王程

高中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)主要包括物理觀念和應(yīng)用、科學(xué)探究和交流、科學(xué)思維和創(chuàng)新、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任，而科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)中非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容?？茖W(xué)思維主要指的是人們?cè)谶M(jìn)行科學(xué)活動(dòng)探究過程中對(duì)客觀事物真理性的生理、心理認(rèn)知的過程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理課程教學(xué)過程中的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維具有重要的作用。本文通過以“電容器的電容”為例，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，以便讓學(xué)生能夠更好地理解和掌握“電容器的電容”這節(jié)內(nèi)容，幫助學(xué)生科學(xué)思維能力得到提升。

一、利用生活資源創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，培養(yǎng)學(xué)生建模新區(qū)

為了能夠讓學(xué)生形成良好的科學(xué)思維，教師可合理地將教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)緊密結(jié)合起來，合理設(shè)計(jì)相關(guān)的假說性、推理性和證明性的實(shí)踐活動(dòng)。例如，在進(jìn)行“電容器的電容”內(nèi)容教學(xué)時(shí)，老師可全面了解學(xué)生的認(rèn)知，積極開展物理實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生的建模欲望能夠被充分激發(fā)出來，從而促使學(xué)生形成良好的科學(xué)思維。首先，讓學(xué)生認(rèn)真思考實(shí)際生活中與平行板電容器相關(guān)的物品，構(gòu)建問題化情境，這樣借助生活資源來引出電容器的概念，再開展充電、放電的實(shí)驗(yàn)過程，充分激發(fā)學(xué)生的建模欲望;其次，創(chuàng)設(shè)良好的實(shí)驗(yàn)情境。我們可以通過將感應(yīng)起電機(jī)的兩個(gè)電極分別與平行板電容器的兩極板相連接，再引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)，讓兩極板帶電。這樣因一個(gè)極板上的細(xì)線帶電必須全部保持水平的狀態(tài)，充分說明極板帶電，進(jìn)一步展示常用的電容器和表示電容器的符號(hào)。學(xué)生在良好的課堂氛圍中便能夠直觀地感受到電容器的構(gòu)造、分類、符號(hào)，認(rèn)識(shí)到兩個(gè)彼此絕緣又相隔很近的導(dǎo)體共同組成一個(gè)電容器。

模型構(gòu)建能力是把生活中的問題用物理知識(shí)概括出來。學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過程是學(xué)習(xí)物理模型的構(gòu)建，同時(shí)也是解決物理問題的過程。高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要關(guān)注學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)。在教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施過程中重視情境的創(chuàng)設(shè)讓學(xué)生多動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，不僅可以滿足學(xué)生操作的愿望，更重要的是可以讓學(xué)生不斷體會(huì)和嘗到“發(fā)現(xiàn)”和“克服困難、解決問題、獲得成功”的喜悅，從而提高興趣，增強(qiáng)信心，提高了學(xué)生的問題解決能力。

物理模型是對(duì)物理原形的高度抽象化和概括化，是物理學(xué)研究的重要思想方法。問題解決能力的提升能使學(xué)生思維能力有更好的發(fā)展，使學(xué)生已經(jīng)具有的直觀思維向抽象思維轉(zhuǎn)化，還能夠根據(jù)已有知識(shí)進(jìn)行推理和論證，使思維能力有了很大的進(jìn)步;而且具有獨(dú)立性、深刻性和批判性，使學(xué)生更加樂于探究，提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

二、利用小組探究實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生大膽推理

部分老師在開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候主要是由教師來進(jìn)行演示，學(xué)生只是被動(dòng)地觀看實(shí)驗(yàn)，而學(xué)生在觀看的過程中卻無法深入感知物理實(shí)驗(yàn)知識(shí)，從而制約學(xué)生的科學(xué)思維形成。因此，通過在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中讓學(xué)生采取小組的形式來進(jìn)行合作探究，讓學(xué)生真正成為課堂學(xué)習(xí)的主人，這樣學(xué)生在主動(dòng)進(jìn)行物理知識(shí)探究的過程中不但能夠很快速地掌握推理論證的方法，而且還能夠有效增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)。

提高學(xué)生創(chuàng)新能力也是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的重要方面。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)創(chuàng)新能力上有天然的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力從調(diào)動(dòng)興趣入手，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法開始，讓學(xué)生愿意參與到實(shí)驗(yàn)中去，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)原理的理解、數(shù)據(jù)處理過程都能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生由感性的認(rèn)識(shí)提高到理性的認(rèn)識(shí)，由形象的思維提高到抽象的思維，使學(xué)生思維得到訓(xùn)練，能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

