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基于S.P.T教育的高中物理科学探究素养培养

发表时间：2020/12/14 来源：《现代中小学教育》2020年第11期作者：蔡奕夫

[导读] 随着新一轮课程改革的展开和高中物理学科核心素养的提出，在课堂中使核心素养落地成为物理高中教学的重要内容。

广东省肇庆市第六中学蔡奕夫

摘要：随着新一轮课程改革的展开和高中物理学科核心素养的提出，在课堂中使核心素养落地成为物理高中教学的重要内容。本文拟探讨通过引入S.P.T（科学.物理.技术）教育,在课堂教学中与物理知识相结合，引导学生通过实验探究获取知识，激发学生的求知欲，提升学生的学习能力。
关键词：新技术应用    科学探究     实验探究
        根据《普通高中物理课程标准》（2017年版2020年修订）要求,高中物理教学需要“引领学生认识科学的本质以及科学·技术·社会·环境的关系”，为此，在高中物理教学中，将科学、物理、科技三者融合，培养学生自主探究、乐于探究、主动参与的学习兴趣，引导学生养成运用所学物理知识探索未知领域规律的一般方法和科学习惯，同时结合第二课堂的开展，培养学生创新意识，训练动手实操能力，形成通过实验观察、获取信息、得出结论、作出解释的科学探究思维。
        一、科技成果融合物理课堂，激发学生探究兴趣。
        1.融入科技成果，导入物理课堂。在课改前，物理往往被认为是高中课程中最难的学科，绝大部分学生在学习过程中都会遇到很多抽象的知识点，在无法掌握的情况下就会感到迷茫，在感到困难的时候就会进一步降低学习的动力。所以在课堂中，如何能够尽快抓住学生眼球，把学生吸引到物理学科的学习中是关键。如在选修3-2第三章《传感器》的学习中，在传统教学中,我们会利用校园内的一些自动控制装置，如楼道的感应灯如何利用红外传感器去控制晚上楼道的照明装置确保学生经过是有足够的亮度又不会浪费电。对于这些日常生活中经常看到的现象学生往往没有太大的兴趣去了解，激发不了学习的动力。在当前的物理教学中要融入新的科技成果，而且这些新的科技是学生能够在日常网络资讯中可以了解到的一些内容。如《传感器》的学习中，我们采用了目前最新的无人驾驶技术，向学生介绍汽车在无人驾驶技术中的传感器应用，还利用校内老师私家车的一些传感器应用技术（如吉利博越汽车在ACC自动巡航技术中的应用,向学生介绍当前传感器在新技术上的应用）。这些类似的新科技成果，用于物理课堂导入，能吸引学生眼球，使物理学习贴地气有内容，让学生爱上物理并引导学生以积极的态度去面对学习中的困难。
        2.借助科技创新，创设物理情景。对于一些在社会生活中下无法看到或在实验室中做不到的实验，可以通过新技术去呈现在学生眼前，避免了仅仅是通过文字、图片或者是网络视频链接相关知识。在必修2第三章第三节《飞向太空》的教学中，以为的教学过程都是通过网络资料为主让学生了解相关知识。现在就可以利用VR眼镜（虚拟眼镜），给学生通过VR眼镜观看《太空漫步》、《太空遨游》、《不一样的工作站》等，让学生亲自通过VR技术去感受太空的魅力，激发学生佢了解太空的意愿为学习物理知识提供情景认知。
        3.利用科技应用，构建物理模型。物理学科学习中，往往会建立物理模型，当学生掌握了物理模型就可以很好的去提高物理成绩，但是模型的建立并没有那么容易。众所周知认知的获取中，视觉认知所得总是会大于听觉认知的收获，动手操作所得总比简单的听和看要收获得多，所以在一些物理模型的建立中由于物体运动的速度较快等一些实际情况，所以学生在观察物理现象或者实验时就只能依靠老师的讲解或者是网上的视频资源进行慢动作播放。对于这样的操作处理缺点有两个：a.学生没有参与感，对于物理知识的学习不论是兴趣还是感悟都没有那么深刻；b.对于一些特定需要的资源未必能在网上找到，就会限制了实际的教学的需求。而现在只需要利用一些身边的新科学技术就可以解决一些常见问题。例如在向心力实例分析中，竖直平面圆周运动最低点是一个常考点。很多学生在刚刚接触时会觉得较难理解，或者出现学了后记不住的情况。这样就需要给学生建立一个竖直平面圆周运动最低点的的动力学模型，帮助学生去理解。我设计了如下实验，利用华为mate30pro的手机高速摄影的功能，让学生亲自操作该实验：拍下静止状态下小球所对应的位置，并记下直尺读数；接着把小球拉到水平位置静止释放，使用mate30pro的高速摄影记录小球通过最低点的位置。通过两张照片的对比，就会发现当小球做圆周运动通过最低点时，橡皮筋比静止时拉得更长，说明小球在最低点时受到的向上的拉力大于向下的重力，说明合力指向圆心做向心力。这个实验从操作、记录到分析，都可以由学生自主完成，通过实际动手、观察得出结论并建立起竖直平面圆周运动最低点的动力学模型。利用身边随手可得的新科学技术手段，帮助学生建立物理模型有效提高学习的成效。

