核心素養(yǎng)導向下高中物理實驗探究能力的培養(yǎng)策略

摘 要：高中物理學科教學的本質(zhì)規(guī)律決定了教師應重視實驗教學，以此培養(yǎng)學生的實驗探究能力，提升學生的核心素養(yǎng)。文章運用理論思辨和經(jīng)驗總結(jié)，探討了培養(yǎng)學生物理實驗探究能力的方法，提出教師要鼓勵學生參與實驗設計，使其親歷提問、建模和擬訂計劃的過程，學習分析數(shù)據(jù)和進行抽象表達的方法，以此加深學生對實驗方法的認知，鍛煉學生的科學思維能力。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);物理實驗;高中物理;探究能力

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2095-9192（2021）35-0066-02

引? 言

新課程改革強調(diào)高中物理教學要從知識本位走向素養(yǎng)本位，提出培養(yǎng)學生內(nèi)在素養(yǎng)的目標。物理實驗探究能力是一項重要的核心素養(yǎng)，此項能力的強弱與學生在物理學科上的整體表現(xiàn)聯(lián)系密切。在物理實驗教學中，教師要有目的地創(chuàng)設一定的條件，引導學生基于客觀事實和嚴密的思維過程展開探究，然后發(fā)現(xiàn)規(guī)律。在以往的教學實踐中，教師往往側(cè)重讓學生用實驗來驗證課本中的知識，以深化學生對知識的理解，但對探究過程本身并不重視。在培養(yǎng)核心素養(yǎng)的導向下，教師要注重調(diào)整教學重心。下面，筆者擬結(jié)合自身的教學經(jīng)驗，探討如何培養(yǎng)學生的實驗探究能力。

一、基于問題，引導學生設計實驗

（一）依據(jù)既有知識導出問題

物理實驗是基于具體問題展開的，實驗設計的前提是提出問題。因此，在教學中，教師不應讓學生被動接受實驗方案，而要基于問題定位實驗目標[1]。這些問題是從既有知識中導出的，能夠反映學生對知識的理解程度，以及進一步求知的意愿。

例如，在開展“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗時，教師可以先提出問題：“加速度與哪些物理量有關(guān)？”然后讓學生從“運動狀態(tài)的變化”角度來理解“加速度”概念，引導學生回顧有關(guān)牛頓第一定律和慣性的知識，進而發(fā)現(xiàn)“力”和“質(zhì)量”兩個影響因素。其次，教師引導學生提出具體問題：“加速度與力和質(zhì)量存在什么樣的關(guān)系？”教師在實驗教學中引導學生設問，能夠讓學生了解實驗的意義，提升學生的思維品質(zhì)。

（二）立足實驗目標創(chuàng)建模型

在物理實驗中，教師要用模型來模擬實際生活中的現(xiàn)象，使現(xiàn)象處于可控制和調(diào)整的狀態(tài)，滿足探究的需求。在設計階段，對實驗模型的設計是關(guān)鍵。當正確創(chuàng)建模型后，整個實驗活動就成功了一大半。教師可以引導學生分析實驗目標，思考如何創(chuàng)建模型。仍以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗為例，本實驗要使用常見的小車模型，其中的難點在于讓實驗模型便于測量小車在做勻加速運動時受到的力。為了讓學生理解難點并找出應對方法，教師可以提出問題：“小車從初速度為0的狀態(tài)開始運動時，受到哪些力的作用？”由此明確“阻力”和“拉力”兩個因素，并引出阻力難于測量的問題。然后，教師指導學生閱讀課本內(nèi)容，了解“阻力補償法”，最后展示各類實驗材料，引導學生使用斜面、小車、打點計時器、槽碼等材料創(chuàng)建模型。這種方式可以讓學生學會如何基于具體問題創(chuàng)建模型，從而提升學生的實驗設計能力。

（三）針對探究過程制訂計劃

《普通高中物理課程標準（2017年版）》提道：“應通過實驗提高學生制訂計劃的能力。”實驗是學生的自主性行為，計劃越是周密，學生的主體參與度就越高。教師要引導學生預想實驗探究過程，然后制訂多項計劃。對模型的創(chuàng)設本身就是一項計劃，創(chuàng)設模型后便形成了實驗計劃的基本框架[2]。在此基礎上，還可形成合作分工計劃和信息分析計劃。合作分工計劃是指學生在學習小組內(nèi)分配探究任務的計劃。在以上實驗中，同一小組的學生可以分工完成更換槽碼、滑動小車、記錄等任務。信息分析計劃是指關(guān)于如何對實驗證據(jù)進行分析的計劃。在以上案例中，對加速度的測量要通過對紙帶的觀察和分析來完成，這部分要加入信息分析計劃中。教師可以引導學生自主設計實驗探究工作表，詳細列出實驗計劃。

