高中物理实验探究情境的创设和实践

卢艺惠

摘   要：随着新高考改革的深入，落实学生的学科核心素养，培养学生关键能力显得犹为重要。教学实践表明开展实验探究活动，是培养学生物理思维和创新能力的重要教学形式。如何有效进行实验探究，首先要解决的问题就是创设科学合理的探究教学情境。教师有目的分步骤地引导学生透过现象看本质，深入探究，理解物理实验原理、总结物理规律、掌握实验设计实施的方法。本文通过部分教学实践中问题分析，探讨实验情境的创设方法。

关键词：高中物理;实验探究;情境;新高考

纵观近几年来新高考的试卷，可以看出试题在突出基础性、综合性、应用性的同时，通过开放性的探究情境设计，强化了学生创新意识和思维能力的考查。这就要求教师重视研究教材，改进教学方式，探索基于情境和问题导向的探究式课堂教学，给学生提供深度学习和思考的空间[ 1 ];使学生在现实的问题情境中获得关键能力和学科核心素养的培养。

1  创设问题情境，调动探究动机

创设实验问题情境，是考试的现实要求。例如2020年全国卷第16题以荡秋千为情境，第24题以运-20运输机为研究对象，山东卷第7题分析“天问一号”，第15题研究拔火罐，第16题研究滑雪，浙江卷涉及隐形战斗机、体温枪、中国天眼等，无一不是我国最新高科技和最普通生活场景。试题情境的创设有来源于日常生活中的自然现象、生活事物、科技前沿。教师要引导学生用物理学的观念和思维方式来认识世界，体验生活，用科学探究的模式解释现象，创造性地提出问题，解决问题。也可以通过图片、视频、语言描述等方式创建物理情境，选取生产实践和高新技术中的片段进行研究。通过理论分析和模型建构，拆分成学生熟悉的物理模型，再进行实验探究。学生经历了提出问题、分析建模、实验探究、交流评价等探索过程，其理论分析能力、模型建构能力、创新思维能力就获得了培养。

创设科学合理的问题情境，能够有效地激发学生的学习动机，同时还有利于学生学会提出问题及创造性地解决实际问题，培养其创新思维和学科素养。中国高考报告就明确提出“无情境，不命题;无情境，不教学”的教学和考试要求，充分说明物理情境的创设在物理教学中的重要性。其次，物理学是一门基础实验科学，许多物理概念，物理定律只有通过实验，才能直观形象地展现给学生，让学生获取感性的认识，以助力学生深入理解。在此过程中，情境创设对于实验教学效益起着十分重要的作用。情境创设得好，不仅能引导学生的专念和注意，使观察细致完整;还能引导学生对实验现象及结果有所预设，当实验事实与预设一致时，学生会体验到因实验前自己对预设的思考和判断正确的愉悦，给思考和判断带来加强正效应，促成自主独立思考习惯的形成;当预设与实验结果不一致时，学生会自主深入探究两者不同的原因，为揭开现象中的本质而积极思维，这又进一步促成深度学习的达成。

例如，在讲解平抛运动时，许多教师没有进行实验情境的创设，直接进行平抛球与水平匀速球和自由落体球的撞击实验。由于缺乏情境的创设引导，学生不清楚实验的缘由、目的和意义，在观察实验时，兴趣注意较为平淡，对实验中的相撞的物理本质很模糊;相反，如果做如下的情境创设：①问学生水平抛出的粉笔头，其运动的轨迹是怎样的？为什么会这样？学生依据生活经验和直觉，很容易回答前一个问题，即“曲线运动”，对于后一个问题，他们可能仅会想到“受到重力作用”。②接着，教师用剪断的小管烟花弹（把小管烟花剪断，取后面一小截，这样烟花弹射出的速度较小）掠过泡沫板发射，可以在泡沫板上看出烟花弹经过的轨迹确实是一条曲线，印证了同学的预设结果是对的！在分析原因时，教师对学生的观点先不做评论，演示烟花弹竖直往上和往下发射时的痕迹，再反问同学，同学们会马上意识到轨迹为曲线的原因除了因受重力外，还与初速度的方向有关！③接着再问，曲线有非常多种，从已学过的数学知识看，有抛物线、反比例曲线、指数曲线、对数曲线等，因此要把握抛体的运动轨迹，仅知道其轨迹是曲线是不够的，还要知道它具体是什么曲线！同学们认为平抛物体的轨迹是什么曲线？有什么依据呢？此时，学生可能有各种猜测的回答。之后，教师再总结，不管你的猜测是什么，理由怎么讲，最终都要用实验来验证的。为此，我们先验证刚才同学提出的一种观点：即依据平抛运动的两个原因，第一，水平方向有初速度，第二，竖直方向受到重力作用。依据运动的独立性原理，平抛物体应该同时参与两种运动：即水平的匀速直线运动和竖直的自由落体运动。因而，可以设计實验分别验证。接着再说明实验的方法和结果预设。通过这样的情境设置，使实验不再看看而已，而是经历着有血有肉的情感思维和探究的过程。可以看出，同样的实验，有无情境创设，情境创设得好不好，其引导学生的思维历程和思维深度具有巨大差别，其教学教育结果的区别也是巨大的。

