摘要：21世紀(jì)教育關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)，在知識獲取的基礎(chǔ)上能力的培養(yǎng)與科學(xué)素養(yǎng)的形成更加重要。在物理課堂教學(xué)中注重對“物理核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)是當(dāng)前教學(xué)改革的重點(diǎn)。鑒于物理實(shí)驗(yàn)的特殊教學(xué)功能，物理實(shí)驗(yàn)對物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有至關(guān)重要的作用。本文以“平拋運(yùn)動(dòng)”一節(jié)物理實(shí)驗(yàn)課為例，就物理核心素養(yǎng)組成的四部分闡述在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：平拋運(yùn)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；物理核心素養(yǎng)

自21世紀(jì)以來，“核心素養(yǎng)”成為各國各地區(qū)教育改革的一個(gè)熱門話題。我國于十八大報(bào)告中首次提出將立德樹人作為教育的根本任務(wù)。因此在我國新一輪課程改革中，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)是至關(guān)重要的。

學(xué)生總是抱怨學(xué)習(xí)物理有什么用處，教師也在不斷思考我們究竟要將學(xué)生培養(yǎng)成什么樣的人。其實(shí)在學(xué)生離開物理課堂走向社會最終留下的東西才是我們要培養(yǎng)的所謂的“核心素養(yǎng)”。關(guān)于物理學(xué)科的核心素養(yǎng)，全國有很多學(xué)者進(jìn)行過研究與定義。在教育部下發(fā)了《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)修訂稿》內(nèi)部征求意見稿中提出：物理核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分。結(jié)合物理學(xué)科的特點(diǎn)與教學(xué)要求，物理核心素養(yǎng)的內(nèi)涵包括物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)態(tài)度及責(zé)任這四方面。下面筆者以人教版高中物理必修二“探究平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律”為例，就物理核心素養(yǎng)組成的四個(gè)部分，詳細(xì)闡述下以培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)如何進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

本節(jié)課的教學(xué)過程由三個(gè)實(shí)驗(yàn)部分構(gòu)成，依次從觀察平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡到定性探究平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律到定量研究運(yùn)動(dòng)規(guī)律與驗(yàn)證。三個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣，體現(xiàn)對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1. 物理觀念

物理觀念是指從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識，是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華。

在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中第一環(huán)節(jié)是學(xué)生自行選擇方案觀察物體做平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，雖然學(xué)生在生活中觀察到的曲線運(yùn)動(dòng)并不少，但卻是在學(xué)習(xí)了直線運(yùn)動(dòng)后首次深入學(xué)習(xí)曲線運(yùn)動(dòng)。學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案使物體做平拋運(yùn)動(dòng)中有助于對物理觀念中“運(yùn)動(dòng)觀念”的培養(yǎng)。平拋運(yùn)動(dòng)也是學(xué)生首次將生活中常見運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析研究，是學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)合成與分解十分重要的一節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中水平與豎直方向上“小球運(yùn)動(dòng)對比實(shí)驗(yàn)”的進(jìn)行不僅讓學(xué)生具有“運(yùn)動(dòng)觀”并知道可以靈活應(yīng)用“運(yùn)動(dòng)觀”分析問題和解決問題，除此之外，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中會發(fā)現(xiàn)不僅是人、小球等物體可以用來做平拋運(yùn)動(dòng)的研究對象，細(xì)小的水流也可以，有助于培養(yǎng)學(xué)生的“物質(zhì)觀”。

2. 科學(xué)思維

科學(xué)思維是物理核心素養(yǎng)的中心?？茖W(xué)思維主要指高中物理中重要的思維方法，包括建模的思想、理想化方法、分析綜合、抽象概括、批判性思維、推理論證等思維與方法。

本教學(xué)設(shè)計(jì)中在學(xué)生初步了解平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡之后進(jìn)一步探究平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，其中教師以前一節(jié)“紅蠟塊運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生思考如何將相對復(fù)雜的平拋運(yùn)動(dòng)化為簡單的直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究。學(xué)生進(jìn)行思考教師加以引導(dǎo)得出將其化解為水平與豎直方向的直線運(yùn)動(dòng)，巧妙應(yīng)用“化曲為直”的思想將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)化解為學(xué)生熟悉的直線運(yùn)動(dòng)。

