高中物理实验复习渗透核心素养之科学探究

陈石鑫

要在学科教学中落实立德树人的根本任务，就要具体化为各学段各学科的核心素养，培养学生全面发展的核心能力和品质。就高中物理来说，其核心素养主要有四个维度，包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度和责任。课堂教学是教育的主阵地，如何在课堂教学中落实核心素养的培养就显得尤为重要。

一、何谓核心素養之科学探究

核心素养之科学探究，它的内涵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、创新的能力。

科学探究这一核心素养在物理实验中最能体现，培养方法就是在物理实验教学或物理实验的指导中进行多维度的渗透，在高三复习阶段的高中物理实验复习更具有综合性和针对性。在高考中科学探究这一核心素养的评价和考查也是显得非常直接，在每年的高考中都提出了相当明确的要求，如2019年的全国统一考试大纲中，明确学科素养为必考内容之一。

作为教师，我们应该提高对核心素养的认识和重视，引领学生在这一方面的发展，在实施操作过程中，教师要树立以人为本理念，把身心健康放在首要目标，培养学生终身学习的能力;教学编排过程要重视实验教学，引导科技创新，培养实践能力和科学精神，特别是物理教师，更应懂得实验是物理学的主线;要重视问题设置，通过问题解决提升思维品质，高考考纲有明确要由以前的“解题”转移到“解决问题”上来;教学过程中要在情境创设上动脑筋，要在知识建构的过程中下工夫。

二、渗透科学探究的方法

（一）高考十二个必考实验，回归经典

十二个必考实验整体把握了高中物理的基本知识结构框架。如匀变速直线运动的研究，这是基本的直线运动规律与实验结合的问题;测定金属的电阻率是部分电路欧姆定律与实验的结合问题。通过实验的复习得到实验与知识技能的相互联通。

十二个必考实验也包括了实验的基本方法，对基本实验仪器的使用也很全面。如控制变量法在验证牛顿运动定律的应用，还可以再作迁移应用，如在探究电磁感应定律的知识层面，可以探究感应电动势Δ和Δt与E的关系，这里就可以控制Δ不变，研究E与Δt的关系，进而得到法拉弟电磁感应定律E∝Δ/Δt。

基本仪器的使用包括了刻度尺、弹簧测力计、打点计时器、光电计时器、游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、多用电表、电阻箱等十多种，这些实验仪器的认识和使用对于丰富学生的认识和扩展学生实验手段都大有好处;对于这些实验仪器的复习，我们要让学生进行实践操作，规范使用。

要在回归经典中把握基本实验原理和方法，并提取出物理实验的基本要素，包括提出问题，现有理论指导，实验设计，仪器的使用，实验过程与数据的提取，评价和创新。

（二）由“解题”走向“解决问题”的变迁

我们发现，近几年来，高考物理实验考题已经不只是以十二个必考实验为题，而是出现了更加开放性的问题，如“利用装置测量两物体之间的动摩擦因素”“根据以下装置回答下列问题”。题目已经设好了问题，我们要根据最终的问题不断提出解决问题的方法，如要测量“动摩擦因素”，这是问题，根据现有理论，f=μFN，我们必须要找到正压力和滑动摩擦力，这要求我们进一步的实验设计，引导学生要创设物理情景，f和FN怎么测量出来？学生自己提出问题。如把物体放在水平面上运动，FN可以简化为与重力相平衡的模型;关键是f怎么求？滑动摩擦力f必须在物体的运动中进行测量。这相对来说是一个难题，也是一个更加开放性的题目，在复习过程中，可以引导学生把物理规律进行实践应用。根据物理规律设计相应的方案进行测量，简单的来说有三种方案进行测量：

1.利用“力和运动”中匀速直线运动中的受力平衡的规律设计实验;

2.利用匀变速直线运动中的牛顿第二定律设计实验;

3.利用直线运动中的功能关系设计实验。

这就是一个很好的解决问题的实例展示，让学习不只是刻板的解题，而是综合素养的提升。

（三）做好拆分与整合的灵活应用

拆分与整合是我们做实验的必经之路，是解决物理问题的基本方法，也是高考考纲的要求，考纲中有“能够把一个复杂问题分解为若干较简单的问题，找出它们之间的联系”这样的表达。在物理实验中的拆分与整合，包括要拆分好完成实验需要测量哪些物理量，分别要用到什么测量工具，如何规范使用工具，包括正确读取数据;整合是应用物理规律进行整合，如闭合回路欧姆定律、牛顿第二定律等。在测量电源电动势和内阻的有关实验中，应拆分为测量流过电源的电流和外电路的电压两个物理量，电流和电压测量或者获得的方法可有多种。如直接测量、用电压表和电阻箱并联当电流表使用、用电流表和电阻箱串联当电压表使用。测量出电流和电压之后，关键在整合，整合就用闭合回路的欧姆定律，把各个串联部分的电压相加，在数值上等于电源电动势。

（四）数据处理与分析论证

数据处理，是在现有规律整合后的进一步数学处理，可以是数学公式法，也可以是图像法，得出相应物理量之间的关系后要进行适当的讨论和总结，讨论实验设计的合理性、如何控制实验条件、实验工具的活用，也可以讨论实验方法上的创新应用，这些都会对学生科学探究的培养有很大的帮助。如在用半偏法测电流表内阻的实验中，实验电路图如下所示：

教师可以创设两套不同的器材让两组学生测同一电流表的内阻，然后对比实验结果，会发现测量结果不一样。这时我们要引导学生论证实验结果的合理性，并掌握正确控制实验条件。只有当R远远大于电流表内阻时，总电流才可认为不变，实验才可进行。还可创设以下情境：当电流表满偏时电阻R没有远远大于电流表的内阻，这时该怎么办？要R阻值变大，则电流表的电流会变小，不能满偏，其实这种还是可以进行实验的。这时我们要分析实验的原理是应用并联电路的特点进行求解电流表的内阻。先满偏，后半偏时电阻认为电流表内阻与电阻箱阻值相等;如果电流表不能满偏，为某一数值，我们可以调节电阻箱的阻值，让开关S2闭合后，电流表的数值只有原来的三分之二，说明还有三分之一的电流会在电阻箱那里通过，由并联电路的特点，可知电流表内阻只有电阻箱阻值的一半。

（五）落实实践操作

实践操作是实验复习效果最好的方式，可以让学生在实践操作中真正体会到实验过程中可能出现的问题，把理论应用与实践，体会实验条件的重要性，实验方法的归类总结和活用。在实践操作课上，教师可以创设情景让学生模拟、讨论，也可以是实验方法的体会，如把微安表进行改装成电流表或电压表，再与现成的电流表或电压表进行应用对比，这一对比很重要，能让学生体会实践的成功喜悦;通过实验归纳模型，如用半偏法测电压表的内阻实验中，要求电压表和电阻箱串联部分的总电压不变，这就要求创新一个稳压电路，可以用滑动变阻器的分压接法创设。