物理实验教学提升科学素养的策略

杨凤楼   赵俊

（江苏省江阴高级中学，江苏  江阴  214400）

摘要：物理是一门以实验为基础的科学，实验教学的成败对于物理学科能否达成学生科学素养的提升起着关键性的作用。如何在实验教学中提升学生的科学素养呢？本文通过对科学素养四个维度的解读，提出物理实验教学提升科学素养的四个策略.

关键词：物理实验   科学素养    策略

科学素养是指主体在掌握科学概念的基础上，以科学的态度、运用科学的方法来对现实中的个人、科学、社会有关问题做出明智的抉择。科学素养的四个维度包括：科学知识、科学方法、科学精神和科学应用。科学知识指对物理学科中核心概念和规律的理解；科学方法指了解物理学研究问题时运用的思想和方法，并认识到这些思想方法的价值；科学精神指对科学研究热情和尊重事实、实事求是的态度；科学应用指有应用所学知识、方法解决现实问题的意识和能力。

物理是一门以实验为基础的科学，实验教学的成败对于物理学科能否达成学生科学素养的提升起着关键性的作用。如何在实验教学中提升学生的科学素养呢？围绕科学素养的四个维度，结合多年从事物理实验教学的经验，笔者觉得应该从以下四个方面入手：

策略一  紧扣实验核心，建构科学知识

一个实验由多个知识点构成，但每个知识点的地位是有差异的，如果教师平等对待每个知识点，势必造成课堂沉闷而毫无生机，学生不知道“轻重”，抓不住重点。物理教师在实验教学备课时，要清晰本节实验教学中，哪些是学生已有的知识，哪些是学生自学可以掌握的知识，哪些是本次实验的核心知识。对于核心知识要重点讲解，因为核心知识是结构明确、适用范围广、自我生长和迁移能力强的基础知识，它们在物理课程和教材中处于重要的、不可或缺的基础和主干地位，具有内在逻辑的连贯性和一致性。物理实验教学应紧紧围绕核心概念和核心知识点展开，帮助学生形成知识网络，实现“建构知识、提升能力、启迪智慧”的价值追求。

例如，在《实验：验证机械能守恒定律》的教学中，核心知识点就是分别找出减少的重力势能和增加的动能，并通过对比得出结论。学生对打点计时器、天平等测量仪器都已比较熟悉，对纸带数据的处理也有很深的基础，所以本实验的重点就是让学生知晓，验证机械能守恒就是寻求某一过程重力势能和动能的变化，围绕这个核心去设计实验，操作实验。只有紧扣这个核心知识点，才能使学生在遇到没有纸带的其他模型时，如单摆模型、平抛模型等等，也能清晰知道如何去验证。

再如，对于《描绘小电珠的伏安特性曲线》实验，其核心知识点是伏安特性曲线的概念。实验的重点是基本电学基本仪器（电压表、电流表、滑动变阻器等）的使用、电学实验电路（包括控制电路与测量电路）的选择、实验数据的采集与伏安特性曲线的描绘。通过实验进一步理解：对于金属导体，在温度没有显著变化时，电阻是不变的，它的伏安特性曲线是通过坐标原点的直线；而对于气态导体和半导体元件，欧姆定律不适用，也即在这些情况下电流与电压不成正比，伏安特性曲线是曲线。

策略二  优化实验探究，体验科学方法

课堂教学中的物理实验包括演示实验和分组实验两类，不论是哪种实验类型，都应该强调动手操作的体验过程和科学探究的思索过程。忽视学生主体地位的演示实验教学，剥夺了学生动手操作的体验过程；“照图施工”式的分组实验教学，不利用学生创造能力和探究能力的培养。《物理课程标准》指出：“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准．旨在将学习重心从学生被动接受知识向主动获取知识转化．从而培养学生的科学探究能力。实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。”所以，在物理实验教学的过程中，让学生动手操作，让学生思索探究是两个永恒的主题。

在演示实验教学时，应该简化实验装置，突出关键步骤；应该邀请学生参与，增加兴趣和信任度；应该利用现代技术，灵活动态展现实验。

例如，对于《探究动能定理》教学，人教版教材先是安排了两个实验，探究功与速度变化的关系，然后再从理论上分析得出动能定理。其中，“橡皮筋实验”只能得出“功与静止物体获得速度的平方成正比”的结论，为动能定理的教学做铺垫；“平板小车实验”虽能得出动能定理，但需要平衡摩擦力，拉力的确定存在系统误差，由纸带计算小车速度也不简便。在实际教学中，我们对教材内容重新进行了整合与改进：先通过“橡皮筋实验”得出功与速度平方的正比关系，接着进行理论推导功与速度平方的比例系数为质量的一半，得出初速为零特殊情况下的动能定理，再通过“气垫导轨实验”加以验证（拉力与速度采用力传感器直接测量，用光电门连接计算机直接显示），然后进一步对初速不为零的一般情况进行理论推导，最后在气垫导轨上增加一个光电门加以实验验证。整个教学过程中步步设问，环环扣紧，引导学生很好地体验了理论与实验相结合的科学探究方法。

