摘要：本文將新版課程標準的貫徹實施作為研究背景，以學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，圍繞高中物理教學(xué)以實驗教學(xué)為例從培養(yǎng)切入點、培養(yǎng)方法兩個維度展開分析，旨在發(fā)揮出物理實驗教學(xué)對于學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)所存在的積極作用。關(guān)鍵詞：新課改；核心素養(yǎng)；高中物理；實驗教學(xué)核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理學(xué)科教學(xué)并非側(cè)重于學(xué)生牢固地掌握一系列的解題方式與公式，而是側(cè)重于學(xué)生能夠利用物理定理與觀念去解決現(xiàn)實生活中所存在的問題，學(xué)生通過物理學(xué)科知識的學(xué)習(xí)能夠形成一定的物理觀念，涵蓋能量觀念、運動觀念等，應(yīng)能夠科學(xué)地去思考某一物理現(xiàn)象，并積極地探究物理過程，理解科學(xué)的本質(zhì)，養(yǎng)成責(zé)任意識。由此可見，核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的物理教學(xué)是以生為本的教學(xué)。新課改下如何基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向科學(xué)開展物理實驗教學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)階段一線任課教師教學(xué)實踐中亟待解決的關(guān)鍵問題，而這一問題也將是本文所要研究解決的核心問題。一、物理實驗教學(xué)中核心素養(yǎng)培養(yǎng)切入點如若將物理學(xué)科核心素養(yǎng)比作一輛汽車，那么物理觀念素養(yǎng)則是這輛汽車的“發(fā)動機”，如果無法形成正確的物理觀念，那么學(xué)生在物理學(xué)習(xí)這條道路上將會舉步維艱。課程標準中明確指出物理觀念素養(yǎng)涵蓋物質(zhì)觀念、運動觀念、相互作用觀念以及能量觀念，絕大多數(shù)學(xué)生在進入高中學(xué)段之前，一直是直觀地認識世界，并在認識世界的過程中形成物理觀念，例如：將小石子與紙片在同一高度做同時下落，絕大多數(shù)的學(xué)生均會結(jié)合生活經(jīng)驗認為小石子質(zhì)量大，所以下落的速度更快；再如：用手推動課桌的現(xiàn)象，當(dāng)力消失時課桌的運動也將會停止，學(xué)生會普遍地認為力是維持物體運動狀態(tài)的關(guān)鍵性原因。實質(zhì)上，諸如此類的物理現(xiàn)象在學(xué)生日常生活中極為常見，當(dāng)這些物理現(xiàn)象發(fā)生時，學(xué)生往往不會注意到其他因素對物理現(xiàn)象的影響，因而形成錯誤的觀念。所以高中學(xué)段的物理學(xué)科教學(xué)需要對學(xué)生物理觀念的養(yǎng)成予以高度重視[1]。結(jié)合以往的高中物理教學(xué)實踐可知絕大多數(shù)的物理學(xué)科知識均是通過實驗分析而得出結(jié)論，雖然物理實驗占用課堂教學(xué)時間的比例較多，但本研究認為，教師與其為了節(jié)省時間要求學(xué)生機械性地記憶實驗過程、背誦實驗結(jié)論，不如將實驗情境再現(xiàn)，給予學(xué)生動手操作的機會強化學(xué)生的知識獲得體驗。學(xué)生在物理實驗的過程中通過了解實驗器材的結(jié)構(gòu)與用途，分析實驗過程、獲得實驗原理能夠彌補學(xué)生所欠缺的概念或規(guī)律，如此查漏補缺促進學(xué)生知識體系的重新建構(gòu)，從而助力學(xué)生形成正確的物理觀念。例如：在必修一第二章“自由落體運動”的實驗教學(xué)中，教師可以通過引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物體下落過程中的影響因素，使學(xué)生明確除重力因素影響外，空氣阻力、物體的形狀均會影響物體的下落速度。那么回顧以往的物理觀念，從空氣阻力的角度去考量小石子與紙片下落速度，因紙片受空氣阻力的影響更大，所以紙片下落的速度慢于小石子。