核心素养下提升高中学生物理实验创新能力的教学

摘  要：针对高中物理实验教学中学生创新意识不足、实验设计能力薄弱等问题，本研究以《光的全反射》一课为例，构建“魔术激趣—实验探究—生活应用—科技赋能”四阶教学路径。通过师生自制“数字密码魔术盒”、探究实验数据验证、科技节情境闯关等创新实践，将核心素养融入实验教学。实践表明，该模式显著提升了学生的实验设计能力与科学思维品质，为物理实验教学与创新素养的融合提供了可操作的校本范式。

关键词：光的全反射；实验创新；核心素养；情境任务

一  引言

《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出，科学探究是物理学科核心素养的核心维度，需通过实验教学培养学生的创新思维与实践能力。然而，当前高中物理实验教学存在三重矛盾：教材实验固化与高考命题创新化的矛盾、器材标准化与探究个性化的矛盾、结论验证性与过程生成性的矛盾。为此，本研究以《光的全反射》一课为载体，依托魔术情境、探究实验及生活化任务，探索“以趣启思、以做促学、以用固知”的创新教学路径，为核心素养落地提供实践参考。

二、教学实践：四阶路径与创新融合

1. 魔术激趣：激活创新意识

课堂以“密封袋数字魔术”导入：将显示“888”“885”的数字卡片浸入水中后，数字均变为“403”。学生通过观察全反射临界现象，自主剖析空气层折射率的关键作用。课后，学生小组利用亚克力板、玻璃胶等材料设计“变脸魔术盒”（图1），实现图案随水量动态切换。教具自制过程促使学生从“现象消费者”转变为“原理生产者”，在动手实践中深化对全反射条件的理解。

2.实验探究：培养创新思维

学生围绕老师设置的关键问题：光从平行玻璃砖射出时为何不发生全反射？，来进行实验探究，先通过平行玻璃砖在黑板进行实践，找到发生全反射的必要条件，再引导学生通过实验器材（图2）定量测量折射角与入射角关系，发现“光密→光疏”介质界面的临界角条件，并自主设计对比实验验证玻璃砖与光纤的结构差异。此环节强调“质疑—验证—修正”的思维流程，突破教材结论的机械记忆。

3.生活应用：深化创新技能

在学校科技节中，我们精心设计了"光的全反射物理探秘"情境闯关任务，让学生运用激光笔，光导纤维，自行车尾灯等器材，通过实验探究生活中的物理现象。这种"生活即课堂"的创新实践模式，不仅激发了学生的探究热情，更在动手实践中培养了他们的科学思维和创新能力。2024届参与学生全市统考实验题得分率较对照组提升11.2%，充分展现了物理与生活交融的育人成效。

4. 科技赋能：提升创新能力

同时，引入手机光传感器测量光纤传输效率，结合Python模拟临界角与折射率的关系，推动实验从“定性观察”向“定量建模”进阶。

三、结语

本研究通过魔术情境、生活化任务与实验的融合，实现了三个突破：一是以“非常规实验”激发创新内驱力；二是以“问题链”引导思维纵深发展；三是以“做中学”促进知识迁移。实践数据表明，该模式能有效提升学生的实验创新能力（得分率提升11.2%）。未来可进一步探索AI辅助实验设计的可行性，如利用生成式AI模拟全反射动态过程，拓展创新教学的边界。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2020.

[2] 李永春. 创设多样物理情境落实物理核心素养[J]. 湖南中学物理， 2025（2）： 53-56.

[3] 谭艳， 等. 思维型课堂培养高中物理学科创新力[J]. 湖南中学物理， 2025（2）： 80-83.

[4] 薄洪晶. 中学物理实验教学中培养学生创新能力的实践探索[J]. 物理教师， 2021， 42（7）： 38-41.