在“電容器的電容”這個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們可先將學(xué)生合理地分為幾個(gè)小組，再讓各個(gè)小組的學(xué)生主動(dòng)去探究認(rèn)識(shí)電容器的方法，而往往學(xué)生的創(chuàng)造力是無窮的。比如，有的小組的學(xué)生通過自主探究，發(fā)現(xiàn)認(rèn)識(shí)電容器的方法可先找一個(gè)高壓電容器充電后，再將電容器的兩極短接，這樣在短接放電的瞬間便可以擊穿空氣發(fā)出巨大的聲響;有的小組學(xué)生在進(jìn)行合作探究的時(shí)候，將一個(gè)塑料材質(zhì)的紙簍內(nèi)外分別貼上一層錫箔紙，將其做成為一個(gè)簡陋的電容器，讓感應(yīng)起電機(jī)使之帶電，再移去起電機(jī)，將紅黑兩根引線短接，這時(shí)便會(huì)聽到“啪”的一聲脆響;還有的小組學(xué)生在合作的時(shí)候選擇適用兩個(gè)金屬餐盤，并在兩個(gè)金屬餐盤的中間墊上一層紙，從而讓其組合成為簡單的電容器。這時(shí)再在餐盤上放置感應(yīng)起電機(jī)的一根引線，通過搖動(dòng)起電機(jī)讓其充電。這個(gè)小組的學(xué)生再將起電機(jī)移開，而這時(shí)學(xué)生的手在接觸到餐盤的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生電擊感。但是，當(dāng)先放置一個(gè)餐盤之后再搖動(dòng)起電機(jī)，當(dāng)手在接觸到餐盤的時(shí)候并不會(huì)產(chǎn)生電擊感。然而，這時(shí)再將紙和另外一個(gè)餐盤放在一起的時(shí)候則會(huì)出現(xiàn)電擊感;還有一個(gè)小組的學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的時(shí)候?qū)⒏袘?yīng)起電機(jī)的一個(gè)菜頓瓶拆下來，再認(rèn)真地觀察菜頓瓶的構(gòu)造;還有一個(gè)小組的學(xué)生在合作探究時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)拆解紙質(zhì)的電容器，并使用油浸紙和錫箔紙現(xiàn)場(chǎng)制作紙質(zhì)的電容器。

上面各個(gè)小組合作探究的過程主要就是通過放電、電擊感等現(xiàn)場(chǎng)來認(rèn)識(shí)電容器存儲(chǔ)電荷的本質(zhì)。這樣學(xué)生能夠更加直觀清晰地認(rèn)識(shí)到電容器的構(gòu)造，并將電容器抽象成為兩個(gè)彼此絕緣且又相距很近的導(dǎo)體。但是，學(xué)生在合作探究時(shí)常常會(huì)忽略電容器的本質(zhì)特征，所以需要教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容科學(xué)的引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建重要的物理模型。

三、鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力

現(xiàn)在的中國是一個(gè)創(chuàng)新大國，并且在不斷地發(fā)展中，要想獲得更加豐碩的成果，就需要擁有一大批具有創(chuàng)新思維的人才為之付出努力，而青少年就是最大的來源之一。學(xué)生作為一個(gè)獨(dú)立的、簡單的人，擁有巨大的可開發(fā)性，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是當(dāng)前高中物理課程教學(xué)中非常重要的一個(gè)目標(biāo)，而為了完成這個(gè)目標(biāo)則應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)質(zhì)疑，促使學(xué)生在不斷創(chuàng)新的過程中形成良好的思維品質(zhì)。因此，教師可在物理課堂的教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生積極創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生能夠在質(zhì)疑和創(chuàng)新活動(dòng)中進(jìn)行更加深入地科學(xué)探究，從而有效增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

