基于创新能力培养的高中物理实验教学模式探索

引言：

物理实验不仅是知识验证的载体，更应成为学生创新思维生成的生长点。然而，从当前教学实践观察，大多数高中实验活动仍停留在“过程预设—结果复现”的层面，学生思维被程式化流程所规训，缺乏必要的创造空间与策略生成的契机。课程改革背景下，《普通高中物理课程标准（2020 年修订）》明确提出“以核心素养为统领”，其中“创新能力”作为科学探究的高级目标，亟需在教学结构中获得实质性回应。

一、高中物理实验教学中创新能力培养的现实困境

在当前高中物理实验教学实践中，创新能力的培养面临结构性失衡与目标定位模糊的双重困境。一方面，教学内容高度依赖教材固有实验，实验任务大多围绕验证性目的展开，学生所扮演的角色更多是执行者而非设计者，缺乏问题提出与方案生成的机会。这种“输入确定—输出重复”的实验逻辑极大压缩了思维发散的空间，使“动手”流于机械，“探究”形式空洞。另一方面，在教学评价与教学资源两端，创新能力的支持体系尚不健全。多数学校将实验教学边缘化处理，排课时间、器材配置、教师研修等资源分配严重失衡，教师在实际教学中难以系统实施开放式实验。加之缺乏过程性、多元化的评价工具，学生在实验中即使展现出独立想法，也难以获得正向反馈。这种低激励、低期待的环境，使创新能力不仅难以孕育，更易被挤压成教学附属，成为“形式参与”的牺牲品。

二、高中物理实验教学中创新能力培养的理念基础

创新能力的培养不应附着于物理实验教学之外，而应内嵌于教学的理念框架之中，成为其方法论意义上的逻辑起点。相比追求结论一致性的传统实验路径，真正服务于创新成长的教学模式必须从“设计权的回归”入手，即赋予学生在实验活动中发现问题、构建假设、决策方案的主导地位。唯有当实验成为开放的问题情境而非封闭的操作流程，学生的认知行为才可能从程序模仿走向策略建构。这一理念转向不仅重塑了教学对“知识”的定义，更重新确立了“探究”在实验教学中的结构性地位。在具体实施层面，强调生成性任务与动态反馈机制的嵌合，既反映了核心素养导向下物理教学的系统目标，也体现了创新能力作为过程性品质的生成路径，而非外加评价指标。物理实验之“理”由此从物理规律的呈现，延展为思维方式的生成；教学之“法”亦不再固守标准步骤，而向真实情境中学生的主动构建敞开。

三、基于创新能力培养的高中物理实验教学新模式构建路径

（一）模式构建目标与逻辑起点

以实验为媒介训练学生的创新素养，首要在于重塑实验教学的逻辑起点——不再围绕既定结论，而从真实问题出发激活学生的问题意识与探究动机。在这一过程中，学生不再仅是“操作的手”，而是问题的提出者、方案的设计者、结果的解释者与意义的传播者。教学目标应主动嵌入“提出—构思—验证—表达”的创新路径，将物理知识学习与高阶思维发展协同推进。课堂成为生成任务的工作场，而非标准答案的演示场，教师需将思维训练、设计任务与成果展示三位一体植入实验全过程，让学生在“做中创”“错中改”“说中悟”。

（二）核心结构：“四段六环”教学路径

1. 引导阶段

以“光的反射与折射”实验为例，实验教学伊始，应避免机械引入公式或教材条目，而应设定贴近生活且富有认知冲突的问题情境，引导学生基于经验进行初步推理。如引导学生思考“为何水中的筷子看起来断了？”或“汽车后视镜为何设计为凸面？”等问题，通过视觉经验的偏差触发对反射和折射规律的探索兴趣。在课堂内构建“学生先于教材发现问题”的认知张力，使探究由内而发，而非依赖教师指令。

2. 探究阶段

摆脱标准实验方案的单一指令束缚，让学生基于目标自行构思实验路径，是激发创新的关键。例如在“探究折射角与入射角的关系”任务中，学生可选择激光笔、光导轨或自行设计的光路反射板等多种方式实现光路追踪。教师应容忍“方法多样”“结果不一”，鼓励学生就材料选择、测量精度和误差处理等问题展开小组内讨论与协商，推动其在对比中优化策略，在试错中形成个性化方案。

3. 提炼阶段

数据不只是求解结论的工具，更应成为建构模型和反思认知的通道。在光路实验中，学生将实际测得的多组入射角与折射角整理成图像，识别变量间是否存在函数型关联，尝试用几何方法回溯斯涅尔定律的提出逻辑。同时，学生需分析误差来源，如界面定位不清、角度读取偏差等，并提出改进方向，如增加光源强度、使用图像采集等辅助工具。通过对结果与过程的反思迁移，推动学生从“测得了什么”走向“理解了什么”“还能怎么改”。

4. 表达阶段

实验的终点不应止步于结果陈述，而应延伸至表达能力与迁移能力的综合建构。鼓励学生以简报、视频、电子海报或短讲形式呈现实验设计思路、关键数据分析过程与结论价值，重视其在讲述中的逻辑性、创造性与沟通性。进阶任务可引导学生延伸物理规律在现实中的衍生意义，如分析折射在潜望镜、隐形战机、全反射光纤中的技术应用，从而促使物理知识由抽象走向应用，由学科思维拓展至工程视角与社会语境。

（三）实施建议

在创新能力导向的实验教学中，教师应转向策划者角色，重构任务逻辑与情境脉络，关注学生“问题—方案—表达”的完整成长链。教学组织需设定容许失败、鼓励重构的弹性机制，使试错成为思维突破的常态。实验资源不必求繁，关键在于可变性与参与性，手机传感器、开源硬件（如Arduino）等可嵌入操作流程，提升反馈即时性与方案多样性。同时，应搭建开放型展示平台，鼓励学生以可视化形式表达思路与结果，在“表达—回应—迭代”的循环中推动深度创新的自然生成。

四、结语

创新能力不是知识的附属产物，而应成为实验教学内生的目标指向。本文通过对现有困境的剖析与理念更新的建构，提出了以“四段六环”为核心结构的教学新模式，尝试在教学逻辑、组织方式与资源配套上形成系统性突破。实验应成为学生生成认知、表达观点、建构意义的真实场景，而非固定步骤的机械复现。未来的研究可进一步拓展该模式在不同知识主题中的适配性与实施策略，同时加强跨学科资源整合与技术嵌入手段的优化，为物理教学注入更持久的创新动能。

参考文献：

1. 杨冰 . 基于创新能力培养的高中物理实验教学模式探索 [J]. 试题与研究 ,2024(13):79-81.2. 许肃宏 . 基于创新能力培养的高中物理实验教学模式探索 [J].天津教育 ,2024(36):97-99.3. 高健 . 高中物理实验教学中培养学生创新能力的策略研究 [J].高考 ,2025(7):101-103.注：本文系 2024 年度河南省教育资源保障研究一般课题“基于创新能力培养的高中物理实验教学策略研究（课题编号：2024JZB293）”研究论文