如果忽略空氣阻力對兩個物體的影響，為了探究兩個物體的下落是何種情況，教師可以將實驗過程設(shè)計如下三個演示實驗：①將小石子與紙片（水平擺放）在同一高度下同時松開任其下落；②將紙片隨意團成紙團，而后將小石子與紙團在同一高度下同時松開任其下落；③將小石子與紙片在同一高度下同時松開任其下落。并引導(dǎo)學(xué)生自主開展上述三個演示實驗，觀察并記錄實驗現(xiàn)象，結(jié)合實驗現(xiàn)象對三個演示小實驗做合理的實驗猜想：演示實驗①，通過實驗演示學(xué)生可觀測到小石子先落地的實驗現(xiàn)象，那么絕大多數(shù)學(xué)生均會產(chǎn)生“物體下落速度的快或慢可能與物體自身的質(zhì)量存在關(guān)系”這一實驗猜想；演示實驗②，通過實驗演示學(xué)生可觀測到小石子與紙團同時落地的實驗現(xiàn)象，那么基于這一實驗現(xiàn)象，絕大多數(shù)學(xué)生則會產(chǎn)生認知矛盾，在否定以往的質(zhì)量影響下落速度的認知上又產(chǎn)生“物體下落速度的快或慢可能與物體的形狀存在關(guān)系”這一猜想；演示實驗③，通過實驗演示學(xué)生可觀測到小石子與豎直下放的紙片同時落地的實驗現(xiàn)象，那么基于這一實驗現(xiàn)象，班級學(xué)生將會再一次地產(chǎn)生認知矛盾，在否定以往的質(zhì)量、形狀影響下落速度的認知上又產(chǎn)生“物體下落速度的快或慢可能與空氣阻力存在關(guān)系”這一猜想。在上述實驗現(xiàn)象觀測與實驗猜想環(huán)節(jié)中，三個演示實驗雖然致使學(xué)生產(chǎn)生兩次認知矛盾，但學(xué)生均直觀地觀測到了實驗現(xiàn)象，所以認知矛盾的產(chǎn)生與形成新的實驗猜想是學(xué)生構(gòu)建完整知識體系，形成正確物理觀念的切入點。在掌握正確物理觀念之后學(xué)生能夠于之后的“牛頓第一定律”實驗分析中更為肯定空氣阻力對于物體運動所存在的影響。（二）科學(xué)思維素養(yǎng)培養(yǎng)切入點結(jié)合以往的高中物理教學(xué)實踐可知在師講生聽的模式下學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)較為薄弱，絕大多數(shù)學(xué)生并不能夠獨立選擇科學(xué)的方法去分析物理問題，同時關(guān)于某些物理現(xiàn)象的推理也需要依靠教材提示與教師指導(dǎo)。究其原因不僅在于師講生聽的授課模式，還在于教師忽視了學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練。那么在物理實驗教學(xué)中教師應(yīng)重視在有所啟發(fā)且留有余地的情況下突破教材的局限性對學(xué)生進行教學(xué)指導(dǎo)，以此使學(xué)生能夠更為主動地去思考問題。例如：在“小車運動規(guī)律與因素”的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，依照教材內(nèi)容教師大多會準備四組實驗器材，并在實驗教學(xué)開始階段利用多媒體設(shè)備告知學(xué)生打點計時器的工作原理，課堂教學(xué)氛圍較為沉悶，那么如果此時教師向?qū)W生提出“頻率為50Hz的打點計時器其時間間隔是多少”的教學(xué)問題，絕大多數(shù)學(xué)生均能夠快速答復(fù)教師“0.02s”，然而在“頻率變小時打點計時器的周期如何變”這一問題中，絕大多數(shù)學(xué)生則無法快速回答，且回答錯誤者較多[2]。說明傳統(tǒng)的授課模式并不能夠使學(xué)生真正地理解打點計時器的周期與頻率之間的關(guān)系。對此，本研究建議教師在實驗教學(xué)伊始直接向班級學(xué)生呈現(xiàn)打點計時器，并鼓勵班級學(xué)生結(jié)合本次實驗的目的自主安裝實驗器材，從而使學(xué)生在操作的過程中掌握打點計時器的用途與方法。而在此之后學(xué)生也可以較為輕易地回憶起本次實驗課程中所應(yīng)用的方法，如：“測量自由落體加速度”實驗中回憶起“紙帶法計算加速度”。由此可見，實驗教學(xué)除能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)外，還能夠強化物理學(xué)科各章節(jié)知識間的關(guān)聯(lián)性，有利于學(xué)生構(gòu)建完整的知識體系，優(yōu)化學(xué)生的思維邏輯性。