摘要：物理是一门以实验为基础的自然科学，物理教学离不开实验，物理实验对学生掌握物理概念以及学生核心素养的发展有着重要的作用。在高中物理实验教学中，学生除了要熟练掌握实验操作，还要通过教师的引导，在实验中培养科学探究能力，提高自身的物理学科核心素养。
关键词：物理学科核心素养 高中物理 实验教学
在高中物理实验教学中,常常会因为课时紧、学习任务重等原因，实验教学未能按教材要求开展，或者仅由教师作简单的演示实验，而未能发挥物理实验应有的作用，学生只能通过“看”来记住物理实验的操作步骤，而没有亲身经历物理实验的探究过程，好好体会科学研究方法，显然这不利于学生物理学科核心素养的培养，本文探讨了如何基于物理学科核心素养开展高中物理实验教学。
一、授之以鱼，不如授之以渔——教师是物理实验教学中的引导者
在物理教学中，如果教师只关注“知识点”，那教学设计自然会聚焦于学生获得知识，而忽视学生物理学科核心素养的培养。古语有云：授之以鱼，不如授之以渔。在物理实验教学中，教师要转变教学观念,要把核心素养渗透到实验教学的各环节，不要急功近利直接呈现实验结论，而要让学生有充分参与的时间和空间，让学生在教师的引导下，能发现问题，会提出问题，掌握科学推理、科学论证的方法，学生得到的不仅是教师预期的“实验结果”，更重要的是科学思维能力和科学探究能力的提高。
例如以高中物理“自由落体运动”为例，在讲授这一部分的内容时,学生已掌握了通过实验去研究匀变速直线运动规律的方法，在实施物理实验教学的全过程,教师都担当着引导者的角色。
1.实验前，创设情境。学生会从经验常识得出重物比轻物下落快的结论，教师可利用等质量的纸片和纸团创设物体下落的情境，引导学生思考：空气阻力是会对物体下落产生影响？通过真空管演示实验，观察羽毛和金属片下落情况，引导学生得出物体在真空中下落快慢的共同特征，建立自由落体运动的概念。进一步引导学生思考：自由落体运动是怎样的一种运动？能否将轨迹显示出来，变得有迹可循呢？这时候，学生通过查阅课本，自然就会想到“用频闪摄影”的方法或者“用打点计时器”的方法来研究自由落体运动。在物理实验教学中，教师应多方面创设问题情景，给予学生更直观的感性认识，并鼓励和启发学生去发现和提出问题。
2.实验中，组织引导。首先，教师要为实验教学准备充足的资源，搭建好实验平台。因为充足的资源给学生更多的选择，提供更广阔的探究空间，帮助学生能以更多的方式去解决自己遇到的问题。前面学生想到了“用频闪摄影”或“用打点计时器”的方法来开展探究实验，教师就在实验室允许的条件下，准备好相应的器材：频闪光源（见图1.1）、数码相机、打点计时器（见图1.2）等，
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学生利用这些实验资源，就能较好地获得物体做自由落体运动的轨迹（见图1.3，数码相机参数：NIKON D70，曝光3s，ISO640，光圈f/22）。学生成功获取频闪照片或打点纸带后，教师要进一步引导学生观察：从点迹中能得出什么结论？点迹是直线？速度逐渐增大？引导学生提出猜想：是最简单的匀加速直线运动吗？学生在获得初步成就感的同时，又会提出更进一步的研究问题。接下来，教师要扮演组织者的角色，让学生在观察、初步实验的基础上，分组进行下一步的探究实验：自由落体运动是什么性质的运动？是不是匀变速直线运动？教师引导学生设计实验方案，获取数据，处理数据，由于之前有“探究小车速度随时间变化的规律”的实验经验，学生不难求出自由落体运动的加速度，从而结论：自由落体运动是匀变速直线运动。除了上面两种研究方法，教师还可以提供下面的实验资源：Dislab数字化信息系统，光电门传感器（见图1.4），引导学生从前面所学的知识：匀变速直线运动速度与位移的关系，通过记录“工”字型挡光片上下两边的挡光时间求出瞬时速度，再量出上下两边前沿距离，即可利用采集的数据，分析计算出加速度。
