利用物理实验教学提升学生的核心素养策略探究

摘要：物理实验教学在提升学生核心素养方面发挥着重要作用，尤其在科学探究能力、创新思维与问题解决能力的培养上表现突出。物理实验以实践性和探究性为核心，通过设计实验、数据分析、结果验证等环节，培养学生发现问题、解决问题的能力。同时，物理实验教学通过开放性实验激发学生的创新思维，鼓励他们独立思考、灵活运用物理知识应对实际生活中的问题。文章探讨了在物理实验教学中提升学生核心素养的具体策略，并提出了针对实验教学中面临挑战的解决对策，旨在为优化物理实验教学提供有效的思路与实践指导。关键词：物理实验教学；核心素养；科学探究能力；创新思维；问题解决能力核心素养已成为当代教育的重要目标，它强调学生在知识、能力、情感、态度等方面的全面发展，尤其注重培养学生解决复杂问题和应对未来挑战的能力。物理学科的核心素养包括科学思维、实践能力和创新能力，这些能力对于学生理解自然规律、提升逻辑思维、解决现实问题具有关键作用。作为物理教学的核心环节，物理实验教学不仅能使学生更好地掌握物理知识，还能通过动手实践、数据分析与思维探索，全面提升其科学素养。在中学物理教学中，实验教学的地位不可替代，它是培养学生核心素养、促进物理知识应用和创新能力发展的重要途径。一、物理实验教学与核心素养的关联性分析（一）物理实验教学的特点物理实验教学注重学生在实验过程中的实际操作体验，学生在动手实验中直接接触物理现象，逐步理解实验步骤和操作原理，动手操作训练了学生的实验技巧，同时也促进了对物理定律的理解。物理实验教学具有强烈的探究性特征，实验设计包含问题情境，引导学生独立思考并提出假设，实验过程成为他们验证假设的手段。在实验的不同阶段，学生需要面对数据的分析与处理，从而得出结论[1]。探究性体现在学生的主观能动性上，他们不仅是知识的接受者，也是发现者与验证者。通过观察实验现象，学生不断进行假设与修正，提升了逻辑推理能力和科学探究能力。物理实验的直观性特点也十分显著，抽象的物理概念往往难以通过单纯的文字或公式让学生深刻理解，而实验为这些理论提供了具体的可视化平台。实验将看似抽象的物理规律通过现象呈现在学生面前，帮助他们在动手过程中理解并应用所学知识。鲁科版教材中的电学、力学、热学等实验，借助实验器材和现象展现了物理规律的具体表现形式，帮助学生消化吸收复杂的概念。物理实验不仅仅是对理论知识的简单验证，更是对理论知识的形象化处理，使学生更容易将书本知识转化为实际认知。（二）物理实验教学在核心素养培养中的独特优势物理实验教学不仅帮助学生掌握物理知识，还能有效培养他们的逻辑思维与批判性思维能力。在实验过程中，学生需要严谨地设计实验方案，合理安排步骤，并从现象中提取出有价值的信息，提升他们对事物本质的认识水平。物理实验教学强调科学严谨的思维方式，通过不断地反思，学生学会对实验结果进行批判性思考，并能有效评估实验的合理性，增强面对复杂问题的毅力。面对实验中的变量和不确定性，学生在逻辑思维的引导下不断推敲，从而形成更高层次的批判能力。学生在物理实验中常常面临多个影响因素交织的情境，如何从复杂的实验现象中提取关键因素，分析它们的相互作用，是对学生解决问题能力的考验。实验教学常采用小组合作的形式，让学生在分工协作中完成实验任务。因此，物理实验的成功不仅依赖个人的努力，也需要团队的共同参与。学生在实验过程中通过讨论和交流，分享各自的见解与经验，提升了彼此的理解与默契。合作实验不仅提升了学生的沟通能力，还让他们学会在团队中取长补短，培养了彼此尊重与协作精神，对学生未来的学习与工作具有长远的影响。二、基于物理实验提升学生核心素养的教学策略（一）培养科学探究能力物理学科的本质就是不断探索自然现象并通过实验验证科学假设。因此，实验教学首先应聚焦于如何引导学生发现问题并提出假设。