摘 要：學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一個意義建構(gòu)的過程。在高中物理學(xué)科教學(xué)過程中，學(xué)生通常需要借助實驗、觀察、體驗等多種手段來深入理解和建構(gòu)物理概念。因此，物理實驗在物理知識的教學(xué)中扮演著至關(guān)重要的角色，具有重要的育人價值。本文強調(diào)了逆向思維對實驗設(shè)計的重要性，通過在實驗探究過程中建構(gòu)學(xué)科大概念，在實驗評估中促進科學(xué)思維的發(fā)展以及在實驗遷移應(yīng)用中引導(dǎo)學(xué)生實踐創(chuàng)新，確保學(xué)生在實驗活動中能夠深度參與并獲得多樣化的學(xué)習(xí)體驗。

關(guān)鍵詞：意義建構(gòu)；高中物理；實驗教學(xué)

建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)觀提出，知識不能簡單地通過教師傳授獲得，而需要每個學(xué)生在一定的情境下，通過協(xié)作活動和聯(lián)系已有的知識、經(jīng)驗來主動地進行建構(gòu)。從這個角度來說，學(xué)習(xí)是意義建構(gòu)的過程。學(xué)生可以在知識的遷移應(yīng)用中感知學(xué)習(xí)的意義，激發(fā)探究的興趣，體悟?qū)W習(xí)的價值。在高中物理教學(xué)過程中，對許多物理概念、規(guī)律的學(xué)習(xí)需要學(xué)生通過實驗、體驗、觀察等多種方式來進行意義建構(gòu)。因此，物理實驗在物理學(xué)科的學(xué)習(xí)中有著重要而獨特的地位，它直接關(guān)乎學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培育以及創(chuàng)新能力和實踐能力的提升。廣大物理教師需要不斷反思優(yōu)化實驗教學(xué)的方法路徑，切實提高實驗教學(xué)的效果。

長期以來，盡管不少高中物理教師心中知曉實驗的重要性，但受傳統(tǒng)應(yīng)試教育的影響，加上課時緊張、學(xué)生實驗過程中管理難度大、學(xué)生動手能力不足和實驗設(shè)備陳舊等多種因素的共同作用，不少實驗教學(xué)環(huán)節(jié)遭到弱化。具體表現(xiàn)為教師以做實驗題、播放實驗視頻、講解實驗現(xiàn)象等方式代替實驗。這一現(xiàn)象導(dǎo)致學(xué)生在面對新高考、新情境、新問題時，難以靈活遷移應(yīng)用知識，不能真正實現(xiàn)從“解題”到“解決問題”的能力轉(zhuǎn)變。本文結(jié)合人教版（2019年版）高中物理教材中部分實驗設(shè)計以及江蘇省近4年新高考物理實驗真題，探討如何在高中物理實際教學(xué)中凸顯實驗教學(xué)的價值。

1 在實驗設(shè)計中重視逆向思維

建構(gòu)主義作為一種學(xué)習(xí)理論，不僅強調(diào)學(xué)生對知識建構(gòu)的主動性、情境性，還特別強調(diào)知識應(yīng)用的意義和價值引領(lǐng)。這一理論旨在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和對知識的深度思考，提升學(xué)生將所學(xué)知識融合遷移的能力。從這個維度來思考，教師在教學(xué)設(shè)計時，不僅需要從知識“輸入”開始思考如何教授，更應(yīng)該從“輸出”出發(fā)，思考學(xué)生在學(xué)習(xí)這些內(nèi)容后“有什么用”以及“能做什么”。這就是格蘭特·威金斯（Grant Wiggins）和杰伊·麥克泰格（Jay McTighe）在《追求理解的教學(xué)設(shè)計》一書中提出的“逆向設(shè)計”。^［1］

在高中物理實驗設(shè)計中，教師往往會從需要探究的現(xiàn)象和規(guī)律出發(fā)，思考相應(yīng)的實驗方法和活動。然而，學(xué)生若只是按部就班參與實驗，將很難自發(fā)地去思考實驗的價值和意義，譬如思考實驗探究解決了什么問題，未來還可以怎樣繼續(xù)深入探究下去等。唯有從真實的實驗任務(wù)情境出發(fā)，重視逆向思維，鼓勵學(xué)生自主探索和積極思考問題，才能讓學(xué)生在實驗探究中真正種下熱愛科學(xué)的種子。

