高中物理实验教学的价值考量与策略探寻

邵克岷

(江苏省连云港开发区高级中学,江苏 连云港 222000)

2017版课标指出“在高中物理课程中,应注重科学探究,尤其应注重物理实验,这在培养学生的探究能力和科学态度等方面具有重要地位”[1].实验教学是引导学生分析和探究具体问题、强化学生物理概念理解、促进学生物理学科素养发展的有效教学手段.高中物理课程的教学内容因具有抽象性及理论化等特征,学生往往难以正确理解并形成物理观念.实验教学可以将物理现象以较为直观的方式清晰展示,便于学生在概念理解的基础上形成正确的物理认知,进而使其物理学科的综合学习能力得以明显提高.

1 高中物理实验教学的价值考量

1.1 展示实验过程,让学生在观察中兴趣得以激发

高中物理课程与初中相较而言,学习内容具有较高的抽象性,甚至与学生的现实生活经验也缺乏必要的关联.实验教学可以为学生直观展示物理现象的发生过程,学生在观察过程中可以将现实生活与物理知识的学习有效关联,进而在教师的引导、启发下,对实验现象发生的内在物理原理,以及可能得以推广应用的生活场景,产生浓厚的探究兴趣.

1.2 动手实验操作,让学生在体验中主动融入课堂

传统的高中物理教学以单向输出方式为主,学生极易产生枯燥乏味的内心感受,长此以往,必将丧失持续学习的内在动力.实验教学不仅体现了“以生为本”的教学理念,更是基于学生对未知领域的探究心理,让学生在动手操作中体验物理学科的奥秘,再辅之教师的耐心指点及细致讲解,学生的主观学习欲望明显增强,进而自觉主动融入课堂教学活动.

1.3 揭示物理真相,让学生在实践中形成正确理解

高中物理学科知识具有理论化特征,如教师仅以文字叙述的方式开展教学活动,学生必然对物理概念、原理及公式推导过程等内容,采用背诵记忆的学习方法,既背离了课程标准的要求,还可能造成学生的错误理解.实验教学可以将物理现象直观展示,让学生通过观察和具体操作,进行相应公式和定理的验证,进而对物理知识形成正确理解.

2 高中物理实验教学的现状分析

2.1 对物理实验教学缺乏足够重视

实验教学作为高中物理课程教学的重要组成部分[2],可以让物理学科知识以直观化的形式呈现,既可以减轻教师的教学压力,又利于学生理解并形成正确认知.然而由于部分教师“分数至上”的错误教学理念,认为“实验教学可有可无,对最终成绩影响不大”,自然不可能基于学科素养的高度开展实验教学.在此现状下,学校及教师对于实验教学的重要性必然缺乏足够重视,而仅仅关注学生运用所学知识书面答卷的正确与否,以致学生的物理思维及学科素养均未能得以明显提高.

2.2 实验教学与学生认知相脱离

高中物理教材或基于学生学习兴趣的引发,或为培养学生的探究心理,或为说明某个物理现象的原理,而收录了部分易于学生理解的经典实验案例.然而部分教师只是将实验教学当作课堂调剂品来活跃课堂气氛,并未将通过实验研究来激发学生探究物理的兴趣、锻炼学生的独立思考能力和实践动手能力作为实验演示的目标.在此现状下,教师在选取演示实验项目的过程中,会优先考虑实验演示所带来的视觉感官体验,并不考虑学生的真实认知能力,以致实验教学与学生的认知相脱离,最终影响到课堂教学知识转化率的提升,更难以在培养学生物理综合能力方面起到引导作用.

3 高中物理实验教学的策略探寻

3.1 充分认识实验教学的重要性,并落实到综合评价中

为让实验教学的功能及价值得到有效发挥,教师应从培养学生学科素养的角度出发,有针对性地设计并开展实验教学活动.在学生方面,让学生意识到实验教学活动的重要性,并引导学生主动参与物理实验教学活动.

以物理必修第一册(2019版)的课程教学为例.本册的教学内容主要由运动、力、运动和力的关系三个部分构成,由于高中物理学科的学习内容及方法明显不同于初中,为帮助学生快速进入学习状态,教材编排了大量的实验教学内容,因而学生对实验过程、原理、方法的掌握程度,在一定程度上反映了学生的真实学习情况.基于此,在整本教材的教学活动结束后,教师除了用书面化考试的方式来检测学生的知识掌握程度之外,还需要结合“用打点计时器测速度”等实验教学活动,学生的具体参与情况,以及动手进行实践的质量,来综合考量学生的最终得分.这样的综合评价方式,既体现了实验教学活动重要性,又能够引导学生花费更多时间和精力完成实验探究任务,进而实现教学质量的有效提升.

3.2 鼓励学生利用互联网平台,提高课前预习质量

部分教师认为实验教学的整个流程过于繁琐,且不可控因素太多,极易发生意外事件,同时占用了大量的授课时间,进而导致教学任务无法如期完成.为尽量规避意外事件的发生,并提升实验教学的有效性,教师可以充分发挥信息技术在学科学习中的应用优势,布置相应的课前预习任务,并引导学生利用互联网平台提前熟悉实验整个流程,以及相关注意事项等内容,进而为实验教学的顺利进行做好准备工作.

