鄭培

隨著素質(zhì)教育的不斷深入，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)響應(yīng)新課標(biāo)的要求，改變以理論為主的教學(xué)模式，著重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。教師需要立足于探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。在核心素養(yǎng)視域下，高中物理學(xué)科的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)當(dāng)針對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。這對(duì)于激發(fā)學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣、拓展物理學(xué)科的教學(xué)深度均具有重要意義。

一、核心素養(yǎng)視域下高中物理探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要點(diǎn)

（一）保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性

在高中階段，學(xué)生的學(xué)習(xí)思維正由感性向理性的方向轉(zhuǎn)變。如果學(xué)生接觸的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容過(guò)于晦澀難懂，將很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，物理教師在組織探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性。針對(duì)這個(gè)目標(biāo)，教師需要做到以下幾點(diǎn)要求：

首先，教師在演示物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)剔除掉某些不必要的操作，盡量讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程顯得簡(jiǎn)潔、清晰。這需要教師規(guī)范實(shí)驗(yàn)過(guò)程，不在實(shí)驗(yàn)中無(wú)意識(shí)地做一些小動(dòng)作。否則，學(xué)生很容易被一些無(wú)關(guān)緊要的行為迷惑，從而影響到學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究效率。

其次，探究性物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)突出一些亮點(diǎn)，能與學(xué)生的固有認(rèn)知建立沖突，在學(xué)生的內(nèi)心留下強(qiáng)烈的印象。比如，在實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出一些學(xué)生想象不到的震撼場(chǎng)面。正如前文所言，高中生的物理思維雖然逐漸向理性的角度發(fā)展，但還是會(huì)受到感性思維的影響。因此，通過(guò)探究性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果給予學(xué)生強(qiáng)烈的感官刺激，可以有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

其三，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論切記不要模棱兩可，盡量要以成功為主。即使實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)紕漏，也要與最初的實(shí)驗(yàn)研究目標(biāo)建立一定的聯(lián)系，能讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中得到一定的學(xué)習(xí)收獲。

（二）保證教學(xué)介入的適度性

在高中物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)作為教學(xué)主體，親身參與到探究實(shí)踐的過(guò)程之中，這需要教師將實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)放給學(xué)生。在此過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)控制好教學(xué)介入的尺度。

首先，教師不宜介入太深。比如有些教師習(xí)慣事無(wú)巨細(xì)地指導(dǎo)學(xué)生，對(duì)學(xué)生每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)都要過(guò)問(wèn)。在這種情況下，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究將會(huì)束手束腳，深受教師的影響。長(zhǎng)此以往，學(xué)生甚至?xí)蔀榻處熓种械臓烤€木偶，向師云亦云的方向發(fā)展。因此，教師不應(yīng)擔(dān)憂學(xué)生出錯(cuò)，而是要給學(xué)生預(yù)留獨(dú)立思考的余地，引導(dǎo)學(xué)生從錯(cuò)誤中反思、改正，這樣才能有效培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

其次，教師不宜完全放權(quán)。相對(duì)于一些事無(wú)巨細(xì)的教師，個(gè)別物理教師走向了另一個(gè)極端。在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，這類(lèi)教師干脆對(duì)學(xué)生的探究過(guò)程不聞不問(wèn)，只關(guān)注學(xué)生最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到難題，因?yàn)闊o(wú)法得到教師的及時(shí)幫助，而嚴(yán)重影響到了探究學(xué)習(xí)的效率。此外，個(gè)別學(xué)生的學(xué)習(xí)自制力較差，在實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)走神的行為。如果教師完全放任不管，沒(méi)有做好監(jiān)督工作，同樣對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)極為不利。

