论文部分内容阅读
摘 要：传统的围绕物理课堂知识点进行教学的模式，已经很难满足现阶段高中素质教育的要求。新课改强调要培养学生的探究能力以及提高学生的学科核心素养。基于这个要求，教师应当在物理实验课堂教学中，以学生为主体，构建以学生为本的课堂教学氛围。同时教师要注意到，物理实验作为培养学生动手能力以及思维逻辑的重要课堂教学环节，应当给予足够的重视。本文就如何在高中物理实验教学中培养学生学科核心素养，提出一些浅略的见解。
关键词：高中物理;核心素养;实验教学
在高中阶段，学生在物理学科所需要培养的核心素养，具体表现是能够从物理视角，形成关于物质运动以及互相作用能量等的基本认识，并且能够将物理概念和物理规律经过提炼和升华，运用到实际的生活中。而这些核心素养对于学生养成物理思维，以及终身物理学习的发展都有积极作用。物理实验作为联系实际和理论知识的重要教学环节，理应肩负起培养学生核心素养的重任。因此，笔者从以下几点探讨“在实验教学培养学生核心素养的具体方法”。
一、深挖实验变量关系，帮助学生建立物理观念
物理作为一门复杂的自然科学，其中所涵盖的知识非常广泛。物理实验作为验证物理定律以及提供思想方向的重要手段，基本上实验中所含变量之间的关系也是十分复杂的，这些变量之间的关系也很难通过字符进行表达，这十分不利于学生提炼物理信息以及建立物理观念。但同时，物理观念又是从物理学视角形成关于物质运动和相互作用以及能量的基本认知。养成物理观念对学生核心素养的养成具有十分重要的意义。养成物理观念，能够帮助学生对物理知识和概念有着更加深刻的理解。并且物理观念也是能够让学生从物理视角解决自然现象和实际问题的基础。因此，这就需要教师在实验的过程中深挖变量之间的关系，明确展示给学生看，让学生自主思考，从而建立物理观念[1]。
例如：在进行教学“探究小车速度随时间变化的规律”这个实验的时候，由于本实验的实验目的是能够让学生练习用打点计时器及纸带求小车的瞬时速度，以及学会用实验探究小车速度随时间变化规律的方法，并且学会用v-t图像处理实验数据。在开始进行实验之前，教师要先讲一下本实验的基本原理，以及各物理量之间的内在联系。在这个实验过程中，我们要求的是小车的速度和时间之间的关系，但是由于小车的速度并不能直接地测量出来，因此，在这个实验过程中，利用小车背后的纸带上面的点的距离，根据速度定义式去计算小车某一时刻的瞬时速度，让学生理解所计算出来的速度是这小段时间的平均速度。由于时间非常短暂，近似地等于小车的瞬时速度。通过这种方法让学生理解实验的原理，帮助学生养成物理观念。接着讲解实验的步骤，将一个长木板放到水平桌面上，接着接通电路，把带有重物的细绳拴在小车上，打开打点计时器，缓缓放下小车。这样就得到了一条很有点迹的纸带。重复进行实验幾次，选取点迹清晰的纸带，用平均速度公式求出若干个点上的近似速度。最后再将所得出来的速度和时间的关系一一对应的绘制在v-t图像上，清晰直观地观察小车的速度。通过这种方式，让学生理解实验背后数据的关系。养成学生的物理观念，便于学生找到实验误差的来源，从而能够帮助学生更好地掌握实验的关键，培养学生物理学科实验探究的核心素养。
二、提高实验动手能力，培养学生物理逻辑思维
一个完整的实验应当包括发现问题的过程，以及对问题作出合理假设的过程，在进行设计实验方案后，要分析实验结果然后对实验现象论证，最后进行实验的评估与反思。因此，教师在进行实验的过程中，不应该只单单进行演示实验。要鼓励和引导学生亲自动手实验，通过这样的方法，学生才能对实验的结果，以及中间产生的现象有着更加深刻的印象。并且在对比物理知识点时能够很好地和自己实验产生的结果进行对应。在学生亲手做实验的过程中，根据所设计的实验步骤，一步一步地探索物理规律，选择能够有效地培养学生的物理逻辑思维，提高学生的物理核心素养[2]。