接下來引導(dǎo)學(xué)生對小球進(jìn)行受力分析，從理論上推測出平拋運(yùn)動(dòng)豎直與水平方向應(yīng)是什么運(yùn)動(dòng)。下面教師采用演示實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，用事先準(zhǔn)備好的iPhone手機(jī)拍攝下兩小球運(yùn)動(dòng)在水平與豎直方向運(yùn)動(dòng)對比視頻，數(shù)據(jù)直接連接到大屏幕上用慢動(dòng)作播放的方式驗(yàn)證理論猜想是否正確。如圖1和圖2所示。

在此實(shí)驗(yàn)過程中教師始終采取引導(dǎo)的教學(xué)方式讓學(xué)生自行進(jìn)行猜測，學(xué)生可以自由猜測并說出自己的觀點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)過程中將平拋運(yùn)動(dòng)分解為水平與豎直方向的運(yùn)動(dòng)，這種將復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)化解為學(xué)生熟悉的便于解決的直線運(yùn)動(dòng)培養(yǎng)了學(xué)生“化曲為直”的思維方法。教師在向?qū)W生展示實(shí)驗(yàn)儀器之前讓學(xué)生先自行進(jìn)行儀器設(shè)計(jì)，提出如果自己要驗(yàn)證猜想會設(shè)計(jì)什么樣的實(shí)驗(yàn)儀器，鍛煉學(xué)生的思維能力。本實(shí)驗(yàn)在用iPhone手機(jī)拍攝視頻播放對比分析對小球進(jìn)行定性分析后又應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)儀器對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了定量分析驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生從定性和定量兩方面進(jìn)行科學(xué)推理找出物理規(guī)律的科學(xué)思維。

3. 實(shí)驗(yàn)探究

實(shí)驗(yàn)探究是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵部分。實(shí)驗(yàn)探究主要指高中物理中通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的方法，包括發(fā)現(xiàn)問題、合理猜測、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案和獲取證據(jù)、分析論證、合作與交流、評估和反思等。實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)又是必須通過實(shí)驗(yàn)探究過程來進(jìn)行的，也反映了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)核心素養(yǎng)中不可缺少的地位。

本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)由學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn)與師生共同探究兩部分組成。第一環(huán)節(jié)中教師讓學(xué)生利用可以得到的資源自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案得到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡進(jìn)行分析。學(xué)生在相互討論與參考資料后主要提出了以下幾個(gè)實(shí)驗(yàn)方案。

方案一：用實(shí)驗(yàn)室中提供的“平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀”探究小球做平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡，使小球多次從斜槽上同一位置滾下，則小球每次的運(yùn)動(dòng)軌跡相同。觀察幾遍小球的運(yùn)動(dòng)軌跡之后，

將帶有吸鐵石的夾子放在運(yùn)動(dòng)軌跡上，小球撞擊夾子后便會在墊有復(fù)寫紙的白紙上留有痕跡，改變夾子的位置，多次釋放，便會得到一系列的痕跡點(diǎn)，之后將這些點(diǎn)用平滑的曲線連接起來得到小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡。

方案二：用生活中常見的礦泉水瓶裝入部分水，在瓶蓋上扎出一個(gè)孔，再在瓶下端側(cè)面扎出一個(gè)小圓孔，松開瓶蓋孔發(fā)現(xiàn)水噴出來，并且水流做平拋運(yùn)動(dòng)。由此可以觀察水流平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡。

方案三：參照書中的案例使用數(shù)碼相機(jī)，將小球放在桌面上，用尺子擊打它，使它離開桌面做平拋運(yùn)動(dòng)，這時(shí)另一位同學(xué)用數(shù)碼相機(jī)拍攝下小球做平拋運(yùn)動(dòng)后幾張連續(xù)的照片，觀察小球運(yùn)動(dòng)軌跡。

學(xué)生在進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)軌跡研究過程中不僅鍛煉了提出問題、進(jìn)行猜測的能力，更加培養(yǎng)了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案與數(shù)據(jù)處理分析得出結(jié)論的能力。在教師帶領(lǐng)學(xué)生共同探究平拋運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律中教師啟發(fā)性的提問讓學(xué)生不斷進(jìn)行思考，一切實(shí)驗(yàn)方案的提出總是在學(xué)生思考與優(yōu)化之后給出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生不是觀察者的角色，而是整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究的參與者。學(xué)生整堂課做到緊跟教師思路不斷進(jìn)行思考探究有助于深入理解學(xué)習(xí)平拋運(yùn)動(dòng)的知識。