（三）建構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R(shí)體系

學(xué)習(xí)物理如同建造一座高樓，需要從地基開(kāi)始不斷夯實(shí)，逐層逐級(jí)的慢慢堆砌。因此，在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，物理教師應(yīng)當(dāng)將新知與舊知聯(lián)系在一起，建構(gòu)出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹R(shí)體系。這可以幫助學(xué)生形成良好的物理觀念，激活科學(xué)思維。除此之外，良好的知識(shí)體系也有助于拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍，幫助學(xué)生從課本走到現(xiàn)實(shí)生活，將生活元素與物理知識(shí)聯(lián)系在一起。由此，不僅打開(kāi)學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，也能激活學(xué)生的“STSE”理念，對(duì)學(xué)生“學(xué)科態(tài)度與責(zé)任”的成長(zhǎng)大有裨益。

（四）鼓勵(lì)學(xué)生勇敢創(chuàng)新

高中生在物理探究實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中往往會(huì)墨守成規(guī)、不知變通。教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生了解到教材中的物理實(shí)驗(yàn)步驟并非金科玉律，學(xué)生可以對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程大膽批判、勇敢創(chuàng)新。如果學(xué)生固步自封，將教師演示的實(shí)驗(yàn)過(guò)程作為標(biāo)準(zhǔn)答案，只是盲目地進(jìn)行照搬照抄，那么探究性實(shí)驗(yàn)就等同于形式主義，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究相當(dāng)于重新模仿了一遍最基本的實(shí)驗(yàn)流程，這明顯不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。因此，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，選擇更為合理的器材，以活躍學(xué)生的物理思維，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)自信。

二、核心素養(yǎng)視域下高中物理探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)策略

（一）構(gòu)建生活情境，培養(yǎng)物理觀念

所謂物理觀念，指人們充分理解物理規(guī)律之后，在腦海中形成某種有關(guān)物質(zhì)、能量、運(yùn)動(dòng)的認(rèn)知觀念，比如相互作用觀念、能量觀念等等。想要在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生形成物理觀念的核心素養(yǎng)，教師需要基于直觀性原則，在演示的過(guò)程中創(chuàng)設(shè)引人入勝的教學(xué)情境，從而完成抽象建模，讓學(xué)生結(jié)合物理模型來(lái)加深對(duì)重難知識(shí)點(diǎn)的理解。對(duì)此，教師可以引入生活元素，利用學(xué)生熟知的生活事物來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，將重要的物理知識(shí)演示出來(lái)。這樣不僅能加強(qiáng)物理與生活之間的聯(lián)系，也能激發(fā)學(xué)生的探究學(xué)習(xí)欲望。

比如，教學(xué)“內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能”的知識(shí)點(diǎn)時(shí)，教師可以拿出一個(gè)學(xué)生在生活中隨處可見(jiàn)的空塑料瓶，將瓶蓋擰緊，然后用力擠壓瓶子中間部分，將其壓癟。最后，輕輕擰松瓶蓋之后，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)瓶口出現(xiàn)響亮的聲音，瓶蓋在某種作用力下飛出去很遠(yuǎn)。同時(shí)，瓶口產(chǎn)生了許多輕微的白霧。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程簡(jiǎn)單、現(xiàn)象突出，有許多可以探究學(xué)習(xí)的切入點(diǎn)。比如產(chǎn)生白霧的原因，讓瓶蓋飛出去的作用力是什么等等。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也能為學(xué)生直觀構(gòu)建出“能量轉(zhuǎn)化”的模型，有效強(qiáng)化學(xué)生的物理觀念。

（二）引入思考問(wèn)題，激活科學(xué)思維

所謂科學(xué)思維，是學(xué)生從物理視角來(lái)分析事物、了解其本質(zhì)的屬性有什么樣的內(nèi)在規(guī)律，以及事物與事物之間的相互關(guān)系等等。在了解的過(guò)程中，學(xué)生需要完成分析、推理、論證、總結(jié)等思考的過(guò)程。換言之，想要通過(guò)高中物理探究性實(shí)驗(yàn)激活學(xué)生的科學(xué)思維，教師需要結(jié)合問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。通過(guò)學(xué)生的好奇心來(lái)增加其自主學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，充分鍛煉學(xué)生的物理思維。