3.实验后，反思评价。教师在引导学生通过自主探究获取科学探究的技能和素养的过程中，要在旁细心观察，及时发现问题，适时给予指导。在完成实验后，教师要及时组织学生进行交流，协助学生反思和评价小组的实验情况，总结不同探究方法在研究问题的优缺点，并结合伽利略对自由落体运动的研究历程，让学生认识到可通过实验来检验猜想和假设，这是一种非常好的科学方法。
通过案例可以看出，教师在物理实验教学中不再手把手教学生如何做，更多的是组织、引导，通过创设情境、整合实验资源，为学生搭建平台，把探索的空间和时间还给学生，使学生的物理思维能力得到启发，使学生的探究能力得到提高。
二、纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行——学生是物理实验教学中的主体
实验是物理学习的重要环节,有效的实验教学不但可以激发学生的物理兴趣,还可以通过学生亲身参与物理实验操作提升学生物理的技能，动手能力得到提高，并通过实验设计、实验操作、数据记录、数据分析和归纳推理等环节，科学思维能力得以提升，科学探究能力得到提高，因此在高中物理实验教学中，要充分体现学生的主体地位，下面以“探究碰撞中的不变量”探究实验为例。
1.提出物理问题。在教师创设生活中的碰撞情境如牛顿摆、台球碰撞视频、粒子碰撞动画等，学生积极思考：碰撞前后两个物体速度不同，而在物体的质量不同时速度变化的情况也不同，那么碰撞前后会有什么物理量是不变的？如何去追寻碰撞中的不变量？提出问题是科学思维的动因，是科学探究的起点，爱因斯坦曾说过，提出一个问题往往比解决一个问题更重要，教师不要急于自己给出问题，而应该引导学生在创设的情境中发现问题，如果学生不能马上提出问题，教师再通过创设新的情境，再以询问的方式引导学生思考。
2.猜想和假设。在教师明确了只研究最简单的一维碰撞后，学生结合运动有关的物理量“质量”和“速度”展开猜想，质量是不变的，速度在碰撞前后是变化的，但是速度与质量的乘积在碰撞前后是不变量吗？乘积之和呢？或者是质量与速度的二次方乘积之和不变？学生在一维碰撞的情况下，经过猜想和假设，设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v′1、v′2，如果速度与规定的正方向一致，取正值，相反取负值，研究以下关系是否成立：
①m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2；
②m1v＋m2v＝m1v′＋m2v′；
③＋＝＋
科学探究的核心环节是猜想和假设，学生可以大胆猜想，提出假设，但要注意猜想的指向性，并应有根据，而不是凭空瞎猜。学生的猜想要基于本身已有的知识和生活积累的经验，运用科学的方法或直觉进行猜想。
3.设计实验与制订方案。碰撞可能有很多情形，比如质量相等的两物体碰撞，质量不等的两物体碰撞；两物体相向碰撞，运动物体碰撞静止物体；碰撞后分开，碰撞后粘在一起……学生在设计方案时要考虑：所要追寻的不变量必须在各种碰撞的情况下都不变。通过查阅资料，结合实验资源，学生初步设计以下探究方案：用打点计时器导轨小车探究（见图2.1）、用摆球探究（见图2.2）、用光电门探究（见图2.3）、用平抛运动探究（见图2.4），相应的实验器材分别
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是：（1）打点及时打点计时器、小车、滑轨、纸带、天平（2）铁架台、摆球、量角器、坐标板（3）光电门、小车、挡光片、Dislab软件、天平、游标卡尺（4）斜槽、钢珠、玻璃球、天平、复写纸、白纸、重锤。
通过初步尝试，学生思考实验方案的可行性：（1）能做出多种情形的一维碰撞，（2）可测不同方向的速度（相向、同向）（质量可用天平测量）。得出如下结论：方案1：比较适合探究运动小车碰撞静止小车情形，碰后粘合在一起；方案2：较难实现一维碰撞；方案3：较符合探究要求；方案4：方案可行，但误差较大。