4. 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任則是物理核心素養(yǎng)的靈魂所在，在各種能力培養(yǎng)之上，教師更希望學(xué)生在學(xué)習(xí)一堂物理課后形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度與研究物理的好奇心與求知欲。希望學(xué)生既能正確認(rèn)識科學(xué)的本質(zhì)，還能主動(dòng)與他人合作，實(shí)事求是，不迷信權(quán)威，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感等。對于科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)絕不是一朝一夕便可以做到的，這就需要教師在每堂教學(xué)設(shè)計(jì)中都要注重此素養(yǎng)的培養(yǎng)，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。

本堂課在實(shí)驗(yàn)器材選用上先進(jìn)DIS實(shí)驗(yàn)儀器與生活物品的融合使用是設(shè)計(jì)的一大創(chuàng)新。在使用了生活中常見的iPhone手機(jī)拍攝視頻進(jìn)行定性研究之后，采用了數(shù)字化儀器DIS對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了定量研究。在使用DIS實(shí)驗(yàn)儀器前讓學(xué)生分析引起實(shí)驗(yàn)誤差的原因，再向?qū)W生介紹能減小實(shí)驗(yàn)誤差，使數(shù)據(jù)處理更方便的實(shí)驗(yàn)儀器。

教師將待研究的物體釋放，物體離開平直軌道之后做平拋運(yùn)動(dòng)，通過數(shù)據(jù)傳感器將物體運(yùn)動(dòng)的橫縱坐標(biāo)展示在電腦上，將數(shù)據(jù)和圖像展示給學(xué)生。

（如圖3、圖4）

得到數(shù)據(jù)之后，點(diǎn)擊“加速度”一項(xiàng)，程序便可直接計(jì)算出物體平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向的加速度數(shù)值，并與當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣冗M(jìn)行比較。利用DIS實(shí)驗(yàn)軟件直接進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，可以較為清楚明了地看出平拋運(yùn)動(dòng)水平方向是平拋運(yùn)動(dòng)、豎直方向是自由落體運(yùn)動(dòng)。

即：x=vt，h=12gt2

在使用DIS實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對來說精確了許多，同時(shí)也省去了繁雜的計(jì)算過程，可以為教學(xué)節(jié)省很多時(shí)間。DIS實(shí)驗(yàn)軟件還能得出水平和豎直方向上的vt圖，快速、形象、直觀。而這一點(diǎn)是其他實(shí)驗(yàn)器材所無法比擬的。

此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)不僅是用數(shù)據(jù)計(jì)算的方式再一次驗(yàn)證平拋運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，加深學(xué)生的印象，同樣讓學(xué)生知道用生活用品與數(shù)字化儀器都能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，視頻拍攝方式更便于定性研究，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，學(xué)生便于得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。DIS實(shí)驗(yàn)儀器則是十分的快速便捷，誤差小。兩種方法可謂是各有側(cè)重，各有千秋。兩種實(shí)驗(yàn)方法同時(shí)展示也讓學(xué)生體會到課堂教學(xué)當(dāng)中是秉承著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。另一方面是在體現(xiàn)物理與生活緊密聯(lián)系的同時(shí)擴(kuò)寬了學(xué)生的視野。啟發(fā)學(xué)生在日常生活中可用常見的物品來解決物理問題，有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心與求知欲，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。整個(gè)教學(xué)過程中生生之間、師生之間的合作也培養(yǎng)學(xué)生與他人合作的精神。

二、 結(jié)語

在新的教育改革中，學(xué)校學(xué)習(xí)的重點(diǎn)還是在于高考所考查的內(nèi)容，但現(xiàn)如今高考題目不單單是考查學(xué)生知識的掌握，更多時(shí)候是考查學(xué)生的科學(xué)思維以及是否能靈活應(yīng)用所學(xué)知識。對于能力、科學(xué)思維以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的培養(yǎng)絕不是在題海中能學(xué)習(xí)到的。只有給學(xué)生機(jī)會讓學(xué)生真正去實(shí)踐，從“做中學(xué)”才能培養(yǎng)學(xué)生的探究意識、創(chuàng)新思維和實(shí)踐精神。實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的核心部分，創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)是當(dāng)前物理教學(xué)中培養(yǎng)核心素養(yǎng)的關(guān)鍵與有效途徑。如何在設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)是我們要不斷研究與探索的事情。

（指導(dǎo)教師：韓玖榮、王景躍）

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作者簡介：蔣東營，江蘇省揚(yáng)州市，揚(yáng)州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。