物理实验创新教学 培养学生核心素养
物理实验创新教学 培养学生核心素养
卞 望 来
(江苏省南菁高级中学，江苏 江阴 214437)
摘 要：物理实验教学需要创新，可以从求真、求异、求变和求活四个方面进行创新实验教学。物理实验创新教学要突破教学重点、难点；要适应时代的需要，培养新时代高素质的人才；最终要培养学生的核心素养，即培养学生物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。
关键词：物理，实验创新教学，核心素养
物理是一门以实验为基础的自然学科。物理实验主要有演示实验和学生实验。物理实验教学需要创新，“新”要要有针对性，要能突破重点、难点；要适应时代的需要，培养新时代高素质的人才。因此，我们倡导物理实验创新教学，这有利于培养学生的核心素养。2017年版《普通高中物理课程标准》提出学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科核心素养主要有：物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任。下面就实验创新教学4个方面来阐述培养学生的核心素养。
1、 实验创新教学贵在求真
物理实验创新教学最重要的是真实，能反应物理真实过程，能帮助学生解决物理问题，为学生建立真实的物理观念打下良好的基础。物理观念就是从物理视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识；是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华；是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。物理观念来源于物理知识，是对物理知识提炼升华的产物，又给予物理知识一定的能去性和灵活性。
教学案例（1）：在“传感器及其工作原理”教学中，由于传感器对于中学生来说既熟悉又陌生，熟悉的是在日常生活中经常碰到以传感器为核心制作的遥控器，陌生的是对这些器件原理讲不清。在教学中，教师要激发学生学习的兴趣，充分考虑学生的心理情况、学习基础，树立学生是学习的主体意识。因此在本课教学中按四个方面设计。 = 1 \* GB3 ①先播放美国“勇气号”火星探测器视频，再通过一个演示实验，让学生了解干簧管的作用和工作原理，由此对传感器概念进行总结。 = 2 \* GB3 ②设计三个学生实验：探究光敏电阻与光强的关系；探究热敏电阻与温度的关系；探究金属热电阻与温度的关系。特别是热敏电阻与金属热电阻，相同温度变化而电阻变化截然不同，让学生在实验中体验，让学生产生认知冲突。实验前，教师与学生一起讨论，多用电表的使用和三种电路的联接，电路如下图所示。实验结束，教师要让学生有充分时间交流实验结果，比较三种敏感元件的特性。 = 3 \* GB3 ③从自然科学的自身规律、学生的认知
欧姆表 |
Ω |
光敏电阻 |
Ω |
欧姆表 |
热敏电阻热敏电阻 |
图1 图2 图3
规律出发，加强师生间的互动教学，提高课堂的民主意识，为理解霍尔元件，先从元件材料与结构入手，让学生推导霍尔电压的表达式，并讨论霍尔电压与什么因素有关，最后通过DIS实验验证结果。这样的教学设计给学生留下了深刻的印象。 = 4 \* GB3 ④在总结本节课所学内容基础上，提出一个设计问题：请同学们利用电源、光敏电阻、干簧管、线圈和电动机等电器元件设计一个光控车库门装置的电路图，并请说出其工作原理。 图4
解析：首先让学生充分讨论并交流设计电路，然后师生共同归纳，最后教师作出电路图(如图4所示)，并用设计好的真实实验电路进行演示，做到学以致用，让学生有一种获得感和成就感，自动控制其实我们也可以做，收到了非常好的教学效果。
2、 实验创新教学贵在求异
物理实验创新教学就是打破常规，在实验形式上不同寻常，在实验现象上出人意料，能引起学生的震撼。从物理现象入手，推断物理规律，从而培养学生的科学思维。而科学思维正是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式；是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理认证等方法在科学领域的具体运用。
教学案例（2）：在“闭合电路的欧姆定律”的教学中，了解并测定电源的内阻是其中的一个难点。常见的新课引入是：将3节1.5V的旧电池串联成一个电池组，用电压表测该电池组两极间的电压为3.8V，然后用一额定电压为2.5V的小灯泡接入如图5所示的电路中，此时电键断开。教师问，闭合电键，小灯泡会怎样？闭合电键，发现小灯泡并没有烧坏，反
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图5 图6
而发光很暗，由此激发了学生强烈的好奇心。该实验的不足之处在于：该效果不够突出。实验虽引起猜测小灯泡会烧坏的学生的认知冲突，但没有给予猜测小灯泡会发出很亮的光的学生以对照。为克服上述实验的不足之处，笔者设计了如下改进实验，如图6所示，有二个回路，一个回路是小灯泡（额定电压3V，下同）、电键S1、二节干电池；另一个回路是小灯泡、电键S2、四节干电池和小电阻（小电阻隐藏在电池底部），二回路共用一个小灯泡。简要介绍实验电路，教师先闭合电键S1，小灯泡发出明亮的光，断开电键S1。教师提问，如果闭合电键S2，小灯泡会怎样？学生会说变得更亮或说被烧坏。闭合电键S2，发现小灯泡变暗了。实验优点：实验不同更能引起学生强烈的认知冲突，由于实验现象明显差异加深了教学效果；实验现象分析也为后面探究路端电压与负载的关系埋下伏笔；这样改进实验可直接将问题指向电源的内阻，方便了教学内容的展开和学生的理解。
3、 实验创新教学贵在求变