（三）科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)切入點教師在物理實驗教學(xué)中可以于每一個實驗環(huán)節(jié)中，關(guān)注學(xué)生探究問題、收集證據(jù)、解釋證據(jù)以及交流結(jié)論。例如：在“探究小車速度隨時間變化規(guī)律”的實驗教學(xué)中，本次實驗的核心問題在于觀察、猜想小車速度隨時間變化的規(guī)律，那么這一問題也將是學(xué)生所要探究的核心問題。在解決問題的環(huán)節(jié)中教師需引導(dǎo)學(xué)生逐一介紹實驗器材、實驗原理，引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材呈現(xiàn)的實驗步驟等，而后鼓勵各小組學(xué)生開展實驗。那么在此環(huán)節(jié)中打點計時器在紙帶上打下一系列小點的過程即是探究證據(jù)產(chǎn)生的過程，學(xué)生篩選較為理想的一條紙帶并舍掉初始階段比較密集的點的過程即是探究證據(jù)收集的過程。在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，學(xué)生需計算各點的速度并填入數(shù)據(jù)處理表。而后學(xué)生可以將實驗數(shù)據(jù)處理表中的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)解釋小車速度隨時間變化的規(guī)律，并與同桌間、小組間交流自己的觀點。在本次實驗教學(xué)中若教師想要提升學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)效果，還可以將實驗巡視過程中發(fā)現(xiàn)的問題作為探究問題，與班級學(xué)生交互[3]。如：“實驗過程中為什么有些紙帶上的一部分存在沒有點跡的現(xiàn)象，而出現(xiàn)點跡后時間距已經(jīng)較大？”由此探究問題引起學(xué)生對小車釋放與打點計時器打開順序的關(guān)注（先釋放小車、后打開打點計數(shù)器）。再如：關(guān)于v-t圖像與x-t圖像存在爭議性的問題“在兩個圖像中圖像有的是曲線，代表的是物體做何種運動？”由此探究問題加深學(xué)生對“無論圖像是直線還是曲線均代表物體做直線運動”的認知。由上述實驗教學(xué)過程可知，學(xué)生參與物理實驗的過程即學(xué)生探究知識的過程，而教師結(jié)合學(xué)生的實驗操作過程所提出的探究問題，進一步提升了整個實驗的探究性，從而保證了學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的有效性。二、物理實驗教學(xué)中核心素養(yǎng)培養(yǎng)方法（一）演示實驗教學(xué)法1.情境導(dǎo)入促進科學(xué)探究由上文的理論分析可知科學(xué)探究素養(yǎng)所對應(yīng)的探究過程，第一環(huán)節(jié)為發(fā)現(xiàn)問題，那么高中物理實驗教學(xué)實踐中教師可以將演示實驗作為一個教學(xué)情境，于課堂教學(xué)初始階段邀請班內(nèi)學(xué)生按照教師的指導(dǎo)做演示實驗，而后結(jié)合演示實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)探究問題，以此在調(diào)動班內(nèi)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上為學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的形成奠定良好的基礎(chǔ)[4]。例如：在執(zhí)教《超重和失重》一課中教師可以預(yù)先準備四個體重測量器，并將班內(nèi)學(xué)生平均劃分為四個大組，隨機在四個大組內(nèi)選取四名學(xué)生，要求四名學(xué)生上前做演示實驗，各組其他學(xué)生分別上前圍觀演示實驗。實驗進程中，教師要求四名學(xué)生站在體重測量器上，并做下蹲動作。要求其他圍觀學(xué)生觀察四名學(xué)生在做下蹲動作的過程中體重測量器的計數(shù)變化。