例如：在进行教学“探究加速度与力、质量的关系”这个实验的时候，教师可以鼓励学生进行动手操作，由于本次实验所用的模型也是小车，探究力质量和加速度之间的关系时，这需要分别保持“力不变，质量在改变，观察加速度的变化”以及“质量不变，力在变，观察加速度的变化”这两种方案反映到实际实验中，这是改变小车的质量以及细绳索悬挂重物的质量。具体的实验步骤可以如下设计：让学生用天平测出小车的质量，用天平测出木桶以及沙子的总质量，然后根据要求安装实验仪器。第二步需要学生去平衡摩擦力，在小车的开始端，进行适当的垫高。将小车轻轻放下，如果小车背后打点计时器，打出来的点是连续且相同间隔的，那么这说明平衡了摩擦力。同时为学生讲解“为何要平衡摩擦力”，因为在这个实验中，外力只能是由重物提供，而摩擦力会随着小车质量的改变发生改变。也就是说，摩擦力并不确定，所以要把它给平衡掉。接着需要挂上沙桶，打开打点计时器，在纸带上得到一系列的点，让学生通过这些点，利用逐差法求出小车的加速度。同时要保持小车的质量不变，在沙土中加入适量的砝码，作出加速度和小车质量倒数之间关系的图像，让学生观察图像是否为一条直线？如果是的话，那么说明加速度和质量成反比。在得出第一种情况之后，再让学生保持“沙桶质量不变”，在小车内增加砝码，测速加速度重复得到几次之后，让学生做出加速度和力之间的关系图像。如果这些点在一条直线上，则证明了加速度与力成正比。通过这种方式，让学生亲自动手做实验，教师在一旁答疑解惑，如此能够有效提高学生的动手能力，在完善学生物理思维的过程中也同步提升了学生的物理核心素养。
三、注重实验操作细节，培养学生物理严谨意识
在高中物理实验课堂教学中，一个物理实验能否进行成功，很大程度上取决于实验中所操作的具体细节。在重现书本上的实验，或者是进行自主探究实验的过程中，教师应当重视学生在实验过程中操作的细节。当学生得出来的实验结果或者实验现象不符合物理基本定律，也不符合书中所给的现象时，教师要站在学生的角度，一步步观察学生在实验中所进行的步骤，帮助学生改正实验中存在的错误，最后总结出现错误的问题，避免下次进行实验时再次出现。通过这种方式能够培养学生物理实验过程中的严谨意识，让学生在实验过程中，真正有所收获，养成物理学科的严谨思维。 例如：在讲解“探究平抛运动的特点”这个实验的时候，本实验的实验原理是平抛运动，可以看作两个分运动的合成，一个是水平方向的匀速直线运动，其速度就等于平抛物体的初速度，另一个是在竖直方向上的自由落体运动，它的速度随高度的增大而增大。由于在探究实验的过程中，很容易出现一些操作上的问题，所以教师在让学生进行自主实验的基础上，帮助学生纠正实验中产生的错误操作。在实际操作的过程中，需要将带有斜槽的轨道木板固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，并让末端与水平相切。接着从同一高度释放小球，在小球经过的点投影上，依次描出点。最后再根据公式去计算水平方向速度以及豎直方向上的速度。如果学生在实验过程中，得到的初速度不是水平方向，教师可以观察学生是否将调平装置完全调至水平。或者学生把所得的点代入公式时，发现有1到2个点所得的结果，与实验大相径庭。教师可以让学生考虑舍弃这一两个点。最后，在取下白纸前，应当让学生在白纸上记下小球飞离槽口时球心的位置，这里主要细节是，应当记录的是在图板上的水平投影点，而不是斜槽末端的投影。通过这种方式，能够让学生在细节上着重把控本实验。让学生实验的过程中寻找问题产生的原因，而教师在一旁进行指导和解释。这种实验教学充分体现了以学生为主体的课堂教学理念。帮助学生养成严谨的物理思维，从而提升学生的物理学科核心素养。
四、进行实验教学评价，帮助学生总结物理思想
所谓物理实验教学评价就是指对物理实验过后所产生的物理现象或者物理结果有着清楚的解释与思考。因为在绝大多数物理实验操作的过程中，都遵循着单一变量原则。在每一次将变量改变之后，所对物理实验结果造成的影响，都进行总结记录。最后在全部对照实验完成时，要先写总体评价，再去写每一次实验的收获与失误。让学生自己去反思哪些方面值得加强与改进，对出现的问题进行系统的整理。避免下次实验再出现错误。通过这种方式，能够帮助学生在实验过后进行系统性总结，从而能够让学生全面掌握物理知识点，实现物理水平的提高。
