摘? ?要? ?以物理核心素養(yǎng)為核心，再認識物理實驗中觀察引導(dǎo)的作用和價值、實驗過程與學生核心素養(yǎng)的聯(lián)系、實驗中科學方法顯化的教學，基于此挖掘和延伸演示實驗的功能，充分發(fā)揮探究性實驗的過程價值。

關(guān)鍵詞? ?物理核心素養(yǎng)? 高中? 物理實驗

一、物理核心素養(yǎng)內(nèi)涵

2017年版《普通高中物理課程標準修訂稿（征求意見稿）》指出：物理核心素養(yǎng)是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學生通過物理學習內(nèi)化的帶有物理學科特性的品質(zhì)[1]。簡而言之，物理核心素養(yǎng)是物理學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生科學素養(yǎng)的重要組成部分。

1.物理觀念

物理觀念是關(guān)于物質(zhì)、運動與相互作用、能量等的基本認識，是物理核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)[1]。物理觀念不僅是以物理知識為實體的概念、規(guī)律和物質(zhì)觀、能量觀、運動觀，它更指物理知識的內(nèi)化，從物理學的視角形成對物質(zhì)、運動、能量守恒、相互作用等知識的認識與理解，進而在實際問題的解決過程中體現(xiàn)。為此，在理解和發(fā)展“物理觀念”核心素養(yǎng)要素時，注重學生認識問題、理解知識的物理視角，引導(dǎo)學生經(jīng)歷科學、正確的知識內(nèi)化，重視問題解決過程中學生對物理觀念的運用就更為關(guān)鍵。

2.科學思維

在物理核心素養(yǎng)中，科學思維不僅是學生在認識和解決物理問題時采用的方式、方法，也是在實際問題的認識和解決過程中對思維方法的內(nèi)化以及學生思考問題時的思維心向和品質(zhì)?；诖耍诶斫狻翱茖W思維”時應(yīng)該把握好其三個層面的基本內(nèi)容：其一，科學思維的特征。精確與近似統(tǒng)一、抽象與形象統(tǒng)一是科學思維的基本特征，這兩個統(tǒng)一在物理中是常見的。如物理運算中數(shù)學公式的近似處理，研究物理問題涉及到的理想模型，就是在一定條件下對具體研究對象進行抽象的處理。其二，科學思維的基本形式。常見的可分為抽象思維、形象思維、直接思維等。在物理學習中學生需要在面對具體問題時具備從多個角度來分析的思維傾向與行動自覺，這樣才能形成對事物個體、事物之間立體、完整的認識。其三，科學思維的基本方法。主要有分析綜合、抽象概括、比較與分類、邏輯推理等。在物理核心素養(yǎng)視角下，“科學思維”的內(nèi)容還包括模型建構(gòu)、理想化方法、推理論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等。

3.科學探究

科學探究是通過問題提出、猜想假設(shè)、信息獲取與處理、得出結(jié)論、陳述交流、反思評價等一系列過程最終獲取科學知識的主要方法。在中學物理課程中主要以“探究性實驗”為載體，培養(yǎng)學生科學探究的能力?；诖耍瑥娬{(diào)以下幾點在理解“科學探究”中容易忽視的內(nèi)容：其一，在科學探究結(jié)論中形成的知識在一定階段是正確的。隨著科學探究的深入，這個結(jié)論可能被擴展和完善，也可能發(fā)生截然相反的變化。其二，科學探究的過程價值，重視探究過程中學生對科學方法的學習以及各項探究能力的發(fā)展。其三，在“科學探究”過程中保持有效的表達和交流。如實驗在小組合作模式下進行，這是提升科學探究質(zhì)量和效率的關(guān)鍵，也是促使學生獲得科學探究素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。

