(福建省廈門第六中學(xué)，福建 廈門 361000)

《普通高中物理課程標準(2017年版)》中提出：高中物理課程注重體現(xiàn)物理學(xué)科的本質(zhì),培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)?？茖W(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方面,是物理學(xué)的靈魂,主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素,發(fā)展科學(xué)思維能力是物理教學(xué)的核心功能。物理實驗是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力的重要載體,既是創(chuàng)設(shè)物理情境的重要手段,更是科學(xué)探究的重要內(nèi)容。在物理教學(xué)中,設(shè)計有利于激活學(xué)生思維的物理實驗,引導(dǎo)學(xué)生提出問題和合理猜想、建立模型和設(shè)計方案、推理論證和歸納總結(jié),在真實問題探究中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。因此,在物理教學(xué)中優(yōu)化實驗設(shè)計,有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣,提高科學(xué)思維能力,充分發(fā)揮實驗的教育功能。本文以“自由落體運動”的教學(xué)為例，展示實驗教學(xué)設(shè)計。

1 課標要求分析

“自由落體運動”是必修1模塊中“機械運動與物理模型”主題下的內(nèi)容，課標的內(nèi)容要求為：“通過實驗,認識自由落體運動的規(guī)律。結(jié)合物理學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容,認識物理實驗與科學(xué)推理在物理研究中的作用?！盵1]通過實驗,即要學(xué)生體驗真實的實驗過程；認識規(guī)律,即要學(xué)生開展與自由落體運動聯(lián)系的思維活動,完成模型建構(gòu)、探究物理規(guī)律、實現(xiàn)遷移應(yīng)用。結(jié)合物理學(xué)史認識物理實驗與科學(xué)推理在物理研究中的作用,即要結(jié)合物理學(xué)發(fā)展過程中的關(guān)鍵事件,充分理解實驗探究和科學(xué)思維在物理學(xué)發(fā)展和社會進步過程中的巨大作用,在充分體驗和感悟中提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。[2][3]

2 教學(xué)實驗設(shè)計

2.1 豐富演示實驗內(nèi)容,增強學(xué)生模型建構(gòu)的體驗

在教學(xué)中通過豐富演示實驗內(nèi)容,以實驗創(chuàng)設(shè)真實情境,增強學(xué)生切身體驗,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷提出問題、合理猜想、收集證據(jù)、科學(xué)推理與論證,進而完成模型建構(gòu)。在學(xué)生的生活經(jīng)驗及原有的知識體系中,他們對落體運動已經(jīng)有了一定認知,雖然能意識到導(dǎo)致物體下落快慢不同的原因是阻力,但這種前概念與自由落體運動模型還存在一定的認知差距。通過創(chuàng)設(shè)以落體運動事實為基礎(chǔ)的實驗情境,對影響物體下落快慢因素進行探究,符合學(xué)生的認知邏輯,激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣,增強了他們的切身體驗,在體驗質(zhì)疑、反思領(lǐng)悟中完成自由落體運動模型的自主建構(gòu)。這樣的演示實驗設(shè)計拓展了學(xué)生的思考空間,推進了思維進階(表1)。

表1

2.2 簡化實驗數(shù)據(jù)分析,提升學(xué)生的科學(xué)論證與表達能力

課程標準的要求為：通過實驗,認識自由落體運動的規(guī)律。教材在關(guān)于自由落體運動規(guī)律的探究中寫道：“我們依然可用打點計時器或頻閃照相進行探究”，顯然定量探究自由落體運動規(guī)律是重點。在課堂教學(xué)中利用紙帶和打點計時器，對重錘自由下落的運動進行實驗探究,數(shù)據(jù)處理過程較為對復(fù)雜、耗時較多。利用Excel軟件的自動計算和作圖功能,在實驗數(shù)據(jù)的分析和處理中,引導(dǎo)學(xué)生利用勻變速直線運動規(guī)律,分析數(shù)據(jù),剔除其中誤差較大的數(shù)據(jù)，運用圖像來探究自由落體運動的規(guī)律,深化他們對物理圖像的理解和應(yīng)用,提升他們運用圖像表達物理規(guī)律的能力和科學(xué)論證能力，具體探究實驗設(shè)計如表2所示。

2.3 對實驗過程進行反思,養(yǎng)成質(zhì)疑創(chuàng)新之習(xí)慣

物理教學(xué)中的實驗探究絕不僅僅是為了得到實驗結(jié)果,總結(jié)物理規(guī)律，實驗探究更重要的功能應(yīng)該通過實驗，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維能力。引導(dǎo)學(xué)生對實驗方法、實驗過程、實驗結(jié)果進行必要的反思,在反思中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,進而思考解決問題的方法,養(yǎng)成學(xué)生敢質(zhì)疑、善質(zhì)疑、能質(zhì)疑的思維習(xí)慣,在不斷的反思和質(zhì)疑中培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維能力，設(shè)計的實驗反思方案如表3所示。

2.4 重演史上經(jīng)典實驗,感悟思想方法之精妙

伽利略對自由落體運動的研究思路可以概括為：發(fā)現(xiàn)問題→提出猜想→數(shù)學(xué)推理→實驗驗證→合理外推→得出結(jié)論,創(chuàng)立了把科學(xué)受控實驗與數(shù)學(xué)、邏輯推理結(jié)合起來的科學(xué)研究方法，愛因斯坦對此作了高度評價：“伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標志著物理學(xué)的真正開端?！苯滩闹袑ⅰ白杂陕潴w運動規(guī)律探索回眸”安排在自由落體運動規(guī)律的學(xué)習(xí)之后,這樣的回溯有何意義？很顯然,教材這樣設(shè)計的目的不再是對運動規(guī)律的探索,而是要讓學(xué)生置身于伽利略所處的歷史年代,通過重演和經(jīng)歷研究過程中的關(guān)鍵實驗,讓學(xué)生深刻思考并感悟其中科學(xué)思想方法的精妙之處,反思科學(xué)研究方法的價值和意義,學(xué)習(xí)科學(xué)家的求知和探索精神，[2]對自由落體研究歷史回眸的教學(xué)設(shè)計如表4所示。

表3

表4

3 結(jié)語

高中物理實驗不僅僅只是操作或者得到實驗結(jié)論,應(yīng)更多關(guān)注實驗過程中的問題的處理和實驗的設(shè)計、改進、分析。在物理實驗教學(xué)中也不應(yīng)該片面追求運用技術(shù)手段提高實驗結(jié)果的準確性,更重要的是在實驗過程中發(fā)揮科學(xué)思維的力量,感悟科學(xué)思維方法的精妙。通過優(yōu)化物理課堂教學(xué)中的實驗設(shè)計,引領(lǐng)學(xué)生感悟?qū)嶒?、體驗實驗、反思實驗、評價實驗,領(lǐng)會實驗設(shè)計的內(nèi)在意義,感悟?qū)嶒炋骄康乃枷牒头椒?讓課堂物理實驗成為物理問題和物理思維的載體,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力,提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。[4]