陳麗琴

摘 要：本文概述了物理學(xué)科核心素養(yǎng)視域下通過創(chuàng)新物理實驗，提高教學(xué)有效性，落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。教師通過創(chuàng)新實驗、自制教具、模擬實驗及引導(dǎo)學(xué)生自創(chuàng)實驗等途徑，創(chuàng)設(shè)問題情境，幫助學(xué)生形成物理觀念、增強科學(xué)探究能力、發(fā)展科學(xué)態(tài)度與責(zé)任、培養(yǎng)創(chuàng)新意識，進一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實驗；教學(xué)；創(chuàng)新；物理學(xué)科核心素養(yǎng)

引言

2017年修訂的《普通高中物理課程標準》指出“物理學(xué)是基于觀察與實驗，建構(gòu)物理模型，應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的研究方法和理論體系”[ 1 ]，充分肯定了物理實驗在物理教學(xué)乃至物理學(xué)中的重要作用。在物理教學(xué)中，實驗不僅可以使學(xué)生形象地認識物理現(xiàn)象，理解物理規(guī)律，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，而且有助于提高學(xué)生觀察、探索、思維和實踐等能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。但在實際教學(xué)過程中，許多教師受制于實驗器材不便或不足，往往局限于教材的實驗操作，無法有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)和探究意愿，導(dǎo)致物理實驗教學(xué)效果不夠理想。因此無法實現(xiàn)高中物理課程 “旨在落實立德樹人的根本任務(wù)，進一步提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進的人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會的發(fā)展” [ 1 ]的目標。

提高物理實驗教學(xué)有效性，提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)，需要不斷創(chuàng)新物理實驗，開發(fā)利用物理實驗資源，實現(xiàn)課程 “引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，體會科學(xué)研究方法，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力” [ 1 ]目標。創(chuàng)新物理實驗應(yīng)圍繞發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)，形成和發(fā)展學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。在具體的物理實驗教學(xué)過程中，可以從以下途徑創(chuàng)新物理實驗教學(xué)，落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 創(chuàng)新實驗，設(shè)置問題情境，形成物理觀念

物理觀念是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華[ 1 ]，是對物理現(xiàn)象規(guī)律的理論認識，具有抽象化、不容易理解和掌握的特點。如果按照常規(guī)教學(xué)方法，直接介紹物理概念和規(guī)律，學(xué)生不明就里，聽得稀里糊涂，死記硬背，喪失學(xué)習(xí)興趣，難以達到形成物理觀念和培養(yǎng)科學(xué)思維的目的。教師通過創(chuàng)新.設(shè)計富有生活氣息和切合學(xué)生實際的物理實驗，吸引學(xué)生，激發(fā)疑問，教師因勢誘導(dǎo)，把學(xué)生心里的問題進一步深化，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，結(jié)合學(xué)生思考回答，在潛移默化之中，把深奧難懂的物理理論深入淺出，以直觀形象的方式展開，便于學(xué)生理解。學(xué)生在實驗觀察和積極的思考探究中，不再是物理概念和規(guī)律被動的接受者，而是物理概念和規(guī)律的主動獲得者。他們感受到了學(xué)習(xí)的樂趣和思考探究的快樂。教師不僅有效地達成了物理知識的講授，更主要是培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

以“自由落體運動”教學(xué)為例，教師先請幾個學(xué)生做“手指夾百元大鈔”游戲，結(jié)果沒有一個學(xué)生夾到，學(xué)生當(dāng)時就很好奇，眼看快夾住的錢為什么夾不到呢？然后順水推舟：是不是大家的反應(yīng)慢呢？接著把全班學(xué)生每兩人分成一組，每組分發(fā)一把量程為30cm的尺子，讓他們相互測量自己的反應(yīng)時間。在科技高速發(fā)展的今天，很多行業(yè)都需要反應(yīng)敏捷的人，學(xué)生頓時有了興趣，連平時不聽課的學(xué)生也認真起來，有想進一步探究的欲望，課堂效果非常好。通過簡單的實驗，讓學(xué)生切身體會運動的快慢，進一步加深運動觀念，對后面探究自由落體規(guī)律起了很好的鋪墊，有效地落實物理觀念的核心要素。