在这一过程中，教师需要创设与实际生活密切相关的实验情境，激发学生的好奇心和求知欲。学生在面对物理现象时，通过观察、思考，逐渐养成主动提问的习惯，这一过程对于培养科学探究的基础素养至关重要。学生在参与实验时，不仅是简单地验证教材中的已有定律，而且通过实验结果的差异性，激发他们进一步思考其中的原因和细节[2]。在设计实验过程中，教师应当鼓励学生根据现象自行设定实验变量和参数，并自主设计实验步骤，促使学生在实践中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。此外，学生在实验中遇到的困难与失败，是他们提高自主探究能力的重要契机。教师应当鼓励学生勇于尝试，不怕失败，在失败中反思实验过程中的不足，并在后续的实验中进行改进。（二）激发创新思维能力传统的实验往往以验证性为主，而鲁科版物理教材在实验设计中加入了更多的开放性元素。这种设计不局限于标准化的实验步骤，而是给予学生更大的自由度去发掘和创造，学生有机会根据自己的理解和见解，提出不同的实验方法和思路，从而激发他们的发散思维。为了充分发挥实验教学对创新能力的促进作用，教师应设计一些开放性实验课题，让学生自行选择研究方向和实验方法。如，在研究电学现象时，学生可以选择不同的电路结构，探索电阻、导体材料等变量对电流的影响。这一过程鼓励学生跳出固定思维模式，尝试多种实验方案，最终找到最合理的解释与结果。创新思维的培养不仅体现在实验方法的多样性，还体现在学生对物理现象的认知和理解的深化上。在实验过程中，学生需要不断反思现有的实验步骤和假设，进而根据新的发现进行调整和创新。学生在实验中尝试新思路，激发对物理现象更深入的理解，使他们在面对问题时能够从多个角度进行分析和思考，进而突破常规思维的限制。（三）提升实践应用能力物理知识本身与生活中的许多现象息息相关，实验教学可以很好地将抽象的物理概念与实际生活情境相结合，从而提升学生将物理知识应用于现实问题的能力。在实验教学中，教师可以通过设计与实际生活密切相关的实验课题，使学生在解决问题的过程中更好地理解物理定律[3]。如，在摩擦力实验中，学生通过对不同材料的摩擦系数进行实验测量，理解摩擦力在日常生活中的广泛应用。这样的实验不仅让学生掌握了物理定律，更让他们学会在实际生活中如何运用这些知识解决具体问题。此外，实验教学还要求学生在实验过程中结合数学模型和物理定律进行数据分析。物理实验往往涉及大量的测量数据与复杂的计算，学生在处理这些数据的过程中逐渐学会运用数学工具建立物理模型，并通过这些模型解释实验现象，让学生在实验中体会到数学与物理的紧密联系，提升了他们的理论与实践结合能力。实验不仅是对理论知识的验证，更是将抽象概念转化为具体应用的桥梁，学生通过动手操作和数据分析，真正将书本上的物理知识内化为实践能力[4]。（四）增强合作与交流能力在实验过程中小组合作是一种常见的教学模式，学生不仅要独立完成自己的部分，还要与组员保持密切沟通，确保整个实验的顺利进行。物理教材在实验设计中充分考虑了小组合作的必要性，要求学生在实验过程中分工明确，相互配合。这种合作模式能够有效增强学生的团队协作意识。在实验任务分配时，学生之间的分工根据个人的长处和兴趣进行合理安排，确保每个成员都能在实验中发挥自己的特长。合作过程中，学生通过讨论实验方案、交换实验数据和观点，进一步提升他们的沟通能力和协作精神。实验结束后，学生还需要整理实验数据并撰写实验报告，学生通过将实验现象、数据分析和结论清晰地呈现出来，这不仅提升了他们的科学表达能力，还促使他们学会了如何用简洁、明确的语言论证实验结果。学生接受其他同学或教师质疑时，合理运用实验数据和物理理论进行辩护和解释，能够全方位锻炼学生的表达、沟通能力。三、物理实验教学案例案例一：自由落体实验与科学探究能力的培养自由落体实验作为经典物理实验，直接体现了物体在重力作用下的加速度规律。