设计实验与制订方案是科学探究过程的重要环节，学生在这个过程中，要将猜想与假设具体化，经历多次的设计与修订，最后定出最优的方案，这个环节能很好地发挥学生的创造性，教师应充分尊重学生思维的独立性及多样性，从旁给予积极的指导，给学生充足的时间。
4.获取和处理信息。学生根据拟定的实验方案，按步骤步骤进行实验：（1）用天平测出物体质量；（2）安装实验装置；（3）使物体发生一维碰撞，测量或读出相关物理量，计算相关速度；（4）改变碰撞条件，重复实验；（5）通过数据分析处理，找出碰撞中的不变量；（6）整理器材，结束实验。
实验数据的处理：可设计如下表格记录测量的物理量（见表2.1），从表中所列的关系中，找出碰撞前和碰撞后守恒的量。
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以上几种方案处理速度的方法不同，学生会根据自己习得的知识加以区分：（1）导轨小车法，根据v＝计算速度，用刻度尺测量纸带上两计数点间的距离Δx，而Δt则为小车经过Δx所用的时间，可由打点间隔算出。（2）摆球法，测量小球碰撞前被拉起的角度、碰撞后两小球分别摆起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度、碰撞后对应的两小球的速度。（3）光电门法，利用v＝，式中测量滑块挡光片的宽度Δx，记录挡光片经过光电门对应的时间Δt。（4）平抛运动法，测量入射小球、碰撞后入射小球及被碰小球飞出的水平距离s1、s′1和s′2，实验确保两小球高度下落一致，那么飞行时间相等，无需记录。
该环节能检验学生对物理知识和实验技能的掌握与运用，学生亲自去操作，亲身去体验，教师不要做太多的演示示范。在处理信息时，让学生依照测量的物理量，运用逻辑推理来确立物理量的关系。
5.得出结论并解释。学生通过分析处理数据，得出在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是物体的质量与速度乘积之和，即m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2，而不是其他关系式，对于可测量、可量化的探究实验，数据是最好的证据。学生可能认为实验到此结束，可是得出的“不变量”，仍然带有猜想的性质，虽然它在探究实验中存在，只有根据实验结果推导出的许许多多新结论都与事实一致时，猜想才能成为一条定律。这是一个从实践到理论的思维过程，学生的处理信息能力、概括能力得以提高，更重要的是学生在这个过程中学会归纳、比较、推理等思维方法。
6.交流、评估和反思。各实验小组回顾实验的过程，小组间从问题的提出、实验方案的设计、数据的收集和整理、结论的得出及解释等分享交流，对于未能完成探究任务的小组，也必须承认实验结果，切勿篡改实验的数据。各实验小组对存在问题进行反思，如导轨小车组，是否注意平衡摩擦力？摆球组如何更好地测量摆球角度？平抛组如何更好地实现一维碰撞？还有，实验误差有哪些？实验方案还可以改进吗？学生在教师引导下，采取学生自评、小组评估等形式对实验方案、实验操作、数据收集、结论进行及时有效的评估，同时，对学生在实验过程中表现出来的科学态度与精神，教师要给予肯定。该环节对于进一步优化探究方案，提高学生科学探究能力，特别是提出问题和信息交流的能力，发挥着很大的作用。
以上案例充分体现了学生学习主体的地位，在物理实验教学中真正让学生主动参与其中，叶圣陶先生曾说过“教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导”，教师要不断更新教学观念，学习运用新的教学理念，变“教”为“导”，在教学的引导下，学生的物理学科核心素养的得以养成。
三、结论。
综上所述，基于物理学科核心素养的物理实验教学,教学目标应该是培养学生物理学科核心素养，教师应转变教学观念，改进教学手段,促使学生在实验过程中形成物理观念,发展科学思维，提高科学探究能力，为学生的终身发展奠定基础。
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