張濱　阮偉文

摘 要：物理學科是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，培養(yǎng)學生實驗素養(yǎng)和實驗設(shè)計創(chuàng)新能力是中學物理教學的主要目標之一。改進和創(chuàng)新高中物理實驗教學，使物理課堂有趣味、有思想、有創(chuàng)新是高中物理教師的主要工作之一，通過設(shè)計出有效的實驗教學方案可以幫助高中學生物理核心素養(yǎng)的形成和提高。

關(guān)鍵詞：高中物理；實驗教學；科學思維

物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學，物理學的教學需要培養(yǎng)學生具備實驗探究素養(yǎng)這一核心素養(yǎng).該核心素養(yǎng)包含：學生經(jīng)歷真實的實驗探究過程，能使用常見的物理實驗儀器，獨立完成物理實驗的能力；能運用所學知識設(shè)計相關(guān)實驗；能主動將自己的想法與同伴交流，堅持正確的觀點，積極修正錯誤想法，擁有團隊精神；積極關(guān)注國內(nèi)外科技發(fā)展，有創(chuàng)新思想，能結(jié)合數(shù)字實驗，物聯(lián)網(wǎng)實驗進行創(chuàng)新設(shè)計；具有創(chuàng)造性思維和嚴謹科學態(tài)度等[1]。

提升高中生的物理學科核心素養(yǎng)，就是要讓學生通過物理學習，掌握研究物理最主要的方法和思維，并形成帶有物理學科特點的品質(zhì)和關(guān)鍵的能力，中學物理實驗教學可以培養(yǎng)學生對周圍事物的觀察力、實驗儀器的操作能力和實驗數(shù)據(jù)的分析處理能力等。基于學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，筆者從以下幾個方面對高中物理實驗課程進行拓展，提升學生的實驗研究能力。

1 設(shè)計趣味實驗， 體驗科學思維

興趣是最好的老師。實驗趣味性不僅僅只是為了吸引學生的眼球，更重要的是要能引發(fā)學生的深刻思考和激發(fā)學生的求知欲望，喚起學生的創(chuàng)新意識。只有在學生對實驗充滿熱情和探求欲時，實驗教學才能達到理想的效果，才能通過實驗達成對學生物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)。所以教師在教學中要能根據(jù)教學內(nèi)容和要求，根據(jù)學生已有的知識和體驗，巧妙設(shè)計出有親切感的有趣實驗。設(shè)計出的趣味性實驗不能僅停留有新奇感，更應(yīng)該要能與教學內(nèi)容相結(jié)合，能夠讓學生體驗科學思維素養(yǎng)，激發(fā)學生的探究激情。在上《牛頓第三定律》這節(jié)課時，可以用圖1所示的趣味實驗，讓學生動手體驗氣球直升機，并觀察氣球直升機的構(gòu)造，分析其飛行原理，尋找該氣球直升機中有幾處用到作用力和反作用力的關(guān)系。這樣不僅提高學生學習物理興趣，而且能更好掌握作用力和反作用力的關(guān)系。有趣的物理現(xiàn)象有助于學生通過具體現(xiàn)象建立初步物理概念，促進他們盡快的建立起準確的概念和認識規(guī)律，完成從感性認識到理性認識的飛躍。通過對物理現(xiàn)象剖析和本質(zhì)的探求，向?qū)W生展示其中所含科學思想和科學方法，提高學生對物理本質(zhì)及研究方法的認識，培養(yǎng)了學生研究物理問題的能力，提高了他們的科學素養(yǎng)。

2 巧用物理實驗構(gòu)建中學物理觀念

物理觀念是從物理學視角出發(fā)對物質(zhì)、運動與相互作用、能量等客觀物理現(xiàn)象和過程形成的基本認識，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華，包括物質(zhì)觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應(yīng)用等要素[2]。新的課程標準要求教師要有新的教學理念，轉(zhuǎn)變原有教學觀念，教師的角色應(yīng)定位在學生知識體系構(gòu)建的促進者和引導者，教師的教學核心應(yīng)該是通過巧妙的教學設(shè)計，能夠最大限度地發(fā)揮學生學習的主觀能動性。所以在中學物理教學中，教師對實驗設(shè)計的立足點應(yīng)該是讓學生通過實驗探究能構(gòu)建起物理的核心概念，幫助學生將抽象的物理概念變成具體形象實驗或模型。《滑動摩擦力》這節(jié)課，在構(gòu)建對滑動摩擦力概念的完整認識時，學生最難理解的就是滑動摩擦力的方向。在探究滑動摩擦力方向和物體的相對運動方向相反時，我們設(shè)計了這樣分組實驗。讓每個學生拿著一把毛刷，讓它在毛巾墊上運動。由于跟毛巾接觸的刷毛末端受到的滑動摩擦力，刷毛發(fā)生彎曲。因此可以根據(jù)刷毛的彎曲方向，來探究判斷滑動摩擦力的方向。我們可以設(shè)計一個表格（見表1）：