在教授“勻變速直線運動的研究”這一章時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生自主選擇生活中常見的物體并觀察它們下落的過程，讓學(xué)生比較鐵球、羽毛球、樹葉等物體在下落過程中速度的差異，從而引導(dǎo)學(xué)生思考在真實情境中如何測量物體下落的位移、速度和加速度等物理量。教師可提供利用打點計時器、使用智能手機加速度傳感器、頻閃拍照等方法，讓學(xué)生在探究中感受到問題解決路徑的多樣性。教師可以在此基礎(chǔ)上進一步引導(dǎo)學(xué)生思考：“每一種實驗方法的誤差來源以及設(shè)計思路是什么？還可以設(shè)計怎樣的方法？這樣的方法能否作為借鑒來解決其它問題？”這種基于真實實驗情境逆向反思實驗方法、實驗誤差的設(shè)計在新高考物理試題中也很常見。例如，2022年江蘇物理高考卷第11題的情境就是通過手機測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，來考查學(xué)生的逆向思考和邏輯分析能力。

（2022年江蘇省物理高考卷第11題節(jié)選）小明利用手機測量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?，實驗場景如下圖所示，他將一根木條平放在樓梯臺階邊緣，小球放置在木條上，打開手機的“聲學(xué)秒表”軟件，用鋼尺水平擊打木條使其轉(zhuǎn)開后，小球下落撞擊地面，手機接收到鋼尺的擊打聲開始計時，接收到小球落地的撞擊聲停止計時，記錄下?lián)舸蚵暸c撞擊聲的時間間隔t，多次測量不同臺階距離地面的高度h及對應(yīng)的時間間隔t。

此題的實驗情境是以生活中常見的樓梯、手機、木條等器材進行設(shè)計，需要學(xué)生從實驗結(jié)果中記錄的擊打聲與撞擊聲的時間間隔t出發(fā)，逆向思考其與重力加速度g測量的關(guān)系和誤差，從而將教材中的實驗原理進行了有價值的、生活化的遷移。

在實驗教學(xué)中，實驗?zāi)嫦蛟O(shè)計強調(diào)將知識的遷移應(yīng)用與問題的解決作為教學(xué)目標(biāo)的出發(fā)點，從而激發(fā)學(xué)生對物理學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，注重探究性學(xué)習(xí)。同時，該設(shè)計倡導(dǎo)結(jié)合實際應(yīng)用場景，有意識地引入現(xiàn)代化技術(shù)手段，創(chuàng)新實驗方法，從而不斷提高學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

2 在實驗探究中建構(gòu)學(xué)科大概念

意義建構(gòu)理論（Sense-Making Theory）是由美國學(xué)者布倫達·德爾文（Brenda Dervin）于1983年提出的，主要由情境（Situation）、鴻溝（Gaps）、使用（Uses）和橋梁（Bridges）這四個要素構(gòu)成。它指出人們會基于不同的內(nèi)部認知和外部情境來建構(gòu)自己的行為。意義建構(gòu)理論對實驗教學(xué)的啟示在于：為了使學(xué)生形成對知識真正的、深刻的、靈活的理解，應(yīng)該基于學(xué)生經(jīng)驗背景，設(shè)計出有思考價值的、有意義的實驗探究問題。通過引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷概括、分析、推論、假設(shè)、檢驗等一系列思維及實踐活動，幫助他們建構(gòu)起對知識客觀、全面、深刻的認識。最終目標(biāo)是使學(xué)生建構(gòu)起能夠應(yīng)對復(fù)雜問題和挑戰(zhàn)的學(xué)科大概念。

在進行“拋體運動”一章中的“曲線運動”這一節(jié)的教學(xué)時，教師可以通過一系列實驗，幫助學(xué)生建立起力與運動的學(xué)科大概念。在接觸曲線運動的概念之前，學(xué)生通過對運動學(xué)和牛頓運動定律的學(xué)習(xí)，對做直線運動的物體的受力情況已經(jīng)有了初步的概念，為了讓學(xué)生理解生活中物體為何更普遍地做曲線運動，教師需要基于學(xué)生的已有認知，設(shè)計出有認知梯度的探究問題和活動。這樣的設(shè)計旨在幫助學(xué)生完整地、有意義地建構(gòu)起關(guān)于曲線運動的概念體系。

結(jié)合人教版教材，教師可以嘗試設(shè)計下列活動過程。

過程一，觀察生活中各種曲線運動，思考將手中的物體如何扔出才能使它分別做直線運動和曲線運動。初步引導(dǎo)學(xué)生在實驗中思考初速度方向與加速度方向?qū)\動軌跡的影響。

