基于核心素养的高中物理实验教学设计与思考

摘 要：高中物理课程是普通高中自然科学领域的一门基础课程，旨在落实立德树人根本任务，进一步提升学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础，促进人类科学事业的传承与社会的发展。文章以物理实验教学为例，通过增加随堂物理实验提高学生的物理观念，在显化科学方法引导学生推理的过程中发展科学思维，在合作学习中体验科学探究，在规范实验流程确保实验操作安全过程中培养科学态度和责任。

关键词：核心素养;高中物理;实验教学

一、 引言

普通高中物理课程标准（2017年版）在课程性质中指出：物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。作为物理教学的重要组成部分“物理实验”教学，通过实验教学的探究性能够充分充分激发学生的物理思维，帮助学生更好的理解物理知识和概念，通过实验带动学生主动性学习意识的发挥，将核心素养目标贯穿于并渗透到实验教学各个环节和整个过程中。

二、 为学生的终身发展奠定基础：强调学生主体，增强自主意识

在课程改革的背景下，教学越来越关注学生的体验和感受，课堂的主体已经从教师转向了学生，学生在自主学习、合作探究等方式下进行实验学习。因此，在设计物理实验的时候，物理教师也要关注到学生的主体性，强调让学生成为实验过程中的主体，努力提升学生的自主意识和创造能力，促进实验质量提升。在实际的教学里，物理教师可以设计更多物理实验的方法，丰富实验的多样性和全面性，让学生提升本次实验的兴趣和欲望，从而带有更高的投入热情和动力，自主地参与到实验探究环节，开拓自己的思维，激发自己的创造力和自主意识，以此来掌握实验背后的知识和原理，提升实验教学的效果。

例如，教师在组织学生实施高中物理实验“打点计时器测速度”的时候，为了让学生提升对本次实验的兴趣，更加积极地投入到本次实验过程里，教师引导学生自己去设计和拼装一个实验的模型和器材。如，鼓励学生自己设计一个实验所需要用到的小车，根据自己的爱好，用一些瓶装工具进行手工创造，在这个过程里，学生会对本次物理实验的内容、小车的用途和价值、探究的物理原理进行简单的了解，在分析了小车的功能之后，制作出合适的小车，以供接下来的实验环节使用。之后，教师让学生根据实验的内容和步骤进行操作，有效的收集打点计时器走出来的轨迹，以此来分析物理的运动加速度相关的知识点，达到物理学科教育的目标。在此实验过程中强调学生的主体并让学生自主操作，然后彼此之间可以交流合作，有的学生操作能力可能弱一些，有的学生操作性好，那么可以鼓励两者“结对”，以优带弱，通过这样的方式，既可以让所有学生参与到课堂之中，同时还可以带动学生的参与性，激发学生的兴趣，让学生更加认真、积极的对待本次实验，发挥自己的主体性，有效的探究物理知识，渗透核心素养教育。

三、 物理观念：增加不同形式的课堂实验 重视实验的启发性和探究性

新课改目标在高中物理实验课堂当中的体现不仅仅强调学生的物理知识与技能，更加强调学生的情感态度在实验过程当中的养成，通过实验激发学生对物理的热爱之情，能够为创设一个高效的物理课堂打下基础，因此，教师应当通过在教学中引导学生体验新课改目标，增加随堂性物理实验。

例如，在讲解《用打点计时器测速度》这部分内容的时候，教师可以这样设计教学活动：“同学们，前面我们已经学过了瞬时速度，其实，瞬时速度在生活当中有非常广泛的应用，例如摄影，摄影就被称为瞬时艺术，高速摄影在绘画艺术当中也发挥着重要的作用，接下来让我们通过一个视频来了解一下。”通过这样的方式教师在引导学生展开实验之前，帮助学生更好地了解瞬时速度的概念，通过生活实际来引入瞬时速度的概念可以激发学生对于物理学习的兴趣，从而带动学生在使用过程当中情感体验的提升。在这个基础之上，教师再继续引导学生：“那么我们应该如何计算实际运动当中物体的瞬时速度呢？许多的实验器材为我们解决了这个问题，接下来就请大家观察一下手中的打点计时器，了解一下打点计时器的使用方法和工作原理。”通过这样的方式，引导学生了解实验当中所需要用到的器材可以为学生的实验打下一个牢固的基础，通过引导学生了解打点计时器的构造能够帮助学生了解实验的原理，在这个基础之上，教师可以充分给予学生表达他们观点的机会，有的学生说：“在使用打点计时器的过程当中，纸带运动时，计时器就会在纸带上打出一系列的点。”通过这样的方式，教师在实验教学的过程当中注重了新课改目标，通过学生情感态度价值观的养成提高了学生对于实验的兴趣，进一步带动了学生物理实验学习体验过程的提升，从而能够为打造一个高效的物理课堂奠定基础。

四、 科学思维：显化科学方法，引导学生推理

培育高中生科学思维能力，需要教师教授学生科学思维的方法，指导学生进行探究实施和操作，以此来锻炼学生的探究能力和素养。但是，由于初中物理课堂的探究与实验相对较少，很多学生刚进入到高中阶段时，自身的科学思维方法和技能比较薄弱，在实施探究活动过程里，无法采取正确、高效的方法进行探究，导致学生的探究能力无法获得锻炼。因而，在进行高一教学过程里，教师需要指导学生科学的探究方法，引导学生合理的处理探究问题，尝试多种有效的方法进行探究。教师可以通过说明、讲解、指导等形式，将科学思维直观化，引发学生思考和关注，帮助学生吸收和掌握科学思维方法，渗透核心素养。

