高中物理实验教学中学生科学探究能力培养的实践研究

《普通高中物理课程标准》明确将 " 科学探究 " 列为五大核心素养之一，要求通过实验教学培养学生 " 提出问题、形成假设、设计方案、处理信息、解释结论、反思评价 " 的全链条能力。本文基于教学实践，提出通过情境浸润激活探究动机、工具赋能突破认知瓶颈、评价革新强化持续动力的三维策略，构建 " 做中学、思中悟、评中进 " 的探究型实验课堂。

1 情境浸润——构建真实问题场景，激活探究内驱力

传统物理实验教学经常采用预设结论的模式，学生动手之前已经清楚了解最终结果是什么样子，这种安排无形中削弱了探索行为本身的驱动力与价值。为了改变这一状况，课堂实践做出了一些调整，策略之一是把生活中常见的物品引入物理现象观察，尝试将课本上那些显得抽象的概念与现实里的具体情形联系起来。比如在探讨“自由落体运动”规律时，不再急于宣布空气阻力影响下的物体落地时间差异，而是直接提出一个基于日常经验的疑问：在三楼高度同时释放一片羽毛和一枚金属硬币，哪样东西会更快接触地面？接着追问，如果环境条件改变，抽空了玻璃罩内的空气，结果又该如何？这类与学生原有认知产生明显冲突的实际提问，通常能够迅速点燃讨论的热情。为了进一步提升观察对象的真实感，一种名为“校园物理现象探秘”的活动被设计出来，它鼓励学习者们利用随身携带的手机，启用慢镜头拍摄功能，捕捉诸如篮球从空中坠落、摆锤来回晃动等动态影像。

2 工具赋能——搭建思维可视化支架，突破探究认知壁垒

物理实验教学实践中，学生常因多因素动态关联的复杂性导致认知架构紊乱。视觉化思维工具与虚拟仿真平台相结合的方式，有效促进抽象认知向具象模型的转化，辅助建立 " 现象观测 - 变量提取 - 关系推导 - 假说检验 " 的认知路径。以 " 探究加速度与力、质量的关系 " 为例，实验前要求学习者运用思维导图明确变量控制策略、数据采集参数及误差分析维度，构建完整的操作预案。这种预先的视觉化规划使得实际操作过程中随机尝试的比例明显下降，系统性探究效率提升约40% 。传统实验受限于宏观观测条件的问题，通过 VR 技术平台得到显著改善。在 " 气体的等温变化 " 研究中，虚拟环境允许操作者反复调整活塞位移量，观察压力容器参数变化轨迹，直观验证 p-V 曲线的数学特征。值得注意的是，该技术平台创造的安全容错机制，使得突破常规操作边界成为可能，例如模拟气体快速压缩过程的热力学响应，这为理解非平衡态过程提供独特视角。测量数据处理环节的改进采用传感器网络与智能分析系统协同工作模式。在" 单摆测重力加速度" 项目中，位移传感装置实时捕捉摆球运动轨迹，配套软件自动生成振动图像并拟合周期参数。当理论预期与实测结果出现 3% 以上偏差时，系统会触发多因素溯源功能，引导操作者核查摆长测量精度或评估空气阻尼影响权重。这种基于证据链的误差分析模式，使得实验研究更贴近真实科研工作场景。

3 评价革新——建立过程性成长档案，强化探究持续动力

实验教学评价体系长期依赖书面报告与操作考核的二元模式，这种范式存在过度关注结果准确性的显著缺陷。针对该现状，本研究构建整合性评价框架，其核心在于将评价视角延伸至学习过程的完整周期。该框架由三个相互关联的评估模块构成：在实践参与维度重点考察实验过程中的主动性表现与持续性验证行为；在方法应用维度侧重评估假设构建的科学性与变量控制的精确度；在成果产出维度则同时关注结论的合理程度与改进建议的可行性。以 " 测定金属电阻率 " 实验为例，当实验数据出现偏差时，有学生通过详细记录多组原始数据并结合误差可视化分析，展现了持续验证的科研习惯，这种表现在该框架中获得显著权重。为强化评价时效性，开发了具备实时记录功能的课堂观察工具，该工具包含八个动态监测指标，涵盖问题提出质量、方案创新水平、数据处理规范等关键要素。教师借助移动终端设备在教学过程中动态捕捉学生的创新行为，如某次电磁感应实验中，有学习者采用差异化材质的导体进行对比测试，该行为经系统识别后立即生成专属学习成就标识。这种即时反馈机制有效缩短了教学评价周期，使学习者能够及时感知自身能力发展轨迹，进而强化其持续探究的内在驱动力。

综上所述，未来研究将进一步探索人工智能技术在实验评价中的应用，开发智能诊断系统自动分析学生操作视频，提供个性化改进建议。同时加强跨学科实验项目开发，如结合化学的" 电磁感应制氯气"、融合生物的 " 心电图电极原理探究 "，在更广阔的领域中培养学生的综合探究能力。物理实验教学的改革之路没有终点，但只要坚持 " 以学生探究能力发展为本" 的理念，就一定能找到通往科学素养彼岸的航道。

参考文献

[1] 李芳顺 . 情境认知理论在高中物理教学中的有效运用 [J]. 华夏教师 , 2025,(17): 61-62.

[2] 徐青青 . STEM 教育现代化视域下高中物理实验转型 [J]. 中国教育技术装备 , 2025,(07): 120-124.

[3] 褚衍玲 . 高中物理实验教学的改进方法探研 [J]. 华夏教师 ,2025,(11): 66-67.