2  注重夯实基础，深入开发教材

新高考改革，教材随之发生变化，我们的教材观也要转变。新课程改革提倡教师从“教教材”走向“用教材”。教材是学习内容的依托，学生信任教材，依赖教材，教师要站在更高的角度，钻研教材，开发教材。教材中设置了丰富的实验探究素材，经过层层筛选进入教材，往往具有很强的可操作性和科学性、趣味性。然而调查发现在一些中学的物理教学中，没有现成的教学实验器材，配套的仪器老化缺少，做实验不如讲实验，讲实验不如背实验的现象依然普遍存在。解决这一问题重要措施就是大力开发低成本物理实验。物理知识源于生活实践，教师可以有意识引导学生观察思考、动手制作，利用生活中价格低廉或容易收集的材料器具做实验，简约但不简单，除去华丽的包装，更显物理思想的本色和科学探究的乐趣。

学生中学毕业却没见过电容器真面目，那只在图片里的基本原器件，只要拆几个淘汰的电器就可以让学生里里外外看个够。购买一些廉价的电容器、二极管等元器件就可以制作充放电装置，增加趣味性。电容器的构造和原理，不再那么遥不可及。

在讲竖直面内的圆周运动时，绝大多数学生没有看过水流星表演和也没坐过过山车，而学生对新知识的理解是在原有经验背景上建立起来的。师生可以发挥生活中现有材料的作用，利用杯子和绳制作水流星。通过动手实践，直观感受水流星里的水和水杯不掉下来需要满足一定条件，进一步提问引导学生思考分析受力情况，得出临界条件，难点迎刃而解。

3  拓展课堂延伸，提高实践能力

物理源于自然，源于生活，我们不要把学生“困”在课本中，题海里。教材中提供的实验方案通常比较单一，创设开放性探究模式，要不拘泥于教材，让学生在实践中发现问题，提出问题，设计验证。鼓励学生重新设计方案，改裝实验仪器，也可以以社会实践、课题研究、科技制作等形式组织开展课外活动。

教师在进行教学设计时，首先应从教育理念层面上转变教学思路，以知识讲授为主的课堂教学是以教师为中心，课堂变成教师的一堂言和表演秀，学生完全按照教师的需求配合教学，不断强化训练学科知识，貌似记得快，做题好，但是实际参与感不强，死记硬背，与真实的生活情境脱节，学科核心素养没有形成。教育改革要先从思想上革新，以学生为中心，从学生的发展需要出发，明确教学目标，精心设计学习活动，有效组织开展自主、合作、探究、展示，有利于培养学生自主探究意识，形成关键能力，提升思维品质。这在新高考命题考查中尤为突出。实验题的创新都是基于已学的基础知识和实验原理，创设新的物理情境，解决提出的新问题。对学生来说这既熟悉又陌生。学生熟悉的是实验器材和知识范畴，陌生的是如何获取关键信息，制订新的实验方案，记录和处理实验数据，并对实验结果进行误差分析和评价。

以手机为例，在研究手机触摸屏时可以延伸到电容器传感器的应用，可以分析用电器用电和充电不同方式的工作原理，也可利用手机的录放功能研究物体运动，还有很多可以开发的功能。以研究物体的运动为例，我们经常利用频闪照片分析运动轨迹，得出运动的特点。如自由落体运动和平抛运动。这些运动加速度较大运动时间短，肉眼难直观看清位置变化规律，频闪照片需要的器材昂贵条件要求较高，可以用普通手机慢拍实现，操作简便，随拍即看。再借助计算机辅助功能，对运动图像进行观察、分析、讨论、总结。物理实验探究活动，不仅是引入课题，提高学生兴趣的手段，更是培养学生物理学科素养的重要途径[ 2 ]。注意不要成为吸引学生注意，看个热闹的花架子。

如2020年山东卷第13题利用我们熟悉的手机和长木板测量重力加速度的大小。高中阶段测量重力加速度的实验方法多种多样。长木板通常配合小车和打点计时器及纸带或光电门进行实验。而利用手机模拟频闪照片就是创新的方式，学生容易理解，但要实现实验目标，需要合理设计实验方案，收集有用信息，建立坐标，处理数据，得出结论，这对学生的实验探究能力提出了更高的要求。

实验探究教学具有较强的开放性、综合性、实践性。教师要转变教学观念，更新教学模式，以学生为主体，为学生创设丰富科学的物理情境，更好地实现学生能力的培养和核心素养的提高。

参考文献：

[1] 教育部考试中心.中国高考评价体系说明[M].北京：人民教育出版社，2019.

[2] 张宏齐.新修订课标中学生必做实验变化产生的影响及建议[J].中小学实验与装备，2019（2）18-20.

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