摘 要：科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，實驗是物理教學(xué)活動的重要組成部分。實踐表明，有效的物理實驗教學(xué)可以使學(xué)生在實驗探究過程中發(fā)展科學(xué)探究核心素養(yǎng)?；诖?，文章對基于科學(xué)探究培養(yǎng)的高中物理實驗教學(xué)策略進行了研究，以期落實高中物理實驗教學(xué)的育人價值。

關(guān)鍵詞：高中物理；科學(xué)探究能力；實驗教學(xué)

中圖分類號：G427 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2097-1737（2024）27-0025-03

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，其理論大都建立在實驗的基礎(chǔ)上?？梢哉f，實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)物理的重要助力?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中指明了新時期的物理教學(xué)方向——培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，同時將物理學(xué)科核心素養(yǎng)劃分成四大維度，具體地指明了物理學(xué)科的育人方向，即將核心素養(yǎng)培養(yǎng)貫穿于物理教學(xué)全過程。而科學(xué)探究作為物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一，對學(xué)生進行本維度的培養(yǎng)理應(yīng)扎根于物理實驗教學(xué)中。

一、基于科學(xué)探究培養(yǎng)的高中物理實驗教學(xué)的理論概述

（一）科學(xué)探究的界定

科學(xué)探究是學(xué)生根據(jù)觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力[1]。一般來說，科學(xué)探究過程包括提出問題、猜測假設(shè)、設(shè)計實驗、操作實驗、獲得數(shù)據(jù)、分析論證、評估交流。

（二）實驗教學(xué)對科學(xué)探究培養(yǎng)的作用

1.提高學(xué)生的科學(xué)探究積極性

相較于理論學(xué)習(xí)，實驗操作是一項具有趣味性的活動，很容易調(diào)動學(xué)生的科學(xué)探究興趣。如教師可以在物理實驗課堂中為學(xué)生呈現(xiàn)一些生活中常見的物理現(xiàn)象，并通過提出具有探究性的問題或布置實驗操作任務(wù)來調(diào)動學(xué)生的探究積極性。在積極情感的助力下，學(xué)生會主動投身于科學(xué)探究活動，認(rèn)真觀察、思考并有所發(fā)現(xiàn)，從而不斷提高自身的科學(xué)探究核心素養(yǎng)。

2.輔助學(xué)生掌握科學(xué)探究方法

科學(xué)的探究方法在一定程度上決定了學(xué)生的探究效果，而實驗探究的過程正是學(xué)生掌握更多科學(xué)探究方法的過程。如在加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的實驗探究過程中，大部分學(xué)生可以掌握控制變量法，學(xué)會用函數(shù)和圖像來分析物理量之間的關(guān)系。在影響動能大小因素的實驗探究過程中，學(xué)生可以掌握轉(zhuǎn)化法。在牛頓第一定律的實驗探究過程中，學(xué)生可以掌握“實驗+假設(shè)”法。在多元實驗方法的助力下，學(xué)生可以潛移默化地掌握科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究核心素養(yǎng)。

二、基于科學(xué)探究培養(yǎng)的高中物理實驗教學(xué)的實踐策略

實驗探究過程正是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究核心素養(yǎng)的過程。因此，高中物理教師應(yīng)當(dāng)將實驗探究過程作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究核心素養(yǎng)的著眼點。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生提出問題

提出問題是科學(xué)探究的第一個環(huán)節(jié)，也是學(xué)生提高探究積極性的重要途徑[2]。問題源于現(xiàn)實生活，而高中生在體驗現(xiàn)實生活的過程中接觸過各種各樣的物理現(xiàn)象，他們能夠從物理的視角觀察現(xiàn)實世界，用物理的思維思考現(xiàn)實世界，并由此提出問題?；诖耍處熆梢晕锢韺嶒炁c現(xiàn)實生活之間的關(guān)聯(lián)為基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)問題情境，讓學(xué)生遷移感性認(rèn)知，自主提出探究問題，