实验创新教学还可从实验形式、实验器材的变化入手。变演示实验为学生实验，培养学生的动手能力；变指定实验器材为学生自主选择实验器材，增强学生实验的主动性；在平时实验教学中，教师还可根据教学内容适当增加书上没有的实验，以增强实验的挑战性。通过这样的实验教学安排，增强了学生的实验能力，培养学生科学探究的理论分析能力和拓展性推理能力，为学生构建知识、形成科学概念打下基础。“科学探究”是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。
教学案例（3）：在“探究电磁感应的产生条件”的教学中，本节属于电磁感应的基础课，主要是让学生在实验探究的基础上，从理论的高度分析和掌握电磁感应的概念和产生条件，为后继教学中对电磁感应规律的研究打下良好的实验基础和理论基础。由于学生对产生电磁感应的根本原因还缺乏全面的和理性的认识，因此教师设计4组实验从不同角度引导学生探究电磁感应的产生条件。这4组实验是，①电流表、磁铁、线圈、导线；②电流表、磁铁、导体棒、导线；③电流表、A线圈和B线圈、 电源、滑动变阻器、电键、导线；④电流表、线圈。如下图所示，实验由学生自主选择，实验前，教师与学生一起讨论如何使各组实验产生感应电流，然后让学生做实验，并偿试产生感应电流有几种方法，让学生分析这几种现象，并交流各组想法，最终得出产生感应电流的条件。实验优点：由于实验由学生选择给了学生很大的自主权，这激发了学生的能动性；实验过程中允许学生交流、讨论，这也增强了学生的探究能力。特别是第4组实验器材很少，同样要完成探究感应电流的条件，这对学生是一个挑战，该实验是引导学生利用地磁场来产生感应电流。这样的实验按捺既为书后摇绳发电作铺垫，也更有利于培养学生的科学探究能力。
图7 图8 图9 图10
4、 实验创新教学贵在求活
实验创新教学就是要让实验具有生动性、灵活性，要让实验贴近生活实际，让实验有良好的操作性、观察性和效果性。其实实验器材就在身边，小实验大道理。通过实验创新教学，培养学生的科学态度与责任。科学态度与责任是指认识科学本质，逐渐形成的探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是和持之以恒的科学态度，以及保护环境并推动可持续发展的责任感。让学生以科学态度与责任对待物理的学习。
教学案例（4）：在“力的合成”一节教学中，要通过实验得到力的合成规律—平行四边形定则，对于高一学生有一定难度。因此作为教师要要早作准备，从引入新课，学生实验要降低难度，要从生活实际出发，让学生易于接受。因此在本课教学中按四个方面设计。 = 1 \* GB3 ①新课引入，考虑实验的安全性，将提水桶改为提15kg砂袋。为增强实验趣味性，教师可先用一根绳子将砂袋提起；然后请二位学生用二根绳子一起提砂袋，而且绳子夹角由小变大（二绳夹角可超过1200），并让学生说出此过程中的体会。从这一环节中得出等效替代的概念，并设置一个悬念—为什么夹角越大，要用越大的力才能拉住砂袋。并设问二根绳子夹角能不能为1800？ = 2 \* GB3 ②本节实验探究目的是寻找求合力的方法。由于学生初中已学过在一直线上二力的合成，因此提出在一直线上的二个力反向和同向时合力各为多大？以此为切入点形成分力、合力的概念。并提出当二个力有一定角度时，其合力是二个分力的代数加减吗？可让学生先讨论，然后用简单实验加以验证上面的说法是错误的。由此提出互成角度的二个力，其分力与合力到底有什么关系？这样的实验教学既灵活又层层深入。 = 3 \* GB3 ③本节课的教学重点是平行四边形定则的得到，这也是本课的教学难点。实验前，首先要让学生明确二力拉和一个力拉橡皮筋伸长要相同；其次记录力的大小同时还要记录力的方向；最后表示分力、合力时的标度要统一。在实际教学中，笔者灵活处理实验器材，让二位学生上黑板做实验示范，其余学生下面做。将橡皮筋的一端用双面胶固定在黑板上，另一端系二个小绳套分别与二个示教用的弹簧秤相连，其背面粘有胶泥的成一定角度也固定在黑板上，两个分力的大小、方向就一目了然。如图11所示。再用一个弹簧秤单独拉，使橡皮筋伸长到同样的位置。选定力的标度，作出分力、合力，比较它们的关系。引导学生分 图11
析这个图形像什么？发现它们符合平行四边形定则。这样让学生经历曲折的科学探究，深切体会科学探究精神。同时也让学生体会了物理之美——简洁美、统一美。 = 4 \* GB3 ④在课尾，让学生回到课始那个小实验，利用所学知识验证为什么夹角越大分力越大，二根绳子夹角不可能为1800。让学生用当天所学知识，分析当天的问题，其喜悦感是不言而喻的。
总之，物理课堂教学作为一种再现科学发展历程的特殊方式，应该注重学生经历科学探究，在课程探究过程中，学生参与体验和认知，学会物理学视角去认识物理概念规律的建立过程，形成基本的物质、运动、相互作用等物理观念；亲身经历科学探究过程，讨论交流感受科学探究精神，培养科学推理、科学认证和质疑创新等要素的科学思维；学生在认识科学本质的基础上，形成对科学技术至上正确的态度和责任感，所以能够在物理课堂教学中落实科学探究，激发学生科学思维，培养科学探究精神，引导学生掌握科学方法，为其终身学习和发展奠定基础。这是科学探究的真正价值所在，也是把核心素养教育融入学科教学中的关键。
参考文献：
1、 曹文杰.高物理教材传感器内容的教学研究[J].中国优秀硕士论文数据库，2011
2、 刘健智 王思也.实验创新引导探究式教学[J].物理教师，2017（6）
3、 罗松平 田杰 王文波.优化物理实验探究 培养学科核心素养[J].物理教师，2017（6）
4、《普通高中物理课程标准》【M】人民教育出版社，2018
2018年5月28日
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