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核心素养下高中物理电学实验教学的优化策略

发表时间：2021/3/29 来源：《教学与研究》2021年2月下作者：朱吴军

[导读] 在物理教学中，物理实验发挥着重要的作用，是培养学生科学思维和探究能力的有效载体。但是，就当前高中物理教学的实际情况而言，在物理课堂上，教师并没有将学生核心素养的培养重视起来，在一定程度上违背了新课改对物理教学的要求。

杭州市富阳区第二中学朱吴军邮编311400

摘要：在物理教学中，物理实验发挥着重要的作用，是培养学生科学思维和探究能力的有效载体。但是，就当前高中物理教学的实际情况而言，在物理课堂上，教师并没有将学生核心素养的培养重视起来，在一定程度上违背了新课改对物理教学的要求。因此，本文就从物理学科的核心素养上着手，以电学这一部分的内容为例，对核心素养下物理实验教学的优化策略进行深入探究，旨在让学生掌握基本知识的同时，实现物理核心素养的提升。
关键词：核心素养；实验教学；优化策略
        对于高中阶段的学生来说，其已经具备了一定的逻辑思维和推理能力，从形象、直觉的兴趣逐渐发展到了对因果认知和操作等方面。但是，当前应试教育仍然对学生有着很大的影响，在课堂上，学生们只能被动的接受知识，认识不到实验教学的重要性，在已经知道实验结果的前提下开展实验，学生只是盲目跟从老师进行，这就导致其在实验过程中很难实现探究能力和创新思维的提升。鉴于此，在物理实验教学中，教师必须紧紧围绕新课标的要求进行，让学生充分发挥其在课堂上的主体地位，通过演示实验、分组实验等让学生主动发现和探究问题，最终为其核心素养的发展奠定基础。
        一、物理学科核心素养的内涵
        2017版《普通高中物理课程标准》指出：物理核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。物理核心素养是学生在学习物理过程中逐步形成的知识积淀、思维品质、能力表现、科学思想以及科学的情感、态度和价值观的综合体现。主要由物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任等四个方面的要素构成，是普通高中物理课程目标的进一步体现[1]。高中物理是一门以实验教学为基础的学科，尤其对高中物理抽象难学的电学部分而言，通过优化实验教学来培养物理核心素养显得尤为迫切。实验教学可以将这些抽象的概念和规律通过直观、形象的方式展现出来，配以有效的策略，可以帮助学生更好的掌握这些抽象的电学概念和电学规律，在自主探究的过程中也能实现科学思维、探究能力以及科学态度的发展，从而为其核心素养的提升提供有力支撑。
        二、当前高中物理实验课教学中存在的问题
        （一）学生主体地位不突出
        通常情况下，物理实验都是穿插在规律教学和概念教学之间的，但是，在实际教学中，物理教师往往更加关注理论讲解，在很大程度上忽略了实验教学的重要性，即使有专门的实验课，但实际教学的时间也非常短；加之当前学校还存在实验室配置不达标的情况，从而也就无法满足实验教学的需求。此时，教师为了节约更多的时间开展理论教学，通常都会通过演示实验的方法代替学生的亲身实践。在这种环境下，学生很有可能出现对实验思考与理解不充分的情况，直接影响实验教学的效率和质量，不仅学生的主观能动性不能充分发挥出来，物理教学的效果也不能保证。
        （二）过于关注实验教学的形式
        在初中阶段，学生已经学到了一些比较简单的物理知识，这就为其高中物理学习的顺利推进提供了一定的支撑。但是，在实际教学中，一些物理教师正是考虑到了这一点，在讲解物理知识是都是挑着重点阐述，一些涉及到初中阶段的知识点就让学生自行回忆，也在很大程度上忽略了对学生科学思维的培养，实验教学的形式化现象比较严重，过于关注实验结果，忽略了实验过程中的细节问题。在讲解实验题目时，存在着严重的细节问题讲解不到位的情况，学生很难准确把握实验的本质，在做实验题时失分率非常高[2]。
        三、核心素养下高中物理电学实验教学的优化策略
        （一）创设问题情境，形成物理观念
        在开展电学实验教学时，演示实验会在一定程度上影响学生的主观能动性，不能让学生自己动手开展实验探究，得到实验结果。鉴于此，在物理电学实验教学过程中，教师就要有意识的为学生创设良好的物理情境，以问题为引导，一边演示实验步骤，一边提出问题，引导学生对实验的内容进行进一步的思考，对教师演示的实验进行分析，充分吸引学生对物理演示实验的注意力，提升物理学习兴趣，从而为其物理观念的形成提供支撑。
        以“电磁感应”现象为例，在讲解这一部分内容时，为了让学生对电磁感应形成初步的了解，教师就可以为学生创设一个“感应电流”的问题情境，上课前，先利用多媒体向学生展示“感应电流产生条件”的实验，让学生先对“电磁感应”现象有一个初步的了解。上课前，教师还需要准备一个自己制作的“铝管电磁隧道”（这个特殊命名为了增加神秘感，吸引学生注意力，提高学生的实验兴趣，其实就是一根普通的中空铝管），准备课上实验所需的器材（铁质小圆柱体、相同大小的强磁小圆柱体，两者的直径略小于铝管的内径），在课上，教师需要利用大小相同的铁质小圆柱体和强磁小圆柱体进行实验。在实验过程中，学生们发现，带有磁性的小圆柱体在穿过铝管时所用的时间更长，在这一现象中，同学们就很自然地产生了这样一个疑问：“从某些程度上来看，两个小圆柱体近似做自由落体运动，那为什么它们在穿过铝管时会出现时间上的差异呢？”当提出这一问题后，教师就可以抓住这一契机，让学生带着疑问观看下面的实验，在此过程中，学生们充满了探究的欲望，此时就会紧跟教师的节奏继续分析实验。在接下来的实验中，教师会对闭合电路部分导线切割磁感线产生感应电流的实验进行演示，此时，学生就可以直观地看到闭合电路中磁通量发生变化从而产生感应电流的现象；然后再通过电磁感应的能量转化的实验，学生就可以从中找到问题的答案。在上述问题的引导下，学生深入探究的兴趣被充分激发出来，可以很好的融入到老师的演示实验中，不仅提升了实验的趣味性，后续相关概念教学也可以顺利进行，在潜移默化中也锻炼了学生的物理思维。
        （二）开展小组合作活动，提升学生自主实验探究能力
        在探究导体电阻与其影响因素的定量关系实验中，由于在初中阶段学生只学习了欧姆定律，对电阻这个物理量理解很肤浅并不深入，对影响电阻大小的因素很陌生，一下子很难消化教科书中提出的电阻公式“R=ρ×L/S”。针对这一情况教师可以通过组建学习小组，让学生通过小组活动展开合作并自主探究影响电阻大小的相关因素。教师可以引导各个小组分别进行讨论，提示学生根据已有知识储备、相关参考资料、生活经验等影响电阻大小的可能因素有长度、横截面积、材料等。当一个物理量可能同时跟三个物理量有关时提示学生要用控制变量法来探究这个物理量与其中一个量的定量关系。让每个小组讨论设计出电路图，根据本组的电路图进行实验探究。有些小组采用教科书上的串联电路图进行探究，在这里不加赘述。有些小组在组内充分讨论及在教师的引导提示下画出了如图1的电路图（忽略电流表电阻，实际实验时尽可能采用内阻很小的电流表）。课前，教师可以先准备三根相同材料但形状不一的金属丝，并对其长度进行测量，选择金属丝时需要注意，第二根金属丝要比第一根长，但要保证直径相等，而第三根金属丝要比第一根的直径粗，但长度要相等，之后引导学生展开实验。