為保證四組演示實驗得出統(tǒng)一結(jié)論（顯示的計數(shù)先變小再變大，而后再變?。?，教師可允許四名學(xué)生嘗試做2—3次演示實驗。待演示實驗結(jié)束后教師要求班級學(xué)生回到自己的座位，并提出“四名學(xué)生下蹲過程中他們的體重發(fā)生了變化？”“體重沒有變化，為何體重測量器上所顯示的計數(shù)發(fā)生了變化？”的探究問題，從而為學(xué)生后續(xù)理解“視重”“超重”“失重”做好探究興趣準備。2.課件呈現(xiàn)建立物理觀念對于一些不易于師生參與的物理實驗，教師在課堂教學(xué)中可以借助多媒體設(shè)備，以微視頻課件的形式為學(xué)生演示某一實驗原理，并通過1—3個演示實驗的連續(xù)呈現(xiàn)幫助學(xué)生快速建立某一物理觀念。例如：在執(zhí)教《曲線運動》一課中教師可以通過連續(xù)呈現(xiàn)以下三個演示實驗幫助學(xué)生建立曲線運動的速度方向為沿著圓周的切線方向。實驗①：多媒體呈現(xiàn)砂輪打磨金屬塊的過程。學(xué)生可直觀地觀測到脫落“火星”的運動軌跡，“火星”脫落前的瞬間速度方向為沿著圓周的切線方向。實驗②：多媒體呈現(xiàn)雨天雨傘轉(zhuǎn)動的過程。學(xué)生可直觀地觀測到雨傘上的水滴從雨傘四周脫落的運動軌跡，“水滴”脫落前的瞬間速度方向為沿著圓周的切線方向；實驗③：多媒體呈現(xiàn)帶有墨水的陀螺轉(zhuǎn)動過程。學(xué)生可直觀地觀測到脫落“墨水”的運動軌跡，“墨水”脫落前的瞬間速度方向為沿著圓周的切線方向。上述三個演示實驗的連續(xù)呈現(xiàn)，保證了演示實驗內(nèi)涵的統(tǒng)一性與實驗結(jié)論的科學(xué)性，相較于單一的多媒體演示實驗而言，三個演示實驗可強化實驗內(nèi)涵的可信度，從而幫助學(xué)生快速建立曲線運動速度方向的物理觀念。（二）學(xué)生實驗教學(xué)法在高中物理實驗教學(xué)中學(xué)生實驗教學(xué)法也是一種較為常用的教學(xué)方法，教師可以通過強化學(xué)生的實驗參與培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)?？茖W(xué)思維素養(yǎng)的內(nèi)涵還指向了模型建構(gòu)，在物理實驗教學(xué)中實驗方案是某一物理實驗得以順利開展的框架，所以教師可以通過歸還學(xué)生的主體地位，將實驗方案設(shè)計權(quán)利交還給學(xué)生，由此促使學(xué)生在構(gòu)建模型的過程中形成科學(xué)思維素養(yǎng)。例如：在執(zhí)教《機械能守恒定律》一課中，教師可以鼓勵學(xué)生自主設(shè)計實驗方案培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)。首先，教師板書實驗原理。其次，教師提出“怎樣設(shè)計實驗才能夠驗證機械能守恒定律？”的教學(xué)問題，以此教學(xué)問題引導(dǎo)班級學(xué)生結(jié)合實驗原理驗證機械能守恒定律。最后教師給予班級學(xué)生思考設(shè)計實驗方案的時間并在師生交互后總結(jié)三種實驗方案，見下述內(nèi)容：實驗方案①：可以任取物體下落過程中的兩個時刻，比較兩個時刻初態(tài)與末態(tài)機械能。若學(xué)生應(yīng)用該方案開展實驗僅需測出物體下落過程中兩個時刻的初態(tài)、末態(tài)動能與初態(tài)、末態(tài)高度之間的差即可驗證機械能守恒定律。實驗方案②：可以將物體剛下落的瞬間設(shè)定為初態(tài)，而后任取物體下落過程中的某一個時刻作為末態(tài)。若學(xué)生應(yīng)用該方案開展實驗僅需比較初態(tài)與末態(tài)之間的勢能差即可，同時，如果學(xué)生在實驗過程中所應(yīng)用的實驗器具為打點計時器，那么物體下落的初速度為0。實驗方案③：可以計算物體的加速度，如果物體的加速度為9.8m/s2則可驗證機械能守恒定律。若學(xué)生應(yīng)用該方案在計算物體加速度的過程中學(xué)生可以繪制圖像，而后基于線性擬合的方法驗證機械能守恒定律。實質(zhì)上除上述三種實驗方案外，學(xué)生也可以使方案①、方案②的物體沿斜面下落，而后基于方案①、方案②的操作思路開展實驗，同樣可