推動實驗探究活動發(fā)展。

例如，大部分學(xué)生都有過乘坐電梯的經(jīng)歷。在電梯啟動開始上行時，學(xué)生會感到腳部沉重；而當(dāng)電梯快要到達既定的樓層時，學(xué)生會感覺身體很輕。然而，

大部分學(xué)生未能從物理角度進行思考。對此，在教學(xué)

“超重與失重”時，教師可以依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，利用多媒體設(shè)備展示人們坐電梯的畫面，引導(dǎo)學(xué)生遷移已有的生活經(jīng)歷。如此，學(xué)生可以基于生活情境展開實驗探究。具體來說，教師可以提出問題：“大家能從超重和失重的角度來分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因嗎？你在分析的過程中可以提出哪些問題呢？”在問題的驅(qū)動下，大部分學(xué)生會遷移已有認(rèn)知進行思考，嘗試闡述原因并提出問題，如“超重和失重現(xiàn)象有什么規(guī)律？”，

這正是本節(jié)課的探究重點。于是，教師可以趁機引導(dǎo)學(xué)生展開實驗探究。

（二）進行信息引導(dǎo)，促使學(xué)生猜想假設(shè)

大部分學(xué)生會對自己發(fā)現(xiàn)和提出的問題產(chǎn)生濃厚的探究興趣，并在興趣的驅(qū)使下積極思考并提出猜想和假設(shè)。不過，他們難以用科學(xué)依據(jù)來支持自己的猜想和假設(shè)[3]。針對此情況，教師可以進行信息引導(dǎo)，促使學(xué)生聯(lián)想所學(xué)的理論知識或已有的生活經(jīng)驗，認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，提出科學(xué)的猜測和假設(shè)。

例如，在“摩擦力”一課教學(xué)過程中，學(xué)生會在體驗問題情境的過程中提出問題：“生活中有哪些調(diào)控摩擦力的舉措？”物理教材中給出了一些例子，如人們發(fā)明了可以增大摩擦力的開瓶器、冰壺運動員通過反復(fù)刷冰來減小摩擦力。實際上，大部分學(xué)生在生活中還遇到過其他調(diào)控摩擦力的現(xiàn)象。因此，教師可以在學(xué)生提出問題后，鼓勵他們閱讀物理教材，并從中提取出關(guān)鍵信息（調(diào)控摩擦力的方法），同時結(jié)合生活經(jīng)驗，設(shè)想其他方法。有的學(xué)生想到：在單杠比賽中，運動員會在手掌上搓鎂粉來增大摩擦力，保證自身安全。還有的學(xué)生想到：自行車剎車靠增大壓力來使自行車減速。教師可以在贊賞學(xué)生的基礎(chǔ)上，鼓勵他們針對所提的問題進行猜想和假設(shè)。之后，教師再鼓勵學(xué)生通過實驗進行驗證。

（三）明晰實驗?zāi)繕?biāo)，設(shè)計實驗方案

實驗?zāi)繕?biāo)是實驗探究的導(dǎo)向，便于學(xué)生有針對性地設(shè)計實驗方案、動手操作、獲得數(shù)據(jù)進而分析論證。因此，在學(xué)生提出猜想和假設(shè)后，教師可以設(shè)置實驗?zāi)繕?biāo)，并引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案，推動實驗探究活動發(fā)展。

例如，在“科學(xué)探究：加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”

實驗探究過程中，教師可以在學(xué)生提出猜想和假設(shè)后，為學(xué)生設(shè)置實驗探究目標(biāo)——在物體質(zhì)量不變的情況下探究加速度與力的關(guān)系，在物體受力不變的情況下探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。教師可鼓勵學(xué)生閱讀、分析實驗?zāi)繕?biāo)，確定研究對象、實驗方法、實驗器材等，由此設(shè)計出實驗方案。大部分學(xué)生會發(fā)揮主觀能動性，邊閱讀邊思考，建構(gòu)獨特的認(rèn)知，并主動與小組成員進行交流，共享自主探究成果。在這一過程中，