        二、科技发展走进物理实验，培养学生探究能力。
        物理学科是建立在实验基础上发展起来的自然科学，传统教学是在老师的指导下帮助学生完成相关实验，验证相关的物理结论。但是这样的教学对培养学生的探究能力起的作用不明显。因此在高中物理教学中应充分利用科技的发展，指引学生自主进行思考设计，操作实验，并通过实验培养学生的探究能力。例如在必修1第四章第二节《影响加速度的因素》和第三节《探究加速度与力、质量的定量关系》中，以往的教学中往往采用通过传统的平衡摩擦力、保证沙桶质量远小于小车质量的方法去进行实验操作，由于受实验条件的限制，实验的系统误差会造成无法定量确定加速度大小与力、质量之间的比例关系。在这样的情况下，往往都是老师进行演示实验进行定量测量，学生分组实验只能确定定性关系。另外仅仅通过老师的演示实验对于学生探究能力的培养有限，无法提升学生的科学素养。为此要充分利用新的教育教学技术，利用气垫导轨、光电门去进行该实验的研究。把实验的设计、实际操作、数据处理全部交给学生，利用这些新的教育教学技术，有效提高了数据的精确度，使学生通过自主设计、操作和处理，得到准确的结论并提升自主探究能力。
        三、科技创新带动第二课堂，提高学生运用能力。
        物理学科作为科学百花园中璀璨的明珠，也是人类文明进步的基石。物理学科中融入了大量的科学知识，并且应用在新技术中。为了提高学生的应用能力，除了在物理课堂中学习科学知识了解新技术应用，还充分开展第二课堂活动。利用校本课程，开展关于物理学科在科学技术方面的应用学习，使学生了解最新的资讯。每年都开展科学周活动，组织学生参加科学周活动，让学生充分去展示自己的想法，并把他们的想法付诸行动。只有通过大量的实践活动，推动学生去感受科技魅力，放任他们在科学技术方面的脑洞大开，展示他们的在科学技术方面的作品，帮助学生进一步理解理论知识并能应用到实处例如在2018年春节联欢晚会上出尽风头的机器人舞蹈，使很多学生无比兴奋。利用校本课程还有科技周活动，让学生了解机器人的基本原理，并亲自去操控一些简单的机器人，使学生能够有切实体会，并着手接触简单机器人的设计及操控。
        在高中物理教学中，把科学、技术与物理教学有效的融合在一起，引导学生通过实验探究获取知识，激发学生的求知欲，能够进一步的提升学生的学习能力，培养学生的物理科学素养，在课堂中使核心素养落地成为物理高中教学的重要内容，以实现物理学科培养人的目标。
参考文献：[1]《普通高中物理课程标准》（2017年版2020年修订）