例如：在进行教学“验证机械能守恒定律”这个实验的时候，教师要重点向学生渗透实验内所用到的物理思想。就是通过计算物体自由运动的重力势能减少量，再去计算相应过程中，动能的增加量，如果在过程中，二者的增减量在误差允许的范围内相等，那就说明机械能守恒。具体的实验步骤，是将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相接。然后将自带悬挂砝码上，用手轻轻提着纸袋，让重物靠近打点计时器，并处于静止状态，然后打开打点计时器，让重物自由落下。最后从几条打下来的纸带中挑选点迹清楚地纸带进行测量。在进行测量的时候，可以采用起始值和第n个点，来进行计算。先去计算重力势能的减少量ΔEp=mghn，接着再去计算动能的增加量ΔEk=mvn2。如果在这个实验范围内，二者大致相等。这就验证了“机械能守恒定律”。不过要明确地告诉学生，在利用这种方法验证机械能守恒定律的时候，重力势能的减少量与动能的增加量不可能完全相等，因为打点计时器在打印纸带的时候会产生摩擦力。当学生完成实验之后，让学生掌握实验过程中的细节，同时去思考有没有其他的方法能够更好地完成本实验？通过这种方式，能够让学生养成独立思考，善于总结的好习惯，从而提升学生的物理核心素养。
结束语
在高中物理实验教学中，培养学生的核心素养，其主要的原则就是能够让学生养成物理观念，用物理的眼光看待事物，深刻的理解物理知识和物理现象。其次，提高学生实验动手能力，亲自感知物理实验过程中所产生的问题，帮助学生完善物理知识储备，完善学生的物理思维逻辑，让学生掌握物理实验过程中所用到的思想。通过这些方式，不断提高学生的物理水平，最终得以在物理实验教学中逐步培养学生的物理核心素养。
参考文献
[1]李海滨.如何在高中物理教学中渗透核心素养培养[J].华夏教师，2018：24.
[2]倪佳燕.如何在高中物理实验教学中渗透物理核心素养教育[J].名师在线，2019：41-42.
本文系广东省教育科研“十三五”规划2019年度教育科研课题《核心素养下的物理实验拓展的研究》（立项批准号2019YQJK517）研究成果之一
关键词：高中物理;核心素养;实验教学
在高中阶段，学生在物理学科所需要培养的核心素养，具体表现是能够从物理视角，形成关于物质运动以及互相作用能量等的基本认识，并且能够将物理概念和物理规律经过提炼和升华，运用到实际的生活中。而这些核心素养对于学生养成物理思维，以及终身物理学习的发展都有积极作用。物理实验作为联系实际和理论知识的重要教学环节，理应肩负起培养学生核心素养的重任。因此，笔者从以下几点探讨“在实验教学培养学生核心素养的具体方法”。
一、深挖实验变量关系，帮助学生建立物理观念
物理作为一门复杂的自然科学，其中所涵盖的知识非常广泛。物理实验作为验证物理定律以及提供思想方向的重要手段，基本上实验中所含变量之间的关系也是十分复杂的，这些变量之间的关系也很难通过字符进行表达，这十分不利于学生提炼物理信息以及建立物理观念。但同时，物理观念又是从物理学视角形成关于物质运动和相互作用以及能量的基本认知。养成物理观念对学生核心素养的养成具有十分重要的意义。养成物理观念，能够帮助学生对物理知识和概念有着更加深刻的理解。并且物理观念也是能够让学生从物理视角解决自然现象和实际问题的基础。因此，这就需要教师在实验的过程中深挖变量之间的关系，明确展示给学生看，让学生自主思考，从而建立物理观念[1]。
