高中物理实验教学的创新与优化研究

引言

在高中物理教学体系中，实验教学是连接理论知识与实践应用的关键纽带，对于培养学生的科学思维、探究能力及核心素养具有不可替代的作用。随着教育改革的深入推进，传统实验教学模式中存在的“重演示轻操作”“重结论轻过程”等问题日益凸显，难以满足新时代对创新型人才培养的需求。在此背景下，如何通过教学创新与优化提升实验教学的实效性，成为物理教育领域亟待解决的重要课题。

一、高中物理实验教学的现状审视与创新逻辑

（一）传统实验教学的现实困境

当前高中物理实验教学普遍面临三重困境：其一，教学目标功利化倾向显著，部分教师将实验视为知识验证的工具，忽视实验在科学方法训练、创新思维培养等方面的多元价值，导致学生仅能机械复现实验步骤，难以形成独立探究能力；其二，教学方式固化，“教师演示—学生模仿”的模式占据主导，学生缺乏自主设计实验、分析解决问题的机会，课堂参与度与思维活跃度不足；其三，实验资源配置失衡，部分学校受硬件条件限制，实验器材陈旧匮乏，数字化实验设备应用滞后，难以满足新课标对探究性实验的教学要求。

（二）创新优化的理论逻辑与现实需求

从理论层面看，建构主义学习理论强调学习者在真实情境中通过主动探究建构知识体系，这为实验教学中创设问题情境、引导学生自主探究提供了理论支撑；多元智能理论倡导尊重学生个体差异，要求实验教学应设计多层次任务以满足不同智能类型学生的发展需求。从实践层面看，《普通高中物理课程标准（2017 年版 2020 年修订）》明确提出“加强实验教学，重视培养学生的实验探究能力”，高考改革亦强化了对实验设计、数据处理等实践能力的考查。因此，实验教学的创新与优化既是落实课程标准的必然要求，也是应对考试评价改革的重要举措。

二、高中物理实验教学的创新模式建构

（一）问题引导式探究模式的深度应用

问题引导式教学以认知冲突为驱动力，通过逐层递进的问题链引导学生开展实验探究。在实践中，需遵循“情境创设—问题生成—实验设计—数据分析—结论建构”的实施路径。例如，在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，教师可先通过视频展示赛车加速场景，提出“赛车加速度与哪些因素有关？如何定量研究？”等问题，激发学生探究欲望；继而引导学生设计控制变量的实验方案，讨论“如何平衡摩擦力”“怎样测量拉力”等操作细节；实验过程中，鼓励学生记录数据并绘制a-F、a-1/m 图像，通过分析图像斜率的物理意义建构物理规律。该模式将知识学习与问题解决深度融合，有助于培养学生的科学思维与探究能力。

（二）数字化实验技术的融合创新

数字化实验（DIS）通过传感器、数据采集器与计算机的协同作用，实现了物理量的实时测量与动态分析，为实验教学带来革命性变革。以“探究单摆周期与摆长的关系”为例，传统实验中人工计时误差较大，而利用光电门传感器与数据采集系统，可精确测量单摆周期，结合计算机绘制T2-L 图像，直观验证周期公式。

（三）跨学科融合实验的开发设计

物理实验与数学、工程、技术等学科具有天然的关联性，开发跨学科融合实验可拓宽学生的知识视野，培养综合应用能力。例如，设计“太阳能小车制作与性能测试”实验，学生需综合运用力学（摩擦力、动能定理）、电磁学（电动机原理）、材料科学（车身轻量化设计）等知识，经历方案设计、零件组装、调试优化等工程实践环节。实验过程中，引导学生建立数学模型分析小车行驶距离与电池功率、车身质量的关系，通过迭代改进提升小车性能。此类实验打破学科壁垒，让学生在真实问题解决中体会物理学科的应用价值，培养创新思维与实践能力。

三、高中物理实验教学的资源整合与实施策略

（一）实验器材的校本化开发

针对实验器材不足的问题，教师可引导学生利用生活材料开发简易实验装置。例如，用塑料瓶、细沙制作“冲击摆”探究动量守恒，用智能手机的加速度传感器研究自由落体运动。校本化器材的开发不仅降低实验成本，更能让学生体会物理与生活的紧密联系，激发创新灵感。同时，鼓励学生参与器材改进，如对“探究变压器原理”实验装置进行优化，通过增加匝数可调的线圈模块，使实验现象更直观，提升探究效果。

（二）实验教学的分层任务设计

依据学生的认知水平与学习能力，设计基础型、提升型、创新型三级实验任务。基础型任务面向全体学生，侧重实验基本操作与原理验证，如“测量玻璃的折射率”；提升型任务设置开放性问题，要求学生自主设计实验方案，如“设计多种方法测量动摩擦因数”；创新型任务则结合科研前沿或生活实际，如“利用传感器研究城市交通拥堵中的物理问题”，鼓励学生开展跨学科探究。分层任务设计满足了不同层次学生的发展需求，使每个学生都能在实验中获得成就感，激发学习内驱力。

（三）实验课堂的动态生成性建构

传统实验教学过度追求预设目标的达成，忽视课堂生成性资源的利用。在创新教学中，教师应树立“动态生成”的教学观，鼓励学生在实验中提出质疑、尝试新方法。例如，在“探究楞次定律”实验中，若学生发现电流表指针偏转方向与预期不符，教师可引导学生分析可能原因（如线圈绕向错误、磁体极性判断失误等），组织小组讨论并设计验证方案。这种基于生成性问题的探究活动，不仅深化了学生对物理规律的理解，更培养了严谨的科学态度与问题解决能力。

四、结语

高中物理实验教学的创新与优化是落实课程标准、培育创新型人才的关键路径。本研究通过剖析传统教学困境，建构“问题引导探究—数字化技术赋能—跨学科融合”的立体化教学模式，同时以校本化器材开发激活资源、分层任务设计满足差异、动态课堂建构深化探究，形成“理论突破—模式创新—实践落地”的完整改革链条。未来，需进一步探索实验教学与人工智能、大数据等前沿技术的深度融合，强化实验评价体系的过程性与多元化，让实验教学真正成为学生科学思维生长、创新能力迸发的沃土，为物理教育高质量发展注入持续动力。

参考文献

[1] 杨晶晶 . 核心素养下高中物理实验教学中学生思考能力的培养 [J].数理化解题研究 ,2025(3):106-108

[2] 吴水平 . 问题引导式教学在高中物理实验教学中的有效应用 [J]. 数理化解题研究 ,2025(9):98-100