4.科學態(tài)度與責任

相比三維課程目標中的“情感態(tài)度與價值觀”，“科學態(tài)度與責任”素養(yǎng)加入了科學本質(zhì)、社會責任方面的內(nèi)容，同時對科學態(tài)度做了更為豐富的闡述和要求，強調(diào)對科學知識的理解。讓學生認同并理解科學是可變的事實，作為認識世界的方式之一科學不可能解決所有問題，也不能為所有問題提供完整的答案，科學知識的正確性受諸多客觀條件的限制，在一定時間范圍內(nèi)科學知識保持相對穩(wěn)定[2]?？茖W研究本質(zhì)、科學事業(yè)本質(zhì)兩個層面內(nèi)容則更宜于結(jié)合該核心素養(yǎng)中“科學態(tài)度”與“社會責任”進行理解。這樣就能把科學研究與研究者需具備的態(tài)度、品質(zhì)緊密聯(lián)系起來。

二、物理核心素養(yǎng)視角下的物理實驗

1.物理實驗中的觀察與引導(dǎo)

實驗中學生通過感官、憑借實驗儀器設(shè)備收集有關(guān)物理現(xiàn)象和數(shù)據(jù)時就是在做觀察。在科學研究里實驗觀察講究真實、準確，即如實反映所感知的事物。而在中學物理教學或是實驗探究中實驗觀察與教師設(shè)置的觀察目標聯(lián)系得更為緊密，課堂中不乏類似于“抓住與觀察目標有關(guān)的主要內(nèi)容”的觀察引導(dǎo)，在有限的課堂時間里，這種有目的的觀察引導(dǎo)有助于學生正確獲得觀察對象的有關(guān)信息和準確結(jié)果，但過于強調(diào)“引導(dǎo)”容易造成依賴的心理和獨立觀察能力不足的現(xiàn)象。如，沒有老師的“指示”不知從何處著手觀察，懷疑自己所觀察到的現(xiàn)象是否“正確”等。在這種過于強調(diào)目的和“引導(dǎo)”的實驗觀察里容易對學生實驗觀察能力的形成造成負面的影響。

物理教學從各種實驗中培養(yǎng)學生的科學觀察能力，這種能力既是物理核心素養(yǎng)中科學探究、科學態(tài)度的具體表現(xiàn)，又是構(gòu)建學生核心素養(yǎng)發(fā)展實踐框架的基礎(chǔ)。因此，教師應(yīng)該把這項能力的培養(yǎng)從簡單的追求教學效率、輔助知識獲取的思維定勢和價值取向中跳脫出來。允許學生在實驗觀察中有可能的失誤，但要和學生強調(diào)觀察中客觀嚴謹、全面細致的重要性。留意并糾正學生只觀察既定目標的有關(guān)現(xiàn)象，或只觀察一些現(xiàn)象來印證自己觀點的行為。

2.物理實驗過程

以實驗為基礎(chǔ)是物理教學的基本觀點。但認識并發(fā)揮“實驗過程”的價值和功能卻存在著理論與實踐的差異。在物理教學過程中，實驗?zāi)転閷W生提供符合認識物理規(guī)律的環(huán)境，培養(yǎng)學生手腦并用的能力，能幫助學生掌握基本的科學方法，形成穩(wěn)定、持久的科學態(tài)度、科學精神等。這些能力、方法、品質(zhì)的形成與實驗過程相伴而行，密不可分。但在實踐中，實驗結(jié)果是否“正確”被放在了更重要的位置上，從而忽略了學生在實驗過程中的體驗以及實驗經(jīng)驗的積累。

在物理教學中，對實驗過程的認識與定位應(yīng)放在以培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)為目標的追求上。以探究性實驗為例，一個完整的實驗包括提出問題、猜想與假設(shè)、實驗設(shè)計、實驗操作與數(shù)據(jù)記錄、得出結(jié)論、分析論證、評價與交流。實驗結(jié)果只是實驗數(shù)據(jù)的記錄與轉(zhuǎn)換，嚴格意義上它甚至不能等于實驗結(jié)論，只是在實際教學中，實驗結(jié)論的內(nèi)涵與意義常被簡化并等同于實驗結(jié)果[3]。重視和發(fā)揮實驗過程的作用需要對實驗的每一個環(huán)節(jié)有具體的要求和評價，以實驗問題的提出環(huán)節(jié)為例，問題要探究的是從現(xiàn)象中尋找特征，還是找出不同現(xiàn)象的特征之間的聯(lián)系，或是推斷實驗中一個變量如何對另一個變量產(chǎn)生影響。判斷學生的猜想與假設(shè)是否合理，引導(dǎo)學生從自己提出的問題中得出假設(shè)，等等。