過程二，設(shè)計實驗，觀察做曲線運動物體的速度方向。引導(dǎo)學(xué)生分析物體在曲線某點的速度方向是否為該點的切線方向，并根據(jù)平均速度定義進行理論證明。

過程三，設(shè)計實驗，探究物體做曲線運動時所受合力的特點，從而讓學(xué)生概括出：“當(dāng)物體所受合力的方向與它的速度方向不在同一直線上時，物體做曲線運動?！?/p>

過程四，以拋體實驗為例，引導(dǎo)學(xué)生思考并分析物體所受合力與物體速度在方向上同向、反向、垂直、成銳角、成鈍角等不同情況下，物體的運動軌跡、運動性質(zhì)，掌握運動的合成和分解。

過程五，將曲線運動遷移到實際生活中，結(jié)合對扔鉛球、投籃、套圈等活動的分析，讓學(xué)生在復(fù)雜問題的解決中真正建構(gòu)力與運動的大概念。

例如，2021年江蘇省物理高考卷第9題就是對投籃的真實情境的考查。學(xué)生經(jīng)歷了對曲線運動的探究實驗，建立起了對力與運動的大概念。通過對高考真題的學(xué)習(xí)與解析，他們在思考問題時會展現(xiàn)出更為深刻的思維層次。

（2021年江蘇省物理高考卷第9題）如圖所示，A、B兩籃球從相同高度同時拋出后直接落入籃筐，落入籃筐時的速度方向相同，下列判斷正確的是（" ）。

A. A比B先落入籃筐

B. A、B運動的最大高度相同

C. A在最高點的速度比B在最高點的速度小

D. A、B上升到某一相同高度時的速度方向相同

新高考評價體系在高考領(lǐng)域為“培養(yǎng)什么人，怎樣培養(yǎng)人，為誰培養(yǎng)人”這三個問題提供了明確的答案。它強調(diào)試題的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性，考查內(nèi)容聚焦于必備知識、關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)。在此背景下，物理實驗教學(xué)也需主動策應(yīng)新高考改革需求。在實驗教學(xué)中，教師要有意識地引導(dǎo)學(xué)生通過一系列有意義的實驗探究活動，從更核心、更上位的視角進行觀察和思考，將相關(guān)零散的物理知識更好地整合起來，形成對事物的本質(zhì)、規(guī)律以及關(guān)聯(lián)的綜合理解，學(xué)會用物理的視角解釋現(xiàn)象，認識世界。

3 在實驗評估中促進科學(xué)思維發(fā)展

學(xué)習(xí)科學(xué)（Learning Science）理論的核心觀點之一就是強調(diào)：學(xué)習(xí)是一個動態(tài)建構(gòu)的過程。學(xué)生通過不斷地嘗試、失敗和成功，逐步建立起自己的知識體系。錯誤是學(xué)習(xí)的催化劑，反思錯誤的根源是學(xué)習(xí)發(fā)生的基礎(chǔ)。從這個角度來說，學(xué)習(xí)過程中的自我評估，能有效激發(fā)學(xué)生對知識的深度思考和理解。然而，在實驗過程中，教師往往更多關(guān)注實驗數(shù)據(jù)或結(jié)果，忽略了學(xué)生在實驗過程中的表現(xiàn)和問題，對學(xué)生的實驗方法、結(jié)果等缺乏科學(xué)的論證、評估。這導(dǎo)致學(xué)生在實驗過程中習(xí)慣按照既定步驟進行操作，很少去思考和評估實驗方法的優(yōu)劣以及實驗結(jié)果的偏差。因此，學(xué)生很難通過實驗提升思維能力、創(chuàng)新意識和實踐能力。

《普通高中物理課程標(biāo)準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準》）中強調(diào)的物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一就是“科學(xué)思維”?！翱茖W(xué)思維”是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)物理模型的抽象概括過程；是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運用；是基于事實證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點和結(jié)論進行質(zhì)疑和批判、進行檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格。^［2］

本文仔細分析了江蘇省2021-2024年物理高考實驗題的誤差分析和實驗評估類問題設(shè)計（見表1），發(fā)現(xiàn)上述問題均對學(xué)生的思維提出了較高的要求。