在探究性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師所提的問(wèn)題包含六大要素：實(shí)驗(yàn)控制的對(duì)象是什么？實(shí)驗(yàn)測(cè)量的對(duì)象是什么？實(shí)驗(yàn)改變了什么？以及如何控制、如何測(cè)量、如何改變。例如探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力之間的關(guān)系的物理實(shí)驗(yàn)，以往的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D一所示，需要學(xué)生將小車(chē)放置在傾斜的軌道上，通過(guò)改變托盤(pán)上的砝碼來(lái)調(diào)整小車(chē)質(zhì)量的大小，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)獲取不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。針對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，教師可以對(duì)學(xué)生提問(wèn)：（1）你認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有哪些不規(guī)范的環(huán)節(jié)？（2）容易產(chǎn)生誤差的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可以通過(guò)其他方法來(lái)代替嗎？（3）如果測(cè)量的最后數(shù)據(jù)與預(yù)估的結(jié)果出現(xiàn)較大的反差，你認(rèn)為問(wèn)題有可能會(huì)出現(xiàn)在什么地方？由此，通過(guò)各種各樣的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合性的質(zhì)疑、評(píng)價(jià)、反思。幫助學(xué)生脫離傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)步驟，從更高的層次來(lái)分析物理問(wèn)題。

（三）設(shè)計(jì)創(chuàng)新方案，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)探究

所謂實(shí)驗(yàn)探究，指學(xué)生在提出物理問(wèn)題之后，從中產(chǎn)生某種猜想。然后針對(duì)這個(gè)猜想來(lái)做出假設(shè)，通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)收集信息，在推理論證之后，得出最后的結(jié)論。因此，當(dāng)學(xué)生通過(guò)思考的過(guò)程，找出傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)中的不足之處時(shí)，物理教師需要趁熱打鐵，鼓勵(lì)學(xué)生按照自己的想法來(lái)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)方案，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。

例如教學(xué)“平拋運(yùn)動(dòng)”物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，教材中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ǔＨ鐖D二所示。教師可以將小球放置在某個(gè)木板后面，用小錘敲擊木板，給小球施加一個(gè)水平運(yùn)動(dòng)的力。也可以讓小球從斜面上自由滾下，在水平方向產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。但無(wú)論哪一種實(shí)驗(yàn)方案，小球都會(huì)受到摩擦力或彈力的影響。比如，小球在自由滾下的過(guò)程中，出現(xiàn)了彈動(dòng)的情況，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。除此之外，小球下落的速度較快，很難測(cè)量數(shù)據(jù)，還要利用移動(dòng)設(shè)備的頻閃攝影功能來(lái)加以錄制。因此，該實(shí)驗(yàn)在器材、條件的要求上均比較嚴(yán)格。如果學(xué)生能挖掘教材中實(shí)驗(yàn)過(guò)程的不足之處，針對(duì)性的加以改正，就能有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究核心素養(yǎng)。例如，有學(xué)生在教師和同學(xué)的幫助下，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了徑跡法，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D三所示，能更為直觀地判斷出平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。由此可見(jiàn)，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，有以下幾點(diǎn)教育價(jià)值：（1）豐富了學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)造的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生熟悉了“確定目標(biāo)——設(shè)計(jì)方案——完成實(shí)驗(yàn)”的學(xué)習(xí)過(guò)程。（2）通過(guò)舊實(shí)驗(yàn)與新實(shí)驗(yàn)的比較，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)精確度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要性，在分析實(shí)驗(yàn)誤差的過(guò)程中，體會(huì)實(shí)踐與理論之間的區(qū)別。（3）充分鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，幫助學(xué)生突破思維的局限性。能跳出小球的框架，通過(guò)其他的視角來(lái)理解平拋運(yùn)動(dòng)，有效培養(yǎng)了學(xué)生手腦并用的學(xué)習(xí)能力。