例如，在教授《自由落体运动》时，新教材中所设计的“伽利略的論证”指的就是通过指导学生科学的探究方法，帮助学生对该部分知识点进行推理和演绎，因此，教师要对该教材内容进行详细的分析，将其运用在课堂探究中。

首先，教师可以为学生提出探究假设“两个物体同时落下，比较重的物体会比轻的物体下落更快”。在假设提出之后，教师引导学生借助推理演绎的方法，来验证问题的真实性和正确性;其次，教师为学生准备了演绎道具，如两个同体积不同重量的物体，之后让学生自己动手探究两个物体在同一高度下下落的时间，判断时间的快慢。学生通过操作演示的方式进行问题探究，驳回了教师所提出的问题假设，认为两个物体的下落时间一致，和物体的重量无关。

之后教师在提出新的假设“同一高度下落的两个物体，体积大的比体积小的下落更快”等，通过这样不断提出假设、实验演绎推理的方式，让学生总结出物体下落的规律，验证物体下落和什么因素有关。

通过上述实验步骤不能看出，主要是引导学生自行探索和探究，锻炼学生的探究能力。因为在传统教学中，学生对于教师和教材的依赖性比较大，往往不愿意进行尝试和探讨，所以针对这一问题可以进行设计，引导学生进行自主探究。本课以“教师提出假设——学生论证演绎——师生总结归纳——教师再提出假设——学生再论证演绎——师生再总结归纳……”的方式授课，引导学生学习、运用“伽利略的论证”方法，慢慢地掌握和吸收演绎推理法，让学生在日后的课堂探究活动中，学会运用演绎法探索物理知识，从而逐渐培养学生的探究能力。当然，教师在教授科学思维方法时，也不能一味、过分地强调方法，让学生的思维逻辑受到了限制，教师要让学生懂得灵活运用探究方法。

五、 科学探究：倡导合作学习，促进共同进步

高中的物理是一门比较难的科目，实验的操作虽然有教师在旁边的監督查看，但是毕竟学生还是挺多的，教师不可能时时刻刻都能够看到每一个学生，也就可能会忽略到学生在实验中出现差错的地方，所以，对于这种情况，教师就可以采用小组合作化的学习模式，让两名同学为一组，学生之间既能够互相看到对方操作中与之间不一样的地方，而提出质疑，再通过翻找书本或者是询问同学再或者是寻找教师来解决，这也就能够帮助学生修正操作中的错处，提高学生的实验操作能力。

就比如说教师在教授人教版的高中物理实验中的《描绘小灯泡的伏安特性曲线》这一板块的内容的时候，在这个实验中有一个比较容易被忽略的细节，但是这个细节却也是实验中不可缺少的部分，那就是在连接了实验线路但是开关还处于断开状态的时候，需要将滑动变阻器滑到使电阻最大的那端，以此达到在开关闭合时，使滑动变阻器这条线路不通的目的，这也是为了保护线路，避免因为灯泡处通过电流过大导致的电路损坏。而对于这个细节，有些学生可能就没有注意到，而且在实验中，因为学校提供的实验器材的电压产生的电流也不大，导致学生在实验中看不到自己的这个问题。而合作式的实验就能够很好地解决这类细节上的失误，帮助学生能够更好地改进完善，促进小组实验学习的共同进步，而在这其中，学生养成的善于观察，善于合作的能力也是能够有效培养学生的核心素养，促进学生进步。

六、 科学态度与责任：规范实验流程，确保实验操作安全

高中物理实验具备一定的风险性，在保证实验教学有效性的同时，确保学生的人身安全。如果不规范实验的流程，一旦发生实验事故，会对学生的身心健康造成很大的影响，不利于实验教学。在进行实验操作之前，教师要亲身示范实验的步骤，对于一些危险性比较大的操作，教师要再三声明。进实验室之前，学生要知道实验的操作步骤、实验工具的用法，进行实验操作时，要统一听从教师的指导，才能保障物理实验课堂的安全性。在高中物理实验中，风险性最大的实验就是涉及“电路”的相关内容，一旦操作不当，容易产生漏电、碰电的风险，不仅造成实验操作失败，还会伤及学生的人身安全。

进行实验“验证机械能守恒定律”教学时，需要接通电源，一旦发生漏电事故，后果不堪设想。因此，老师进行实验教学时，要不断规范实验的流程和步骤，反复强调实验操作的安全。由于摩擦和空气阻力的影响，实验数据总是存在一定的误差，实验不需要测重物的质量，实验具备的风险性也比较小。由于要接通电源，学生在操作的过程中要注意规范用电，必须先接通电源，等打点计时器正常工作之后才能放纸带。如果不按照操作的步骤来进行实验，可能会出现漏电的风险。在高中物理实验的教学中，有许多实验是要接触到电能的，如果不规范实验的操作流程，容易出现事故，不利于学生的身心安全。

综上所述，实验是高中物理教学里一个重要的内容，在课程改革的背景下，教师要关注到实验的趣味性、学生的主体性、学生的综合发展，以此来设计实验教学的策略，培育学生核心素养，提升高中物理实验教学的质量，促进物理学科长远发展。

参考文献：

[1]丁文俊.基于核心素养下高中物理实验教学初探[J].读与写，2020，17（21）：212.

[2]王占球.基于核心素养的高中物理演示实验教学探究[J].科学咨询，2020（19）：253.

作者简介：

任厚宝，浙江省杭州市，浙江省杭州市富阳区实验中学。