在分组实验教学时，应该明确实验目标，让学生抓住重点；应该合理分组，照顾学生差异性；应该鼓励创新，器材提供多样化；应该组织反思，切实提升实验能力。

例如，《实验：测定电池的电动势和内阻》教学中，实验目标在标题中就已经清晰呈现，如何设计实验电路呢？通过教师的适当引导，学生明白实验的关键是运用闭合电路欧姆定律，测出路端电压和通过电源的电流。接着让学生分组讨论实验方案，自己动手进行测定。分组时应考虑学生动手能力和数据处理能力的差别，合理搭配，从而达到互帮互学，优势互补，共同提高实验质量。实验时，可以提供四种不同测量方法所需要的全部器材，包括待测电源、电流表、电压表、滑动变阻器、电阻箱、开关、导线若干，让学生根据本组讨论决定的实验方案选用。这样，既体现了分组实验教学中老师的主导地位，也体现了学生的主体地位。

策略三  反思实验结论，弘扬科学精神

在实验教学中，由于实验条件、实验时间等方面的限制，未能达到预期目标，甚至出现了错误的结论，这是难以避免的事。遇到此类情况，教师应坦然面对，与学生一起努力寻求问题产生的原因。这是一次绝好的纠错机会和技能提升的机会，也是一次尊重事实、倡导实事求是实验态度的最佳教育机会。只有让学生真正经历了实验过程，反思过程，才能切实提高他们的技能，知识才能掌握得更扎实，科学精神才能得以弘扬。

例如，在《验证机械能守恒定律》的实验中，如果得出的结论是动能的增加量大于重力势能的减少量，面对这样的结论，应该问两个问题，一是为什么这样的结论不正确，二是怎么会出现这样的结论。这两个问题的讨论，一方面让同学们更清楚机械能守恒的原理，加深了所学的知识；另一方面让得出错误结论的同学去寻找操作过程中存在的问题，也提醒其他同学在实验中需要注意的方面，而不是弄虚作假，随意修改实验数据。

再如，《测定电源的电动势与内阻》实验的误差分析。由于方案设计不同，造成误差的原因也各相异，此种情况正好可以组织学生采用计算法或图像法，分析各种实验方案误差产生的原因，提出减小误差的实验改进建议，培养和提升严谨的科学态度与务实的科学精神。

策略四  拓展课外实验，实现科学应用

把课外拓展实验纳入物理实验教学中，有效填补了课堂时间的不足，给学生创造了更多的动手操作实验的机会，让学生有机会将课本所学知识应用到具体实验中去，激发学习的热情，实现所学知识的科学应用。

为此，必须充分重视教材中“做一做”的教学。“做一做”栏目其内容是扩展性的，不是基本教学内容，但很多是学生可用身边的日常用品来完成的，具有很强的操作性和趣味性。应鼓励学生用身边的材料做一些小实验，这样能激发学生学习物理的兴趣，培养勇敢自信、发明创新的精神。

例如，在学习了匀变速直线运动的规律后，可让学生身拖长条（4m）纸带，采用打点计时器打点的方法，探究一下“均匀跨步前行时人体运动速度的变化规律”；在学习了自由落体运动后，可让学习做一下教材中的“测定反应时间”小实验，也可要求学生利用“水龙头滴水”的方法测量当地的重力加速度。

再如，在学习了静电场后，可以让学生制作简易验电器，并利用自制的验电器检验物体是否带电以及带电的性质，研究接触起电与感应起电；在学习了电路的相关知识后，可以要求学生利用家中的电度表，测定家用电器工作时的实际电功率，或者要求学生利用所学电学知识，排除简单的线路故障。

另外，开放物理实验室，实现实验操作与学生零距离，也不失为一种有效方法。让学生到实验室用实验验证作业中的难题或不明白的地方、以及自己的猜想，与课堂教学相互补充。一方面，学生可以根据个人的兴趣、能力选择实验项目，使学生变被动为主动，自觉完成自己的实验内容。另一方面，学生自己选择实验时间，也就保证了学生有比较充分的预习时间，为学生顺利完成规定的实验内容创造了前提条件。使学生从“要我学”转变为“我要学”，有利于逐步形成以学生为中心的实验教学模式，也有利于提升学生应用所学知识和实验方法解决现实问题的意识和能力。

例如，受实验条件的限制，一般学校在气垫导轨、光电门、传感器等实验设备通常只能在教师演示实验中使用，而在学生分组实验中则不多见。开放物理实验室，可以让学生亲自动手，应用这些实验器材，解决他们感兴趣的实际问题，如测定动摩擦因数、探究弹性势能的表达式、研究物体的碰撞等等。

再如，测量电阻的阻值有对金属电阻、电表内阻及电源内阻的测量，测量方法也有多用电表法、伏安法、替代法、比较法、电桥法等多种。在开放的物理实验室，可为学生自由选择实验器材实现科学应用与深入探究创造条件。

总之，基于科学素养提升的物理实验教学，是从“表层教学”向“深度教学”的转变，是从“知识传授”向“能力提升”的转变。教师的作用不再是“告诉”学生实验，而是“引导”学生从实验操作中学会并提高分析问题和解决问题的综合能力，切实提升科学素养。

参考文献：

[1]陈坤，印晓明。“探究电磁感应现象的产生条件”教学片段的设计及反思—基于物理核心素养导向[J]。物理教师，2016（11）。

[2]阳太林。以学生创新能力的培养为中心改革高校实验教学[J]。实验技术与管理，2005（10）。

[3]林少平。高中物理实验有效教学的几点思考[J]。科教导刊，2014（3）。