例如：在进行教学“探究小车速度随时间变化的规律”这个实验的时候，由于本实验的实验目的是能够让学生练习用打点计时器及纸带求小车的瞬时速度，以及学会用实验探究小车速度随时间变化规律的方法，并且学会用v-t图像处理实验数据。在开始进行实验之前，教师要先讲一下本实验的基本原理，以及各物理量之间的内在联系。在这个实验过程中，我们要求的是小车的速度和时间之间的关系，但是由于小车的速度并不能直接地测量出来，因此，在这个实验过程中，利用小车背后的纸带上面的点的距离，根据速度定义式去计算小车某一时刻的瞬时速度，让学生理解所计算出来的速度是这小段时间的平均速度。由于时间非常短暂，近似地等于小车的瞬时速度。通过这种方法让学生理解实验的原理，帮助学生养成物理观念。接着讲解实验的步骤，将一个长木板放到水平桌面上，接着接通电路，把带有重物的细绳拴在小车上，打开打点计时器，缓缓放下小车。这样就得到了一条很有点迹的纸带。重复进行实验幾次，选取点迹清晰的纸带，用平均速度公式求出若干个点上的近似速度。最后再将所得出来的速度和时间的关系一一对应的绘制在v-t图像上，清晰直观地观察小车的速度。通过这种方式，让学生理解实验背后数据的关系。养成学生的物理观念，便于学生找到实验误差的来源，从而能够帮助学生更好地掌握实验的关键，培养学生物理学科实验探究的核心素养。
二、提高实验动手能力，培养学生物理逻辑思维
一个完整的实验应当包括发现问题的过程，以及对问题作出合理假设的过程，在进行设计实验方案后，要分析实验结果然后对实验现象论证，最后进行实验的评估与反思。因此，教师在进行实验的过程中，不应该只单单进行演示实验。要鼓励和引导学生亲自动手实验，通过这样的方法，学生才能对实验的结果，以及中间产生的现象有着更加深刻的印象。并且在对比物理知识点时能够很好地和自己实验产生的结果进行对应。在学生亲手做实验的过程中，根据所设计的实验步骤，一步一步地探索物理规律，选择能够有效地培养学生的物理逻辑思维，提高学生的物理核心素养[2]。
例如：在进行教学“探究加速度与力、质量的关系”这个实验的时候，教师可以鼓励学生进行动手操作，由于本次实验所用的模型也是小车，探究力质量和加速度之间的关系时，这需要分别保持“力不变，质量在改变，观察加速度的变化”以及“质量不变，力在变，观察加速度的变化”这两种方案反映到实际实验中，这是改变小车的质量以及细绳索悬挂重物的质量。具体的实验步骤可以如下设计：让学生用天平测出小车的质量，用天平测出木桶以及沙子的总质量，然后根据要求安装实验仪器。第二步需要学生去平衡摩擦力，在小车的开始端，进行适当的垫高。将小车轻轻放下，如果小车背后打点计时器，打出来的点是连续且相同间隔的，那么这说明平衡了摩擦力。同时为学生讲解“为何要平衡摩擦力”，因为在这个实验中，外力只能是由重物提供，而摩擦力会随着小车质量的改变发生改变。也就是说，摩擦力并不确定，所以要把它给平衡掉。接着需要挂上沙桶，打开打点计时器，在纸带上得到一系列的点，让学生通过这些点，利用逐差法求出小车的加速度。同时要保持小车的质量不变，在沙土中加入适量的砝码，作出加速度和小车质量倒数之间关系的图像，让学生观察图像是否为一条直线？如果是的话，那么说明加速度和质量成反比。在得出第一种情况之后，再让学生保持“沙桶质量不变”，在小车内增加砝码，测速加速度重复得到几次之后，让学生做出加速度和力之间的关系图像。如果这些点在一条直线上，则证明了加速度与力成正比。通过这种方式，让学生亲自动手做实验，教师在一旁答疑解惑，如此能够有效提高学生的动手能力，在完善学生物理思维的过程中也同步提升了学生的物理核心素养。
三、注重实验操作细节，培养学生物理严谨意识
在高中物理实验课堂教学中，一个物理实验能否进行成功，很大程度上取决于实验中所操作的具体细节。在重现书本上的实验，或者是进行自主探究实验的过程中，教师应当重视学生在实验过程中操作的细节。当学生得出来的实验结果或者实验现象不符合物理基本定律，也不符合书中所给的现象时，教师要站在学生的角度，一步步观察学生在实验中所进行的步骤，帮助学生改正实验中存在的错误，最后总结出现错误的问题，避免下次进行实验时再次出现。通过这种方式能够培养学生物理实验过程中的严谨意识，让学生在实验过程中，真正有所收获，养成物理学科的严谨思维。 