物理實驗的現(xiàn)象本身具有生動、新奇、形象等特點，對學(xué)生有極大的吸引力，容易引起學(xué)生的注意，可以使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣。教師如果在課堂上做一些新奇、有趣的實驗，創(chuàng)設(shè)問題情境，能使課堂教學(xué)產(chǎn)生巨大的吸引力，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，積極思考，形成物理觀念。

2 自制教具，解決疑難問題，增強科學(xué)探究能力

通過實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)和提出問題，收集選擇有用信息，結(jié)合物理概念和規(guī)律，基于證據(jù)和邏輯對問題作出合理解釋，準確表述問題，以及提高對實驗探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力。這一過程可以不斷地增強學(xué)生的科學(xué)探究能力。

以“力的合成”一課“討論與交流”為例，通常會用數(shù)學(xué)知識（余弦定理）來分析，得出結(jié)論：合力的大小隨兩個分力（大小不變）夾角的增大而減小。很多數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生聽到運用數(shù)學(xué)知識來解決物理問題頭就疼。筆者當(dāng)時就設(shè)計了一個實驗，更直觀地展示這個結(jié)論。設(shè)計這個實驗的靈感來源于 “力的合成演示器”（如圖1所示），改進這個演示器的使用方法能夠有效地展示兩個分力大小不變時合力大小與夾角大小的變化關(guān)系（如圖2所示），實驗操作具體如下：

把兩個定滑輪固定在木板上，細繩繞過滑輪，繩的兩端掛鉤碼。（1）在繩的兩端分別掛三個、四個鉤碼，用彈簧稱拉住結(jié)點，緩慢下移。（2）結(jié)點在下移過程中，使其在不同的位置靜止一會兒，讓學(xué)生觀察細繩夾角的變化、彈簧稱讀數(shù)的變化。比較數(shù)據(jù)就可得出合力的大小隨兩個分力（大小不變）夾角的增大而減小的變化關(guān)系。

這個實驗的器材實驗室可找到，操作也簡單，實驗現(xiàn)象明顯，教學(xué)效果良好。教師如果多設(shè)計演示自制實驗，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決學(xué)生學(xué)習(xí)疑難點，而且增強學(xué)生科學(xué)探究能力，在實驗中觀察和思考，積極探究，合作交流，把具體實驗數(shù)據(jù)進行科學(xué)推理和科學(xué)論證，得出結(jié)論。

3 創(chuàng)新模擬實驗，端正科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

通過簡單的實驗，把物理知識應(yīng)用于實際生活中，讓學(xué)生感到學(xué)以致用，形成對科學(xué)技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感。

以“光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用”教學(xué)為例，如果教師直接講授光導(dǎo)纖維的內(nèi)容，學(xué)生只知道結(jié)論，無法提起上課的興趣，思維無法展開，更談不上學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。但教師通過精心設(shè)計實驗，利用光照射從礦泉水瓶和彎曲的吸管流出的水產(chǎn)生的現(xiàn)象，模擬“丁達爾實驗”。教師利用生活中的廢舊材料，創(chuàng)新物理實驗，首先在礦泉水瓶下端的側(cè)壁開一小孔，插入一小段彎曲的吸管，并用膠粘好。瓶內(nèi)裝滿清水后，一股水流便從吸管中射出。把激光筆對準礦泉水瓶下端的吸管小孔發(fā)光，然后用手指擋在彎曲吸管另一端的水柱時，手指上出現(xiàn)了明亮的紅斑。