高中物理實驗評估方式對于學(xué)生的實驗?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)、科學(xué)思維的培養(yǎng)有著重要的作用。為了建構(gòu)多樣化的評估標(biāo)準，教師不僅要評估學(xué)生的實驗結(jié)果，還要考量學(xué)生的器材選擇、實驗方法、數(shù)據(jù)處理、誤差原因和協(xié)作能力等。引導(dǎo)學(xué)生對實驗過程進行科學(xué)評估，培養(yǎng)其模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等能力。^［3］

4 在實驗遷移中引導(dǎo)實踐創(chuàng)新

根據(jù)學(xué)習(xí)科學(xué)理論，學(xué)習(xí)的本質(zhì)在于個體對新知識、新技能的掌握和運用，這一過程涵蓋了認知、情感、行為等多個層面。真正的學(xué)習(xí)是在解決問題的過程中發(fā)生的。為了深度挖掘物理與真實世界的聯(lián)系以及與其他學(xué)科在內(nèi)容、方法及能力上的關(guān)聯(lián)，教師可以從意義建構(gòu)理論出發(fā)，基于學(xué)生已有的生活文化屬性和知識經(jīng)驗基礎(chǔ)（情境Situation），精準設(shè)置問題、任務(wù)（鴻溝Gaps），接下來再采用科學(xué)探究的方式，設(shè)計學(xué)習(xí)內(nèi)容和實踐活動（橋梁Bridges），幫助學(xué)生在教師指導(dǎo)下，實現(xiàn)對物理知識和規(guī)律的意義建構(gòu)，實現(xiàn)問題解決（使用Uses）。

以人教版高中物理教材為例，幾乎每一節(jié)新授課開篇都設(shè)計了“問題”引入課題，而這些問題基本來源于學(xué)生生活實際或已有的知識經(jīng)驗基礎(chǔ)（情境Situation）。同時，教材還配合“實驗”“思考與討論”“做一做”等欄目，精準且步步深化地將問題、任務(wù)（鴻溝Gaps）分解到實驗探究活動中，遷移到生產(chǎn)生活及科技前沿等領(lǐng)域。這樣的設(shè)計旨在引導(dǎo)學(xué)生通過實踐活動突破認識誤區(qū)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和科學(xué)精神。本文以人教版“時間 位移”一節(jié)為例，分析在《課程標(biāo)準》指引下如何利用實驗遷移引導(dǎo)實踐創(chuàng)新。

教材中首先以描述一輛正在行駛的汽車的具體位置為引入的問題情境，隨后逐步介紹了時刻與時間間隔，位置、位移與路程的定義，并讓學(xué)生提出北京去重慶的三種交通方式，初步建構(gòu)其對路程和位移的概念。隨后教材介紹了直線運動的位移、位置—時間曲線，介紹了位移和時間的測量方法，并在實驗環(huán)節(jié)安排了學(xué)生使用打點計時器來研究位置的變化。最后，教材的科學(xué)漫步環(huán)節(jié)介紹了全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。

在實驗教學(xué)中，教師應(yīng)注重學(xué)習(xí)內(nèi)容和活動與生產(chǎn)生活的實踐融合，對知識內(nèi)容的問題性、情境性、活動性進行設(shè)計，以揭示物理知識背后的價值、智慧、倫理、文化、審美等諸多意蘊，切近知識所蘊含的意義世界。在“求真”中“求美”“求善”“求志”，從而實現(xiàn)“成人”。

高中物理實驗教學(xué)在很大程度上為學(xué)生提供了一個更具互動性和成效的學(xué)習(xí)環(huán)境，并極大地提升了物理教學(xué)的質(zhì)量和效果。本文旨在通過不斷創(chuàng)新實驗內(nèi)容和方式，使更多學(xué)生主動參與物理知識的探究活動，讓他們經(jīng)歷知識建構(gòu)的過程，感知物理在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，從而激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的濃厚興趣，讓他們在創(chuàng)新創(chuàng)造中體驗學(xué)習(xí)的意義和樂趣，培育更多具備科學(xué)家潛質(zhì)，愿意獻身科學(xué)研究事業(yè)的新時代青年。

參考文獻

［1］王春易.從教走向?qū)W：在課堂上落實核心素養(yǎng)［M］.北京：中國人民大學(xué)出版社，2020：139-144.

［2］中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2021：4-5.

［3］曹紅霞.創(chuàng)新物理實驗教學(xué)對高中物理教學(xué)的作用和意義［J］.數(shù)理天地（高中版），2024（8）：104-106.