例如：在讲解“探究平抛运动的特点”这个实验的时候，本实验的实验原理是平抛运动，可以看作两个分运动的合成，一个是水平方向的匀速直线运动，其速度就等于平抛物体的初速度，另一个是在竖直方向上的自由落体运动，它的速度随高度的增大而增大。由于在探究实验的过程中，很容易出现一些操作上的问题，所以教师在让学生进行自主实验的基础上，帮助学生纠正实验中产生的错误操作。在实际操作的过程中，需要将带有斜槽的轨道木板固定在实验桌上，使其末端伸出桌面，并让末端与水平相切。接着从同一高度释放小球，在小球经过的点投影上，依次描出点。最后再根据公式去计算水平方向速度以及豎直方向上的速度。如果学生在实验过程中，得到的初速度不是水平方向，教师可以观察学生是否将调平装置完全调至水平。或者学生把所得的点代入公式时，发现有1到2个点所得的结果，与实验大相径庭。教师可以让学生考虑舍弃这一两个点。最后，在取下白纸前，应当让学生在白纸上记下小球飞离槽口时球心的位置，这里主要细节是，应当记录的是在图板上的水平投影点，而不是斜槽末端的投影。通过这种方式，能够让学生在细节上着重把控本实验。让学生实验的过程中寻找问题产生的原因，而教师在一旁进行指导和解释。这种实验教学充分体现了以学生为主体的课堂教学理念。帮助学生养成严谨的物理思维，从而提升学生的物理学科核心素养。
四、进行实验教学评价，帮助学生总结物理思想
所谓物理实验教学评价就是指对物理实验过后所产生的物理现象或者物理结果有着清楚的解释与思考。因为在绝大多数物理实验操作的过程中，都遵循着单一变量原则。在每一次将变量改变之后，所对物理实验结果造成的影响，都进行总结记录。最后在全部对照实验完成时，要先写总体评价，再去写每一次实验的收获与失误。让学生自己去反思哪些方面值得加强与改进，对出现的问题进行系统的整理。避免下次实验再出现错误。通过这种方式，能够帮助学生在实验过后进行系统性总结，从而能够让学生全面掌握物理知识点，实现物理水平的提高。
例如：在进行教学“验证机械能守恒定律”这个实验的时候，教师要重点向学生渗透实验内所用到的物理思想。就是通过计算物体自由运动的重力势能减少量，再去计算相应过程中，动能的增加量，如果在过程中，二者的增减量在误差允许的范围内相等，那就说明机械能守恒。具体的实验步骤，是将打点计时器固定在铁架台上，用导线将打点计时器与电源相接。然后将自带悬挂砝码上，用手轻轻提着纸袋，让重物靠近打点计时器，并处于静止状态，然后打开打点计时器，让重物自由落下。最后从几条打下来的纸带中挑选点迹清楚地纸带进行测量。在进行测量的时候，可以采用起始值和第n个点，来进行计算。先去计算重力势能的减少量ΔEp=mghn，接着再去计算动能的增加量ΔEk=mvn2。如果在这个实验范围内，二者大致相等。这就验证了“机械能守恒定律”。不过要明确地告诉学生，在利用这种方法验证机械能守恒定律的时候，重力势能的减少量与动能的增加量不可能完全相等，因为打点计时器在打印纸带的时候会产生摩擦力。当学生完成实验之后，让学生掌握实验过程中的细节，同时去思考有没有其他的方法能够更好地完成本实验？通过这种方式，能够让学生养成独立思考，善于总结的好习惯，从而提升学生的物理核心素养。
结束语
在高中物理实验教学中，培养学生的核心素养，其主要的原则就是能够让学生养成物理观念，用物理的眼光看待事物，深刻的理解物理知识和物理现象。其次，提高学生实验动手能力，亲自感知物理实验过程中所产生的问题，帮助学生完善物理知识储备，完善学生的物理思维逻辑，让学生掌握物理实验过程中所用到的思想。通过这些方式，不断提高学生的物理水平，最终得以在物理实验教学中逐步培养学生的物理核心素养。
参考文献
[1]李海滨.如何在高中物理教学中渗透核心素养培养[J].华夏教师，2018：24.
[2]倪佳燕.如何在高中物理实验教学中渗透物理核心素养教育[J].名师在线，2019：41-42.
本文系广东省教育科研“十三五”规划2019年度教育科研课题《核心素养下的物理实验拓展的研究》（立项批准号2019YQJK517）研究成果之一