以必修第一册(2019版)的第二章第一节《实验:探究小车速度随时间变化的规律》实验教学为例.本节内容以上一章的时间、位移等相关概念理解为基础,涉及了速度、加速度的计算,所用的实验器材打点计时器的使用方法学生也已掌握,因而已具备自主开展课前预习的前提.教师可以以此为基础设计课前预习方案,鼓励学生在互联网平台搜索与“探究小车速度随时间变化的规律”知识相关联的微课视频,让学生以自主观摩微课实验视频的方式,了解打点计时器的结构及使用原理,以及使用过程中的注意事项,并引导学生探索“结合已学知识猜想一下,小车的瞬时速度可能与哪些因素相关?”等问题,进而提高预习的效果.这样的实验教学预习方式,不仅为课堂实验教学的顺利开展奠定了良好的基础,更能促进学生自主学习能力的有效养成.

3.3 丰富实验教学的方式方法,提高实验教学的效果

随着新版课标的颁布及正式实施,教师需要不断优化原有的实验教学方法,积极探索新型教学方式,提升学生参与物理实验活动的兴趣,以贴合学生兴趣点的教学形式展开实验活动,让课堂教学变得更为生动有趣,提高实验教学的效果.

以物理选择性必修第三册(2019版)的第三章第一节《功、热和内能的改变》教学为例.本小节需要通过实验教学,让学生正确理解“做功是能量间的转化,而传热则是内能的转移”,以及“无论是做功还是热传递,总能量既不损耗也增加,才能顺利开展后面三节的教学活动.但如果实验教学活动与学生日常生活实际相脱离,学生则很难理解“功、热和内能的改变”的基本原理.教师可以结合学生的生活实际,用“暖手宝取暖”及“热水袋取暖”两个常见的生活事例,来引发学生讨论“哪种方式是依靠做功达到取暖目的?哪种方式是依靠热传递达到取暖目的?”在学生讨论之后,再正式开展实验教学活动.这种利用生活常识作为实验教学导入环节,既显得新颖别致,又可以让学生将注意力集中于实验教学中,进而正确理解并掌握所学知识.

3.4 鼓励学生在操作中验证猜想,培养实验创新能力

无论从物理学科的发展史来看,还是从教材内容编排的情况来看,物理实验均基于相应的原理,指向相应的探究目的,但并不存在固定的程序及方法.实验教学作为半开放型教学活动,如果过于程式化,则会让学生产生可以预测实验结果的乏味感.基于此,对部分学生分组实验,教师鼓励学生自主设计实验方案,并在确保安全的前提下,让学生在动手操作中探究、验证自己所设计实验方案的可行性及合理性,进而通过实验教学培养学生的创新能力.

以物理必修第一册(2019版)的第三章第一节《 重力与弹力》课程教学为例.本节教学内容涉及到“重力”“弹力”两个力学知识,存在“接触”与“不接触”两种情况,理解难点为“力是一个物体对另一个物体的作用”.通常情况下教师会采用“实验教学+讲解练习”的方式来帮助学生建立概念并促进理解,但学生往往会产生诸如“力是哪里来的?是储存在物体内部吗?是如何储存的?”等疑惑.为帮助学生正确建立“力的概念”并培养学生的创新能力,教师可以指导学生自主设计“力的产生条件及表现形式”实验方案,并将“弹簧测力计及砝码”“平面镜”“激光笔”等实验器材交由学生开展实验探究活动,在学生的具体实验操作过程中,教师再引导学生思考“力是单个存在的吗?”进而帮助学生对“力”的抽象概念产生正确认知.这样让学生自己动手操作验证猜想的实验教学方法,不仅有助于学生的学业进步,更有利于学生创新能力的培养[3].

3.5 重视实验操作的具体细节,培养学生严谨的科学态度

为保证课堂教学进度的有序开展,在以往的实验教学演示过程中,教师仅仅关注实验演示流程的顺利推进,而对实验操作的相关细节“一带而过”不做细致讲解,以致学生“科学态度与责任”的学科素养未能得以有效培养.为规避这种不良现象,教师在日常的实验教学活动中,不仅重视操作流程的完整性,还应重视实验操作的细节讲解,进而让学生以更为严谨的态度对待实验活动.

以物理必修第一册(2019版)第四章第二节《 实验:探究加速度与力、质量的关系》课程教学为例.本实验涉及到“物体质量”“作用力大小”以及“加速度”三个物理变量,教师通常采用控制变量的方法开展实验教学,以培养学生的物理思维能力,促进学生对实验所形成的结论正确理解.但如果对于诸如“事先测量小车质量”“法码的释放方式”等细节部分不做任何解释,当学生自己动手验证实验结论时必然会出现各类意外情况.为此,教师在做演示实验的过程中,不仅应关注实验过程中学生“控制变量”实验方法的正确掌握,还应从实验细节着手,为学生演示当实验操作不当时可能出现的意外情况,以及对实验结论的不良影响,进而促进学生实践操作能力的提高,并培养学生严谨的科学态度.

总而言之,高中物理实验教学在推动学生全面掌握物理学科知识、培养学生物理探究能力等方面起到重要作用.作为高中物理学科的一线教师,应基于新版课标的教学要求,深度挖掘实验教学在物理学科教学中应用价值,以科学合理的方式安排实验教学活动,进而促进学生物理学习能力的稳步提升.