各組成員會提出不同看法，制訂出不同的實驗方案。教師可以任意選取一個小組，鼓勵其展示實驗方案。如某小組制訂了如下實驗方案。

實驗器材：小木塊、一端帶有定滑輪的長木板、質(zhì)量已知的小車、紙帶、細繩、直尺、導(dǎo)線、打點計時器等。

實驗過程：在實驗裝置（如圖1）的基礎(chǔ)上，墊高木板，平衡摩擦力，此時小車所受到的合力是繩子的拉力，即砝碼和砝碼盤的重力。在小車運動過程中，利用打點計時器打出紙帶，得到加速度。在小車總質(zhì)量不變的情況下，增加或減少砝碼盤中的砝碼個數(shù)，探究a與F之間的關(guān)系；在砝碼和砝碼盤總量不變的情況下，增加或減少小車上的砝碼個數(shù)，探究a與m的關(guān)系。

在此過程中，教師可以鼓勵其他小組認(rèn)真思考，

指出實驗方案中存在的問題并提出完善建議。同時，其他小組也可以呈現(xiàn)不同的實驗方案。在全體學(xué)生的共同努力下，課堂上會出現(xiàn)不同的實驗方案。大部分學(xué)生通過認(rèn)真思考，相互交流經(jīng)驗，切實開闊了視野，這有利于他們積極地開展實驗操作。

（四）設(shè)置實驗任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生實驗操作

實驗操作是科學(xué)探究過程中最重要的一個環(huán)節(jié)，是學(xué)生獲取數(shù)據(jù)的直接方式。真實的實驗數(shù)據(jù)有助于學(xué)生通過實驗分析和論證得出正確的實驗結(jié)論[4]。一般情況下，教師可以在學(xué)生設(shè)計實驗方案后，為其設(shè)置實驗任務(wù)，驅(qū)動學(xué)生有目的地進行操作、觀察和思考。

例如，在學(xué)生合作設(shè)計出“科學(xué)探究：加速度與

力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗方案后，教師可以為學(xué)生設(shè)置如下實驗探究任務(wù)：任務(wù)一，根據(jù)本組實驗方案進行實驗操作；任務(wù)二，認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，從中提取實驗數(shù)據(jù)。在學(xué)生進行實驗操作的過程中，教師可以巡視課堂，細心觀察各組的操作情況，發(fā)現(xiàn)他們的操作問題，并耐心地進行指導(dǎo)，幫助各小組順利完成實驗，

獲取真實、可靠的實驗數(shù)據(jù)。

（五）教授適宜方法，推動學(xué)生分析論證

在學(xué)生獲得實驗數(shù)據(jù)后，他們需要對數(shù)據(jù)進行分析和論證。這時，教師需教給學(xué)生有效的分析、論證數(shù)據(jù)的方法，幫助學(xué)生獲得精準(zhǔn)的實驗結(jié)論。

例如，物理實驗探究過程中常用的有平均值法、列表法、作圖法等。平均值法是指通過多組實驗測得多組數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)算取平均值的處理方法，這種方法有利于縮小實驗誤差。列表法是指在實驗過程中將所獲得的數(shù)據(jù)列成表格，簡單清晰地呈現(xiàn)各個物理量之間的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)探尋不同物理量之間的關(guān)系。作圖法是指將實驗數(shù)據(jù)用折線斜率、圖形面積等方式直觀呈現(xiàn)實驗結(jié)果，這種方法有助于直觀、便捷地剔除錯誤數(shù)據(jù)，找出各個物理量之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。在教授學(xué)生方法的同時，教師可以引導(dǎo)他們采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM行數(shù)據(jù)分析和論證。例如，學(xué)生可以用平均值法來測量金屬的電阻率；可以用列表法來探究彈簧彈力與形變量的關(guān)系；可以用圖像法來探究功與速度的變化關(guān)系。