（四）開(kāi)展小組合作，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

探究性物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生不斷挖掘問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的學(xué)習(xí)過(guò)程，如果學(xué)生選擇獨(dú)立探究的形式，一旦遇到研究障礙，學(xué)生很難迅速找到實(shí)驗(yàn)的突破口。此外，高中階段的物理實(shí)驗(yàn)難度較高，僅憑學(xué)生獨(dú)自一人，很難面面俱到地照顧好每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。因此，教師應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與到合作學(xué)習(xí)之中，通過(guò)交流和互動(dòng)來(lái)分享彼此的學(xué)習(xí)心得。在此過(guò)程中，不僅能鍛煉學(xué)生的合作探究能力，也能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感。

首先，教師應(yīng)當(dāng)注重因材施教的原則，在合作教學(xué)中準(zhǔn)確為學(xué)生分層。由于高中生的物理基礎(chǔ)、性格特點(diǎn)、學(xué)習(xí)能力存在一定的差異性。教師可以將學(xué)生分為基礎(chǔ)扎實(shí)、思維敏捷、動(dòng)手能力強(qiáng)、成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)優(yōu)生，知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)踐能力比較平庸的中等生，基礎(chǔ)薄弱、動(dòng)手能力差的學(xué)困生，并將三者按照1：2：4的比例分配到同一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組之中。在開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)優(yōu)生要負(fù)責(zé)擔(dān)任小組的組長(zhǎng)，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。中等生負(fù)責(zé)協(xié)助學(xué)優(yōu)生，為整個(gè)小組的成員分配實(shí)驗(yàn)任務(wù)。學(xué)困生主要負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)，汲取學(xué)優(yōu)生和中等生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)到自己在實(shí)驗(yàn)思路中的局限性。由此，通過(guò)三方的鼎力合作，可以起到以優(yōu)帶困的合作學(xué)習(xí)目的。

其次，由于在探究性實(shí)驗(yàn)中，教師會(huì)給予學(xué)生一定的學(xué)習(xí)自由，這也意味著物理教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課堂的掌控力度有所減輕。如果有的學(xué)生無(wú)心實(shí)驗(yàn)，在臺(tái)下做一些小動(dòng)作，教師很難及時(shí)發(fā)覺(jué)。而通過(guò)小組學(xué)習(xí)，每一名學(xué)生都要在組內(nèi)合作中發(fā)揮自己的作用。各個(gè)小組的學(xué)優(yōu)生也可以擔(dān)任組長(zhǎng)的職務(wù)，與教師做好銜接交流。一方面在遇到問(wèn)題時(shí)，能將問(wèn)題總結(jié)起來(lái)，統(tǒng)一上報(bào)給教師，提高教師答疑解惑的效率。另一方面，也能方便教師隨時(shí)巡視監(jiān)督，有效加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)紀(jì)律。

最后，在合作學(xué)習(xí)之后，教師還可以組織教學(xué)評(píng)價(jià)活動(dòng)。讓學(xué)生通過(guò)自評(píng)、互評(píng)等方式，講一講自己在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中得到了哪些收獲，組內(nèi)的成員在合作中有哪些閃光點(diǎn)和不足之處。或者分析一下實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是否還能有改進(jìn)的地方，實(shí)驗(yàn)步驟是否存在缺陷等等。最后，教師根據(jù)學(xué)生的反饋內(nèi)容，對(duì)探究性物理實(shí)驗(yàn)課堂進(jìn)行全面的改進(jìn)，做到查缺補(bǔ)漏、精益求精。由此，才能為學(xué)生營(yíng)造出實(shí)事求是的教學(xué)環(huán)境，充分激發(fā)學(xué)生的科學(xué)精神與創(chuàng)新意識(shí)。

物理作為一門(mén)與生活密切相關(guān)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)課程的重要性不言而喻。基于核心素養(yǎng)的要求，開(kāi)展探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以打破傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的局限性，為學(xué)生提供更多創(chuàng)新思考、動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。對(duì)此，教師需要將實(shí)驗(yàn)課程與生活元素巧妙地結(jié)合在一起。鼓勵(lì)學(xué)生從教材的實(shí)驗(yàn)入手，找出其中的不足，針對(duì)性的加以改進(jìn)，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。