力能夠得到有效提升。

例如，在教學(xué)“電阻”相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教材中測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)所用原理為歐姆定律，學(xué)生掌握這一實(shí)驗(yàn)方法后，教師可以鼓勵(lì)其思考還可以使用哪些方法測(cè)量電阻，學(xué)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(xué)生按照自己的思路設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，確定實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、具體的實(shí)驗(yàn)操作方法，如線路連接法，以及需要記錄哪些數(shù)據(jù)，并確定數(shù)據(jù)分析方法，學(xué)生要規(guī)范操作，實(shí)驗(yàn)完成后，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行討論，分析不同實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生思考，提升學(xué)生的探究能力。

此外，有的物理實(shí)驗(yàn)涉及的內(nèi)容較多、知識(shí)難度較大，學(xué)生獨(dú)立思考容易遇到困難，影響學(xué)生的積極性，這時(shí)教師可以組織學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在小組內(nèi)共同交流，能夠有效提升學(xué)生的參與積極性。例如，在教學(xué)“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以組織學(xué)生分組探究，先讓學(xué)生以小組為單位學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的原理和操作方法、平衡摩擦力的方法等，然后鼓勵(lì)每個(gè)小組設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，探究如何利用實(shí)驗(yàn)室中的現(xiàn)有器材來(lái)減小或消除摩擦力，思考如何更準(zhǔn)確地測(cè)量速度，提出自己的實(shí)驗(yàn)方案，小組之間進(jìn)行交流，從而促進(jìn)每個(gè)學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展。

（四）利用物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

在物理實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任對(duì)學(xué)生的各科學(xué)習(xí)以及未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展都有著非常積極的意義，可以使學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中形成積極探索、勤于思考、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、持之以恒的學(xué)習(xí)態(tài)度，對(duì)提升學(xué)生的知識(shí)技能和綜合能力大有裨益?；诖?，教師要重視在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

首先，科學(xué)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)，端正學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思想。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作后，教師要對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)和操作過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，如實(shí)驗(yàn)態(tài)度是否嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范、實(shí)驗(yàn)思路是否科學(xué)、實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否正確等。此外，教師可以組織學(xué)生自評(píng)和互評(píng)，反思自己在實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)點(diǎn)或失誤，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題提出改進(jìn)方向，這樣一來(lái)，教師可以全面了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，學(xué)生也可以不斷提升自己，形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。

其次，利用物理學(xué)史或物理家精神培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。物理學(xué)科中豐富的概念、定理、規(guī)律等不是憑空而來(lái)的，而是無(wú)數(shù)物理學(xué)家經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的探索總結(jié)得出的，在這一過(guò)程中，物理學(xué)家經(jīng)歷了無(wú)數(shù)的失敗和挫折，但是他們不畏艱險(xiǎn)、勇于探索，這種精神能夠很好地感染學(xué)生，使其形成科學(xué)的態(tài)度，因此教師要重視為學(xué)生講解一些物理學(xué)史和物理學(xué)家的故事。例如，在教學(xué)“安培力的方向”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師引入安培的故事，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)后，安培受到啟發(fā)，廢寢忘食地做了大量實(shí)驗(yàn)，由此提出左手定則。又如，在教學(xué)“自由落體運(yùn)動(dòng)”時(shí)，教師可以為學(xué)生講述伽利略和亞里士多德研究落體運(yùn)動(dòng)的物理學(xué)史，通過(guò)這些歷史故事使學(xué)生感受科學(xué)家的精神，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。

四、結(jié)語(yǔ)

總而言之，新課改背景下培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)是學(xué)科教學(xué)必須堅(jiān)持的目標(biāo)，在高中物理教學(xué)中，教師要重視物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)方面的價(jià)值，不斷完善物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，使學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中形成物理核心素養(yǎng)，不斷提升物理綜合能力，獲得全面發(fā)展。