        把三根金属丝依次接入电路中，通过电压表和电流表测出金属丝两端的电压和电流，并记录上面的数值，改变滑动变阻器阻值进行多次实验并记录。然后根据公式，利用R=U/I计算出相应金属丝的电阻。当学生根据公式计算出每一根金属丝的电阻后，教师可以提问学生：选择的三根金属丝在材质上都是相同的，为什么测出来的电阻不一样呢？引导学生结合这一问题进行深入的探究，在探究的过程中，学生可以在小组内积极发表自己的意见。通过电路实验，小组内部很快就能分析出在误差允许范围内同种材料的导体，其电阻与它的长度成正比，与它的横截面积成反比的结论。之后，教师可以接着提问：如果把三根电阻丝分别换成三根长度和直径都相同的铜丝、铝丝、铁丝那测出的电阻会一样吗？教师再次引导学生进一步探究电阻大小跟材料的关系，通过以上两个步骤引导学生自然得出电阻公式“R=ρ×L/S”，式中ρ是比例系数，它与导体的材料有关，，是表征材料性质的一个重要物理量，在长度、横截面积一样的条件下，ρ越大，导体的电阻越大。ρ叫做这种材料的电阻率[3]。在学生合作探究的过程中，学生可以真正参与到实验探究中来，思考教师提出的问题，解决问题，得出电阻的公式，从而推导出电阻率公式“ρ=R×S/L”不仅充分理解了相关的概念和知识，学生的合作意识和实验探究能力也得到了进一步强化，有利于物理核心素养的培养。
        （三）拓展提升，培养科学思维和科学态度
        实验不仅可以引导学生直观地理解课本中抽象的概念和规律，其在实验过程中也能得到一定的启发，从而将自己所理解的物理知识进行灵活的运用，更好的解决生活中的实际问题。实际上，物理和生活有着非常紧密的联系，在物理课堂上，教师不仅要重视学生对基本概念和基本规律的理解，更要关注培养学生的科学思维，让学生将生活和物理知识紧密联系起来，理论联系实际[4]，更要做好拓展延伸工作，补充一些课外科技小制作、小实验，为学生创造更多的动手实践机会从而锻炼并提高学生的动手探究能力。在设计并开展小实验的过程中，逐渐培养并促进了学生科学思维的发展，教师也可以收集一些生活生产中较常见的物理现象，引导学生试着用物理原理加以分析及解释，这样能使学生体会到理论联系实际的意义与成就感，从而激发学生潜能，为实验教学的有效性提供保障。
        下面以“小火车过隧道”小实验为例，如图2所示。在实际教学中，教师事先准备好实验器材，可以先让学生自己动手制作并演示电磁相互作用现象。引导学生利用铜丝绕成的螺线管和两端加了强磁体的电池开展实验。先将较粗的铜线绕成直径稍大于电池直径的螺线管，螺线管的相邻两环之间的间隙不要太大，也可不留间隙。绕成的螺线管具有一定长度，把螺线管的首尾连接在一起，这样就

