高中物理实验项目式学习对学生核心素养培养的实践与效果评估

引言

在高中物理课堂上，教师常面临这样的困境：讲台上推导得热火朝天，讲台下学生却一脸茫然。这种教师独角戏式的教学，根源在于知识传授与能力培养的割裂。新版课标明确提出要培养物理观念、科学思维等核心素养，但如何将理念转化为课堂行动？实验项目式学习提供了一条破局之路。它不是做实验+ 写报告的简单叠加，而是通过创设真实问题情境，让学生在动手实践中完成知识建构与素养提升。

一、从教材实验到项目式学习的“三步改造法”

第一步：精选实验主题，搭建生活化场景

将教材实验目标转化为现实问题需求是首要环节。物理规律的应用价值往往隐藏在生活场景中，教师需要识别实验原理与真实世界的连接点。例如平抛运动规律对应着投掷类运动的轨迹预测需求，圆周运动原理体现在各类旋转机械的设计中。这种转化不是简单的贴标签，而是通过分析课程标准与生活实践的双向映射关系，确保项目既覆盖核心知识点，又具备现实意义。

第二步：拆解任务链条，设计进阶式问题

复杂项目的实施需要建立阶梯式问题框架。以自动投篮机器人为例，其问题链设计遵循基础原理→拓展应用→技术创新的逻辑脉络：初级阶段聚焦运动规律验证（平抛轨迹计算）；中级阶段融入变量控制（投射角度与距离关系）；高级阶段引入工程优化（传感器反馈调节）。这种分层设计既保证学习目标的达成度，又为不同能力学生提供发展空间。

第三步：创设脚手架，降低探究门槛

差异化支持工具是项目顺利实施的关键保障。基础指导卡应包含明确的步骤指引和示例数据，如平抛实验中给出初始速度的测量方法；而开放性任务单则需设置启发式问题，引导学生思考变量间的深层关系。实践证明，当学生获得与其认知水平匹配的支持工具时，探究过程会变得更加自主且有效。

二、项目式学习中的素养培育实践

（一）科学思维：在试错中生长

科学思维的培养需要建立在真实的认知冲突基础上。在物理实验项目中，当学生面临预期结果与实际数据的偏差时，正是思维发展的关键契机。以机械能守恒验证实验为例，传统打点计时器测量存在约 8% 的系统误差，这恰恰成为引导学生深入思考的切入点。教师不必急于纠正误差，而是通过误差来源分析—测量方法改进—实验方案优化的递进式提问，让学生自主发现空气阻力、纸带摩擦等因素的影响。有小组尝试用光电门传感器结合视频逐帧分析，将误差控制在 3% 以内。这个过程不仅训练了数据分析能力，更重要的是培养了质疑—验证—修正的科学思维模式。

（二）实践能力：让知识活起来

物理概念的真正理解需要经历具身认知过程。圆周运动教学中，单纯记忆向心力公式往往导致机械套用。当学生亲手制作简易离心机时，他们必须解决三个实际问题：如何量化转速（用手机测速软件）、怎样测量向心力（改装弹簧秤）、如何处理数据（绘制 F-ω² 图像）。在调试过程中，学生直观观察到橡皮筋断裂时的临界转速，这比任何理论讲解都更能说明向心力与安全设计的关系。这种实践不是简单的动手操作，而是将理论公式转化为可操作的工程参数，使知识获得实际意义。

（三）合作能力：在碰撞中提升

有效的科学合作需要结构性设计。拼图式分组通过角色分工强制产生知识依赖，在万有引力项目中表现为：数学组需要物理组提供当地重力加速度实测值，而物理组需要技术组编写数据处理程序。这种设计创造了自然的互教互学场景。在月球轨道设计任务中，各组必须就以下问题达成共识：轨道高度的计算依据（引力 Σ=Σ 向心力）、能量守恒的适用条件（忽略其他天体干扰）、演示模型的简化原则（比例尺统一）。教师需要提供合作流程指导表，明确阶段性成果交接节点，避免合作流于形式。真正的合作能力体现在学生能够整合不同视角的见解，形成超越个体认知的解决方案。

三、评价改革：从“分数”到“成长档案”

（一）过程性评价：记录思维轨迹

有效的学习评价应当关注认知发展的动态过程。实验日志本的设计基于建构主义学习理论，强调学习是不断解决问题的渐进过程。在实践中，教师需要指导学生规范记录三个关键维度：问题描述需具体到实验现象或数据异常；解决方法要区分自主尝试与求助获得（如改用气垫导轨减小摩擦）；新疑问应体现思维进阶。这种记录方式使隐性的思维过程显性化，教师可通过定期批阅发现学生的认知盲区，及时调整教学策略。建议每周收取日志本 1 次，采用星级评定（ ⋆ 发现问题的敏锐度 解决策略的合理性 提问的深刻性）结合文字反馈。

（二）表现性评价：让成果说话

成果展示评价借鉴了 STEM 教育中的工程答辩模式，其核心在于评估学生将知识转化为解决方案的能力。创客展评价标准应包含：科学性（原理阐释准确度）、创新性（问题解决的新颖度）、完成度（作品的功能实现程度）。例如投篮机器人项目，除展示命中率数据外，还需说明初速度计算公式的推导过程、角度调节机构的机械设计思路。建议采用专家评委（教师） ¹⁺ 同行评议（学生互评） + 社会评价（邀请家长参观）的多维评价主体，权重分别占 60% 、30% 、 10% 。展示过程全程录像，作为后期分析的实证材料。

（三）反思性评价：看见成长

元认知理论指出，学习反思能促进知识的深度内化。素养自评表的设计要避免笼统的满意度调查，而是引导学生进行结构化反思。具体可设置：概念理解维度（如我现在能够解释为什么过山车在环顶不会掉落）、能力发展维度（如我学会了用Tracker 软件分析视频中的运动参数）、合作体验维度（如我主动承担了小组数据处理工作）。自评结果与教师评价的对比分析可以揭示学生的自我认知偏差，为个性化指导提供依据。

结论

实验项目式学习让物理课从解题训练场变成思维健身房，学生在解决真实问题的过程中，不知不觉练就了科学思维、实践能力和合作意识。当学生为设计校园节能路灯而主动研习能量转化规律时，核心素养的培养已悄然发生。

参考文献：

[1] 范甲祥 . 借助物理实验 ， 提高高中物理教学实效 [J]. 数理天地 （ 高中版 ），2025，（10）：128-130.

[2] 吴宜文 . 以核心素养为导向的高中物理实验教学实践 [J]. 高考 ，2025，（13）：133-136.

[3] 徐善际 . 项目式学习视域下的高中物理实验教学策略 [J]. 数理天地 （ 高中版 ），2025，（08）：130-132.