例如，在“電容器的電容”這節(jié)課的教學(xué)過程中，當(dāng)學(xué)生在探究影響電容器電容的因素的時(shí)候，我們可以讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行一些拓展學(xué)習(xí)，這可以有助于學(xué)生形成良好的科學(xué)思維能力。為了在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，教師則可以先讓學(xué)生將測(cè)量電壓的儀器換為靜電計(jì)，并給學(xué)生提出相關(guān)問題：“靜電計(jì)指針偏角大小可不可以推知電容器兩極間電勢(shì)差的大??？為什么靜電計(jì)指針偏角可以反映電勢(shì)差呢？”學(xué)生通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行分析的時(shí)候，便能夠明白靜電計(jì)中間的金屬球、金屬桿和金屬指針等組成部分，而外部則是一個(gè)與底座絕緣的金屬圓筒，圓筒底部的接線柱便應(yīng)用于接地或者是與其他導(dǎo)體相連接;絕緣套筒直接將金屬桿和金屬圓筒隔開，這時(shí)的靜電計(jì)則組合成為了特殊的電容器。同時(shí)，外部的金屬圓筒與內(nèi)部金屬球、金屬桿、金屬指針共同組合的導(dǎo)體能夠作為電容器的兩極，而金屬指針則能夠繞水平軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而促使學(xué)生在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)過程時(shí)形成良好的物理思維。

在學(xué)生開展“靜電計(jì)的接入影響電容器電荷量嗎？”這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，如圖1，我們可將電容器的電壓設(shè)置為U1，靜電計(jì)的電壓為U2，這兩者在相互連接之后所形成的等效電容器的電壓設(shè)置成為U，而這樣將電容器和靜電計(jì)相聯(lián)則好像是將兩個(gè)電容器并聯(lián)起來，而電勢(shì)差卻呈現(xiàn)出相同的情況，這便是靜電計(jì)之所以能夠測(cè)量電容器電壓的重要原因，所以得出公式U=U1=U2。同時(shí)，在設(shè)未接靜電計(jì)之前，如果將電容器的帶電量設(shè)置為Q，而這時(shí)再接入靜電計(jì)的時(shí)候則會(huì)導(dǎo)致部分的電荷Q2會(huì)被轉(zhuǎn)移到靜電計(jì)上，而電容器的帶電量減少設(shè)置為Q1，所以電容器和靜電計(jì)則組合成為獨(dú)立的系統(tǒng)。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的過程可以將電容器和靜電計(jì)并聯(lián)之后的等效電容推導(dǎo)出來，即C=C1+C2。學(xué)生通常在創(chuàng)新性的物理實(shí)驗(yàn)中能夠形成良好的科學(xué)思維，有效增強(qiáng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

教師要鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)問題分析，從中找出原因，從而培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。若學(xué)生提出和教學(xué)內(nèi)容無關(guān)的問題，要引導(dǎo)學(xué)生回歸課本內(nèi)容，并表揚(yáng)其主動(dòng)提出問題的行為;反之，若教師批評(píng)此類行為，而且沒有告知其問題偏差在哪里，將會(huì)逐漸影響學(xué)生主動(dòng)發(fā)問的興趣，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。教師要改變傳統(tǒng)的教育質(zhì)量評(píng)價(jià)觀，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性地學(xué)習(xí)，讓學(xué)生不固定在圈子里，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)造性行為，引導(dǎo)、幫助、鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問題、處理問題和解決問題。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)在于全面培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，是將研究課題給學(xué)生，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)。探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)艹浞终{(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，增強(qiáng)學(xué)生問題解決的能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在實(shí)施過程中要用到力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、光學(xué)、甚至化學(xué)的相關(guān)知識(shí)以及很多基本實(shí)驗(yàn)原理，對(duì)學(xué)生知識(shí)能力要求較高，設(shè)計(jì)出來的實(shí)驗(yàn)方案還要進(jìn)行綜合評(píng)估和考慮。一些實(shí)驗(yàn)要經(jīng)過多次探討、多次修改甚至多次失敗才能找到最佳的方案。這個(gè)過程是學(xué)生知識(shí)和能力的大遷移，能極大地培養(yǎng)學(xué)生的各種實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生要經(jīng)歷如何提出問題、如何進(jìn)行假設(shè)、如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、如何精確觀察和測(cè)量、如何深入地思考并通過分析、綜合和推理得出事物的本質(zhì)和規(guī)律。在這個(gè)過程中，讓學(xué)生體驗(yàn)到探究的樂趣和艱辛。需要注意的是，教師的身份是引路者，不能輕易幫助學(xué)生去解決他們自己通過發(fā)揮主觀能動(dòng)性能解決的問題教師可以通過啟發(fā)和引導(dǎo)，幫助學(xué)生提供所需的參考資料和器材等，對(duì)學(xué)生的方案和結(jié)果進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生取得的階段性成果予以肯定。

總之，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高中物理課堂教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力的一種非常重要的方法。因此，為了能夠有效鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，教師應(yīng)該組織學(xué)生積極開展物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生積極進(jìn)行物理建模、物理知識(shí)推理、論證和質(zhì)疑，這樣才能夠有效提升高中學(xué)生核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。