    形成一个“隧道”圆环。在电池正负极两端分别吸上比电池直径稍大的一个扁圆柱形强磁体（磁性足够），形成一列“小火车”。然后把这列“小火车”放入到螺线管里面，这样，就能让“小火车”在螺线管里面运动起来，“小火车”一直会运动下去直到电量耗尽。在这样的小实验中，学生就会对实验的过程充满兴趣，能够集中注意力去探究，更好的理解电磁相互作用原理。在完成这个实验后，教师可以进行适当的延伸，继续提问：“同学们，你们知道这个实验与我们生活中的什么交通工具是同一个原理吗？”在教师的引导下，学生们发现，“小火车”在螺线管里运动的状态与磁悬浮列车的推进系统原理是相同的，从某种程度上来看，都是一种电磁相互作用现象。在此过程中，学生们的思维得到了很好的发展，日常生活和课堂实践紧密联系起来，此时，教师还可以布置课后自主探究小任务，让学生自行开展相类似的一些趣味性的小实验，在这样的拓展中，学生动手操作的兴趣就可以被充分激发出来，在这些简单的科技小创作中，学生的科学思维和态度也能得到一定的发展，最终为其物理核心素养的提升提供有力保障。
        四、结束语
        总之，电学实验一直都是高中物理教学的重点和难点，但其在激发学生物理学习兴趣上也发挥着重要作用。因此，在进行物理电学实验教学时，教师可以利用创设问题情境、开展小组合作、拓展提升等优化策略切实提升电学实验教学的有效性，通过精心设计的演示实验、引导学生自主探究等手段，充分发掘学生学习物理的潜能，培养其探究能力，促进其科学思维的发展，以期最终能够实现学生物理核心素养的提升。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017
[2]任厚宝. 基于核心素养的高中物理实验教学设计与思考[J]. 考试周刊,2020,(A5):131-132.
[3]物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理选修3－1[M].北京：人民教育出版社，2010
[4]崔振华,陈伟. 基于核心素养的高中“电学实验”教学策略分析[J]. 中学课程辅导(教师通讯),2019,(09):56.