3.物理實驗教學中科學方法的顯化

科學課程整體上是由科學知識和科學方法組成的，通過科學方法揭示科學知識的獲取與運用過程，并對科學知識在科學技術(shù)發(fā)展中的作用進行解讀，有助于學生智力發(fā)展與知識體系構(gòu)建之間的平行與同步?！墩n標》針對學科特征提出“科學思維”的素養(yǎng)要求，并在其中指出學習物理應(yīng)具備的“分析綜合、抽象概括、比較與分類、邏輯推理等”科學方法。

物理實驗作為學生學習物理的一種基本方法和途徑，有利于物理科學方法教育的融入和滲透。以“歐敏定律”的教學為例，實驗設(shè)計步驟如下：如何研究問題（實驗法）→如何實驗（控制變量法）→如何分析實驗數(shù)據(jù)（圖像法）→如何得出定律表達式（經(jīng)驗公式法）[3]。從上述過程可以看出科學方法已經(jīng)體現(xiàn)在知識認知的過程中，但在這個過程中學生對科學方法的感悟一般是零星的、非連續(xù)的，因此這就需要教師有意識地在實驗中將其顯化。在科學方法顯化的實驗教學中，教師引導(dǎo)學生分析選擇合理的科學方法，同時闡明所采用的科學方法的名稱、內(nèi)涵、使用條件，這樣學生在學習知識與方法就不在是孤立的散點，而是由具有一定線索的路徑和邏輯構(gòu)成[4]。需要注意的是在科學方法顯化的實驗教學中方法的傳授與思維方法的融合極為重要，重視學生在實驗過程中思維體驗與訓練才能將科學方法內(nèi)化到個體的認知結(jié)構(gòu)中，形成借助科學方法獲取科學知識的心理定勢。

三、物理實驗促進核心素養(yǎng)發(fā)展的探索

1.演示實驗的功能演化與延伸

演示實驗通常由教師在課堂上結(jié)合教學內(nèi)容進行。通過演示實驗引入教學，同時可以指導(dǎo)學生觀察和分析物理現(xiàn)象，獲得生動的感性認識，從而更好地理解和掌握物理概念和定律，演示實驗不應(yīng)該僅是教學引入的條件和附庸。

在高中物理《光的反射與折射》中，常見這樣類似的演示實驗情景：“在一個空燒杯中放置一支筷子，透過燒杯觀察筷子，然后在燒杯中加入一定量的水，此時，再透過燒杯觀察筷子。”在這個演示實驗中，學生幾乎給出相同的觀察結(jié)果——筷子“折斷”了。教師得到和預(yù)設(shè)一致的回答，順勢引出折射的概念，進而進入到下一個教學環(huán)節(jié)，該演示實驗就此完成了它所有的“使命”。事實上這個演示實驗原本有更為豐富的實驗現(xiàn)象：其一，觀察放置在空燒杯中的筷子，置于燒杯內(nèi)那部分筷子實際上會比漏在燒杯外的部分粗。其二，觀察逐漸向燒杯加水的過程，水位不同，觀察到的折射現(xiàn)象也有差別。當水較淺時，杯中筷子折斷下端向左;當水適中時，上下兩段筷子連接在一起;當水較深時，筷子折斷向右。這些有變化和差異的“折射”現(xiàn)象雖然對于初學者具有一定難度，但是卻可以將其作為折射知識學習的課后拓展，引導(dǎo)學生深入探究物理現(xiàn)象，運用物理知識。