可以看到，刷子相對于毛巾墊向左運動受到的滑動摩擦力向右，相對于毛巾墊向右運動，受到的滑動摩擦力向左，因而探究出滑動摩擦力方向和物體的相對運動方向相反。

物理概念和物理規(guī)律是建立物理學大廈的基石。中學物理教師應(yīng)該清醒地認識這一點，要善于利用物理實驗夯實核心概念，掌握物理的分析方法，提高學生的思辨能力，讓學生在對物理核心概念進行理解和升華中，體驗物理學特有的研究思想，培養(yǎng)和發(fā)展學生物理學科的核心素養(yǎng)。在物理教與學的過程中，物理概念的學習相對比較枯燥乏味，而適當?shù)膶嶒灴梢宰寣W生在探究中找到樂趣，更好的理解物理概念。教師如果能夠利用能引發(fā)學生思考的物理實驗，采取有效的措施強化學生對物理基礎(chǔ)概念的學習，就能糾正學生在物理學習中的偏差，促使學生深入理解物理基礎(chǔ)概念。

3 利用探究性物理實驗，提高學生的科學思維

新課程物理學科提出的培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)包含有“科學思維”，其具體內(nèi)容包含有“模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”[3]。在探究性物理實驗中，我們能讓學生比較全面的經(jīng)歷和體會這些過程。探究性實驗本身就要針對觀察到的現(xiàn)象提出問題，形成猜想和假設(shè)，通過建立模型和設(shè)計并操作實驗，獲得數(shù)據(jù)并結(jié)合適當?shù)睦碚摲治龅贸龌谧C據(jù)的結(jié)論。在這一過程中學生也要經(jīng)歷交流、反思的過程，來進一步提高實驗和理論水平。這對培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)有極大的作用。

在上《向心力》這節(jié)課時，探究向心力的大小跟哪些因素有關(guān)時，可以設(shè)計了三個實驗：

實驗1： 在一根細繩的一端拴一個橡皮塞或其他小物體，掄動細繩，使小物體做圓周運動（如圖2）。引導學生的猜想：向心力跟物體質(zhì)量m、半徑r、角速度ω有關(guān)。

實驗2：進一步引導學生猜想向心力與m、r、ω的定性關(guān)系。學生根據(jù)感受可能猜想向心力與質(zhì)量m成正比，與半徑r成正比，與角速度ω成正比。

（1）介紹圖3向心力演示器實驗構(gòu)造

（2）實驗方法：控制變量法

（3）實驗過程

①質(zhì)量不同的鋼球和鋁球，控制它們運動的半徑r和角速度ω相同，比較向心力的大小

②兩個質(zhì)量相同的小球，保持運動半徑相同，探究出向心力與角速度之間的關(guān)系

③兩個質(zhì)量相同的小球，保持小球運動的角速度相同，選擇不同的半徑r，比較向心力的大小。

綜合上述實驗結(jié)果可知：物體做勻速圓周運動需要的向心力與物體的質(zhì)量成正比，與半徑成正比，與角速度的二次方成正比[4]。

實驗3： 借助DIS數(shù)字化傳感器向心力演示器進行實驗，將光電門傳感器和力傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集器，按實驗裝置圖4把兩個傳感器固定在向心力實驗器上，在電腦上記錄F與ω數(shù)據(jù)如圖5，借助電腦軟件描繪F 與ω2關(guān)系的圖像，選取X軸為“ω2”，Y軸為“F ”，發(fā)現(xiàn)是線性關(guān)系如圖6，通過實驗的圖像逐一探索改變向心力的因素，從而驗證向心力公式，更有力地說明實驗的科學性和重要性。

利用DIS實驗進行的探究性實驗教學，是目前及未來一定時間內(nèi)發(fā)展的趨勢。它有利于學生提高探究的效率，解決一些傳統(tǒng)方法無法解決的問題，并將學生的注意力集中在知識的建構(gòu)上，有利于學生鞏固和利用所學的物理知識解決新問題，有利于學生進行探究和創(chuàng)新.

當前還有一些物理教師在教學還是采用傳統(tǒng)的灌輸式的教學方法，只是將實驗設(shè)計、原理和方法直接灌輸給學生，而不是采用啟發(fā)式、引導式和探究式等教學方法.不少學校購買了數(shù)字化實驗設(shè)備，但利用這些設(shè)備進行實驗的不多.要善于利用數(shù)字物理實驗室，提高學生的興趣和體驗精確的實驗和數(shù)據(jù)處理對物理的重要性，在條件允許時更應(yīng)該讓學生接觸探究型的實驗設(shè)計。要讓學生的不斷的接觸實際操作機會，只有讓經(jīng)歷過實際的實驗操作，學生的實驗?zāi)芰Σ拍艿玫秸鎸嵉奶岣撸瑢W生的學科核心素養(yǎng)才能得到提高。隨著新課程改革更多的實驗物理的成果不斷推出，學生的學習方式也會不斷改善。新一輪課程改革是圍繞著提高學生的學科核心素養(yǎng)展開的，我們應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念，適應(yīng)新課程的需要，發(fā)揮物理的實驗教學在培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維不可替代的作用，讓物理實驗 可有趣、有用，促進學生的全面發(fā)展。只要我們深入研究，不斷探索物理實驗教學方法，做到因內(nèi)容制宜、因?qū)W生制宜，就能為提高學生的科學素養(yǎng)做出貢獻。

參考文獻：

[1]張平昭.基于物理核心素養(yǎng)拓展物理實驗課程[J].物理教師，2016（11）：35-37.

[2]陳小平.創(chuàng)新實驗設(shè)計，培養(yǎng)高中生的物理核心素養(yǎng)[J].課程教學研究，2016（10）：69-73.

[3]中華人民共和國教育部.高中物理課程標準[M].北京：人民教育出版社，2017.

[4]司南中學物理教材編寫組.普通高中課程標準實驗教科書物理（必修2）[M].濟南：山東科學技術(shù)出版社，2005.