學(xué)生在興致勃勃的觀察了新的物理實驗，看到光線居然從彎曲的流著水的吸管中出來，立即產(chǎn)生疑問：光線不是直線傳播嗎？為什么手指處會有紅斑呢？激光筆的光束為什么會沿著彎曲的水柱傳播呢？由此誘發(fā)學(xué)生的探究欲望，集中學(xué)生的注意力。進而再探討其原理，學(xué)生會不由自主地聯(lián)想到前面學(xué)過的光的全反射原理。然后趁熱打鐵提出：光沿著彎曲的水柱傳播這個現(xiàn)象在實際中能有什么作用？進而展開光纖應(yīng)用的教學(xué)，強化學(xué)生應(yīng)用物理知識的意識，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的正確態(tài)度和造福人類的責(zé)任感。

4 引導(dǎo)學(xué)生自創(chuàng)實驗，提升科學(xué)思維能力

物理實驗分為驗證性實驗和探索性實驗。驗證性實驗為了證明物理概念和物理規(guī)律的準確性，一方面有利于課堂教學(xué)，幫助學(xué)生理解和掌握知識，另一方面不利于發(fā)揮學(xué)生主體性和創(chuàng)造性，不利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法和態(tài)度，也不利于培養(yǎng)學(xué)生主動探索物理規(guī)律的實踐能力。而探索性實驗是由學(xué)生根據(jù)問題自主設(shè)計實驗方案，主動探究問題獲取知識的過程。它有利于學(xué)生形成獨立思考意識、主動探究能力和實踐能力，獲得物理實驗研究的方法，為進一步創(chuàng)造、創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。因此在教學(xué)中教師可以通過鼓勵學(xué)生思考不同實驗方案，引導(dǎo)學(xué)生把驗證性的實驗轉(zhuǎn)變?yōu)樘剿餍缘膶嶒灐熒踊蛏ブ?，制作?chuàng)新實驗器材演示，實現(xiàn)學(xué)生成就感和價值感。教師也可以把作業(yè)作為出發(fā)點，布置學(xué)生自己設(shè)計簡單的實驗。

以“重力與重心”教學(xué)為例，教師布置影響穩(wěn)度大小因素課后作業(yè)，啟發(fā)學(xué)生用控制變量法設(shè)計一種演示器，利用控制變量法進行探究此結(jié)論。一位學(xué)生設(shè)計了利用胡蘿卜和膠水瓶蓋子制作實驗：（1）膠水瓶蓋子上插一根插著半根胡蘿卜的細長竹簽，當(dāng)把胡蘿卜下移到瓶口附近，器材較穩(wěn)定，要它傾倒不太容易。如果把胡蘿卜移到竹簽的頂部，它就很不穩(wěn)定，一碰就要跌倒，因此得出結(jié)論：支持面不變時，重心越高，穩(wěn)度就越差。（2）把胡蘿卜移到竹簽的頂部，器材一推就倒。用一塊底面較大的中間挖一小孔的泡沫薄塑料上插入器材，這時瓶子的底面積增加，瓶子不容易倒。因此得出結(jié)論：重心高度不變時，支持面越大，穩(wěn)度就越好。這個課后探究性實驗，學(xué)生要思考用控制變量法做到如何控制支持面不變改變重心；重心不變改變支持面；選用什么材料容易做到等問題。這不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力，而且還提升學(xué)生的科學(xué)思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

5 結(jié)束語

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實驗在物理教學(xué)中具有十分重要的作用。作為一名物理教師，應(yīng)該把實驗帶入物理課堂，有效地為物理教學(xué)服務(wù)，使學(xué)生形成的物理觀念和科學(xué)思維便于分析和解決問題，提高探究能力，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。只有加強自身的素養(yǎng)，不斷實踐，才能讓實驗更好地為教學(xué)服務(wù)，才能有效地發(fā)展物理學(xué)科核心素養(yǎng)[ 1 ]。實踐的路還很長，需要我們不斷地探究，當(dāng)我們用心去領(lǐng)悟、用汗水去實踐后，收獲自然會是豐碩的。

創(chuàng)新，永遠在路上。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.