二、通過探究，理解實驗方法

（一）分步操作，控制變量

控制變量的方法是指在研究和解決問題的過程中，對影響事物變化規(guī)律的獨立因素加以人為控制，使其中只有一個因素按特定要求發(fā)生變化，深入了解該因素與其他因素之間的關(guān)系，以利于尋找事物之間聯(lián)系的方法，是實驗活動中廣泛運用的方法[3]。物理實驗一般分多個步驟來操作，在不同的條件下多次重復同一過程，其本質(zhì)是對變量的控制。教師可引導學生在分步操作中體會控制變量法的運用，而非僅讓學生跟隨教師的要求完成操作，具體可以使用提問法激活學生的思維。

例如，在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”中，要在增減槽碼的情況下讓小車拖著紙帶運動三次。教師可提問：“為什么要重復實驗三次，我們要調(diào)整哪一個變量？”學生最初可能會提出要改變拉力，但是拉力并不是本實驗中直接相關(guān)的變量。通過思考，學生會意識到本實驗要通過增減槽碼改變速度變量，以發(fā)現(xiàn)在不同速度下不變的等量關(guān)系。

（二）準確記錄，提取數(shù)據(jù)

開展實驗操作要從模型中提取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)探究變量之間的關(guān)系。提取數(shù)據(jù)對應著實驗中記錄的過程，這部分活動重在客觀準確地捕捉事實，并以結(jié)構(gòu)化的方式記錄數(shù)據(jù)[4]。有的數(shù)據(jù)可直接觀察到并記錄下來，如關(guān)于槽碼質(zhì)量的數(shù)據(jù);有的數(shù)據(jù)則需要經(jīng)過初步的運算才能記錄下來。

例如，在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，學生要分析紙帶上的打點結(jié)果，再通過公式算出各計算點上的瞬時速度。教師可以指導學生先根據(jù)實驗目標制作出記錄數(shù)據(jù)的表格，然后在實驗操作后，經(jīng)交流和確認后進行記錄，以培養(yǎng)學生良好的實驗探究習慣，讓學生熟悉實驗探究的科學流程。

（三）數(shù)據(jù)處理，抽象表達

由開展實驗所獲得的數(shù)據(jù)本身并不是結(jié)論，結(jié)論要通過數(shù)據(jù)處理獲得，再以抽象化的方式表達出來。較為簡單的變量關(guān)系，如勻速直線運動中位移、時間與速度之間的關(guān)系等，可以通過直接觀察和計算來處理數(shù)據(jù)。較為復雜的變量關(guān)系，則可以用圖像方式來處理數(shù)據(jù)。

例如，在“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律”實驗中，完成實驗操作后，教師可以引導學生創(chuàng)建以速度v為縱軸、以時間t為橫軸的直角坐標系，然后描點畫出v-t圖像，顯示v與t之間的關(guān)系。繪圖后，學生會發(fā)現(xiàn)代表小車速度與時間關(guān)系的點基本落在同一條直線上，這條直線表示的就是v與t之間的關(guān)系。教師還可以給學生傳授用計算機完成圖像處理的方法，即運用Excel軟件中的圖表功能自動生成圖像。

另外，教師可以引導學生結(jié)合圖像用公式來表達結(jié)論。在以上實驗中，我們通過觀察數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，無論處在哪種區(qū)間內(nèi)，對應速度的變化量?v與時間的變化量?t的比都是相等的，因此小車的加速度不變。將?v=v-v0和a=結(jié)合起來，可以將v與t之間的關(guān)系表達為公式v=v0+at。抽象化的表達是對實驗背后普遍規(guī)律的概括。教師在課堂上講解公式生成過程時，可以讓學生借助讀圖和既有知識說明推導過程，發(fā)散學生的思維，讓學生體驗從數(shù)據(jù)分析到得出結(jié)論并表達的全過程。

結(jié)? 語

總之，物理實驗教學可以讓學生掌握科學探究的一般性原則，反映了物理學科的精髓。教師要培養(yǎng)學生的實驗設計能力，讓學生在實驗探究過程中掌握實驗方法，并以實驗促進學生思維能力的整體提升，讓實驗教學切實成為促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展的有力支架。

[參考文獻]

[1]徐旸.探究核心素養(yǎng)背景下的高中物理實驗能力培養(yǎng)策略[J].求學，2020（28）：71-72.

[2]李鑫.論高中物理中控制變量法的研究與應用[J].文理導航，2016（08）：90-90.

[3]朱劍敏.基于DIS實驗培養(yǎng)高中生物理核心素養(yǎng)[J].新課程研究，2021（11）：97-98.

[4]谷春生.新課標下的高中物理實驗教學實踐研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021（20）：30-32，35.

作者簡介：夏雪芬（1981.8-），女，江蘇儀征人，本科學歷，中學一級教師。