实验开始时，要求学生结合课本内容，明确实验的核心目标，即测定物体自由下落时的加速度，并推导其数值与重力加速度的关系。实验准备阶段，学生需要选择不同质量的物体，从同一高度释放，并使用精准的计时装置记录下落时间。这里的设计环节不仅要求学生思考如何测量数据，还需要考虑实验装置的精确度，例如高度的测量方式、起始点的确定等。在实验过程中，数据的测量至关重要。要求学生多次重复相同高度的自由落体实验，获取多组下落时间，利用平均值处理实验误差。数据分析成为学生思维能力的核心体现，通过对不同物体下落时间与高度数据的比较，学生能够推断重力加速度的大小并与理论值进行对比。在实验误差的分析中，学生学会了反思实验过程中产生误差的原因，识别影响精确度的关键因素，如空气阻力、计时误差等。实验结束后，数据的整理和计算进一步强化了学生的思维过程。通过绘制位移—时间图，学生直观地观察到物体的加速度变化趋势，最终计算得出的重力加速度与理论值的接近程度直接反映了实验的成功与否。实验的每个步骤，从数据测量到误差分析，再到图表绘制，紧密围绕探究问题展开，逐步提高学生独立设计和执行实验的能力。案例二：摩擦力实验与实践应用能力提升摩擦力实验不仅是物理定律的验证，更是对日常生活中摩擦现象的深入理解。实验的第一步要求学生选择不同材料的表面，如木板、塑料板、砂纸等，并准备不同重量的物体，如金属块、木块等。通过这些准备工作，实验的实践应用性被凸显出来，学生要将实际生活中的物理现象融入实验设计。例如，汽车轮胎在不同路面上的摩擦变化就可借助这些材料表面来模拟。实验开始后，学生使用弹簧测力计测量物体在不同表面上的摩擦力，记录实验数据并整理出摩擦力与物体质量、表面粗糙度之间的关系。在实验过程中，设置不同的接触面积、物体重量和表面材质，有助于学生进一步理解摩擦力大小的影响因素。数据的记录与分析使学生深入思考摩擦力的应用场景，明白摩擦力不仅依赖于物体的重量，还与接触面的性质紧密相关。学生通过对不同材质表面与物体之间摩擦力大小的对比，进一步理解实际生活中的摩擦现象。在实验总结环节，学生将实验结论应用到生活中的场景，如雨天如何通过增加鞋底的摩擦力避免滑倒，或者设计汽车轮胎时如何利用不同花纹增加抓地力，提升驾驶安全性。此时，物理定律不仅停留在理论层面，而是被学生应用于具体的生活情境中，实践应用能力得到了显著提升。四、物理实验教学实施中的挑战与对策（一）物理实验教学面临的主要问题物理实验往往需要使用精密仪器或多样化的实验器材，然而部分学校的实验室设备陈旧，资源匮乏，无法满足复杂实验的需求。这直接限制了学生在实验中的操作空间，影响了实验教学的整体效果。同时，物理实验安排在有限的课时内，时间紧凑，学生无法充分展开深入的实验探究，只能在有限时间内完成基础操作，难以深入思考和探讨实验现象的本质。此外，部分学生对实验操作缺乏兴趣，常常只满足于完成课本要求的实验步骤，而没有主动思考实验现象背后的物理原理。实验本应是培养学生创新思维和实践能力的重要环节，但由于探究深度不足，实验变成了一种机械化的任务，难以实现预期的教学目标。（二）解决对策学校应加强实验室的建设与更新，引进更加先进的实验仪器和多样化的实验资源，以适应不同层次实验的需求。实验室设备应当定期维护和升级，确保其始终处于良好状态，这样才能为物理实验提供可靠的保障。为了在有限的时间内实现更高效的实验教学，教师可以提前对实验步骤进行详细规划，将复杂的操作简化为几个关键环节[5]。如，在基础实验的基础上，增加一定的开放性环节，让学生在实验中自由探究和创新设计。常规课堂时间无法满足实验探究的需求，课后实验的设置便成为一种有效的补充。教师可以根据课程进度和学生的兴趣，为学生提供更多的课外实验资源，让他们在课后自主设计、动手操作。探究性