（六）結(jié)合實驗結(jié)果，指導(dǎo)學(xué)生評估交流

科學(xué)的實驗過程才能產(chǎn)生正確的實驗結(jié)果[5]。但是，實驗結(jié)果出現(xiàn)偏差也是不可避免的。教師與學(xué)生應(yīng)當(dāng)正確看待實驗偏差，因為它可以很好地反映實驗過程中存在的一些不足，幫助師生查漏補缺。教師可以在學(xué)生分析、論證數(shù)據(jù)之后，以具體的實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生對比預(yù)期的實驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)實驗結(jié)果偏差，并與小組成員一起回顧實驗過程，尋找問題并分析問題成因，從而有針對性地解決問題。

例如，在探究“滑動摩擦力與正壓力的關(guān)系”之后，各組成員在分析實驗數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差較大。基于此，教師可以提出任務(wù)：“請大家回顧整個實驗過程，分析實驗數(shù)據(jù)偏差較大的原因，是實驗方法操作不當(dāng)，還是實驗器材選用不當(dāng)，還是實驗分析方法不對……”在具體任務(wù)的指引下，大部分學(xué)生會回顧實驗操作過程，并主動與小組成員展開交流，提出自己的觀點，同時以實驗操作過程為著眼點，提出證據(jù)來驗證自己的發(fā)現(xiàn)，由此碰撞出思維火花，達成統(tǒng)一認(rèn)識，即實驗結(jié)果誤差偏大的原因是實驗方法不當(dāng)。隨后，各小組探究實驗方法不當(dāng)?shù)木唧w原因，從而改進實驗方法，并再次操作實驗，獲得實驗數(shù)據(jù)，分析、論證實驗結(jié)果。教師則可以搭建舞臺，鼓勵各組展示實驗過程和實驗數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出實驗結(jié)論。最后，教師可以概括總結(jié)實驗全過程及結(jié)果，助力學(xué)生進一步強化已有認(rèn)知。

三、結(jié)束語

綜上所述，“提出問題—猜測假設(shè)—設(shè)計實驗—操作實驗—獲得數(shù)據(jù)—分析論證—評估交流”是實驗探究的基本過程。在此過程中，學(xué)生可以通過親歷物理知識的探究過程，建立深刻的物理認(rèn)知，同時潛移默化地掌握物理實驗方法，積累物理實驗探究經(jīng)驗，發(fā)展科學(xué)探究核心素養(yǎng)。因此，高中物理教師應(yīng)當(dāng)高度重視物理實驗教學(xué)，并將其作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的“沃土”。在實施物理實驗教學(xué)時，教師要依據(jù)具體的實驗教學(xué)內(nèi)容，采用適當(dāng)?shù)牟呗砸龑?dǎo)學(xué)生逐步經(jīng)歷提出問題、猜測假設(shè)、設(shè)計實驗、操作實驗、獲得數(shù)據(jù)、分析論證、評估交流等各個環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供充分發(fā)展科學(xué)探究核心素養(yǎng)的機會。

參考文獻

時子豪，張石友.基于提升科學(xué)探究能力的高中物理實驗教學(xué)：以“觀察電容器的充放電現(xiàn)象”實驗教學(xué)為例[J].實驗教學(xué)與儀器，2023，40（9）：5-7.

王雅茜.基于科學(xué)探究能力培養(yǎng)的高中物理實驗教學(xué)策略研究[D].重慶：西南大學(xué)，2022.

萬忠義.基于科學(xué)探究能力培養(yǎng)的高中物理實驗合作學(xué)習(xí)探析[J].理科愛好者（教育教學(xué)），2021（4）：52-53.

陳文鑫.在高中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的案例研究[D].重慶：西南大學(xué)，2020.

鄭潔.在高中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的策略研究[D].重慶：西南大學(xué)，2020.

作者簡介：李雪蓉（1983.11-），女，福建南安人，

任教于福建省晉江市僑聲中學(xué)，一級教師，本科學(xué)歷，2021年晉江市教育系統(tǒng)優(yōu)秀黨員。