2.發(fā)揮探究性實驗過程的價值

從探究性實驗過程和實驗要素來看，它具有與自然科學探究相似的實驗特征。兩者都遵循一定的程序，采用有秩序的和可重復(fù)的過程，運用邏輯框架做解釋和預(yù)測，其目的都表現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)并描述事物之間的關(guān)系[4]。據(jù)此，我們可以認為它在培養(yǎng)和構(gòu)建學生物理核心素養(yǎng)上有著天然的優(yōu)勢，它應(yīng)該能從科學觀念、科學思維、科學操作等多個層面讓學生有切身的認識和體驗，而不僅僅是獲得關(guān)于這些問題的標準答案和缺乏系統(tǒng)、規(guī)范的操作過程。

以探究性實驗“實驗設(shè)計”環(huán)節(jié)的應(yīng)用為例，在這個過程中讓學生主動參與、積極思考實驗設(shè)計中如何把課本知識與科學方法和思維的運用聯(lián)系起來。其一，探究過程的描述。這是在進行探究性實驗設(shè)計中要做的第一件事，學生只有在這個基礎(chǔ)上才能進一步有根據(jù)地思考實驗需要做哪些設(shè)計？應(yīng)該觀察什么？做哪些測量？何如測量？其二，識別變量。變量是科學探究中將會改變的事物的特征。明確實驗中的獨立變量（在實驗中可以有目的地改變）和非獨立變量（隨實驗條件的變化而改變）是幫助學生提升實驗設(shè)計能力的首要內(nèi)容。探究性實驗內(nèi)容會隨著問題的不同而變化，但是辨別出問題中的變量卻是有法可循的。其三，操作性定義變量。這是做科學探究最重要的一部分，清楚地定義變量能讓別人明白你在做什么研究，同時也有助于別人復(fù)核實驗，看在相同的條件下是否能得到相同的結(jié)果[4]。在探究性實驗設(shè)計中，以上所列三點注重的是科學方法的顯化以及學生在實驗過程中的學習。

3.基于生活的探索性實驗的啟發(fā)

在挖掘探索性實驗過程中側(cè)重從學生已有的知識體系出發(fā)，緊密聯(lián)系生活中的物理經(jīng)驗、自然現(xiàn)象或物理課本中的拓展知識，注重實驗題目新穎與適度之間的平衡。例如，以自然現(xiàn)象為選題來源的“陽光透過樹蔭成像的探究”。提到這個現(xiàn)象學生第一反應(yīng)就是物理中的小孔成像。但是，學生卻很少去思考樹蔭下這些圓形的光斑和非圓形光斑是怎樣形成的。實驗中讓學生觀察現(xiàn)象，描述觀察到的現(xiàn)象，而后引導(dǎo)學生提出具有探究價值的問題，如：探究樹蔭形成圓形光斑和非圓形光斑的原因和條件，思考在日環(huán)食的自然現(xiàn)象下，這些光斑是否會發(fā)生變化，嘗試用實驗結(jié)論測太陽的直徑。在上述探索性實驗中，學生通過觀察、描述現(xiàn)象進而提出有價值的探究問題，在主動探究中將科學方法和科學思維進行合理的運用，體會探究和知識之間的關(guān)系，從而真正做到把物理知識與科學方法以及科學本質(zhì)的學習融合起來，在有意義的實驗過程中實現(xiàn)物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

參考文獻

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[2] 胡衛(wèi)平.物理學科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵與表現(xiàn)[J].中學物理教學參考，2017，46（8）.

[3] 邢紅軍.物理教學論[M].北京：北京大學出版社，2015.

[4] 張軍鵬，許桂清.中學物理科學探究學習評價與案例[M].北京：北京大學出版社，2010.

[作者：羅潔（1986-），女，云南昆明人，西華師范大學物理與空間科學學院，講師，碩士。]

【責任編輯? 孫曉雯】