实验探究驱动下的高中物理核心素养培养路径研究

前言：

当前，基础教育正经历一场深刻的范式转型，高中物理教学的核心任务，明确指向了对学生物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任这四个维度的综合培养。实验探究驱动的教学模式致力于将学生置于"准科学家"的认知情境中，学生主动的思考、设计、操作与论证，不仅实现了知识的自主建构，更在过程中磨砺了分析问题、解决问题的综合能力。

一、重构实验流程，从“验证”走向“创生”

“创生式”探究的核心在于“过程的再创造”，它要求引导学生从一个相对原始的问题情境出发，自主地、完整地经历“提出可探究的问题—进行猜想与假设—设计实验方案—获取并处理证据—分析与论证—评估与交流”的科学探究全周期[1]。

以“验证弹簧弹力与形变量的关系”为例，教学的切入点不是“今天我们将验证胡克定律”，而是从提出一个具有开放性的真实问题入手，如“弹簧是生活中最常见的弹性元件，我们能否用物理量将一根弹簧的‘软硬程度’定量描述？”或者“不同的弹簧，弹性大小有无差异？我们又如何描述其拉伸性？”从而让学生由被动的接受知识的消费者转向主动问题的探究者，激发出他们内在的探究驱动力。学生可能会想到“拉力大小”“拉伸难易”，此时便可启发他们思考如何把上述概念性模糊的东西定量化，不知不觉中指向了“弹力(F)”和“形变量(x)”这两个中心变量。

在变量确定下来后，引导学生分组讨论设计实验方案，这是思维冲击最强劲的环节。学生们可能出现的方案是：方案A，悬挂不同数量不同质量钩码，测量弹簧总长；方案B，用弹簧测力计匀速水平拉动弹簧，直接读取弹簧产生的弹力及对应的伸长量。老师暂时不给予评判，组织学生每组进行展示、大家互相质问，例如对于方案 A，老师可以提问“我们要的是伸长量，而不是总长度，从数据中如何得到伸长量？”，“每次改变钩码，怎么保证弹簧不会被拉断？”对于方案 B，“如何保证匀速拉伸？若速度不一样对测力计的读数会怎样？”不同的方案孰优孰劣，不同的评估，让学生不仅更加深刻地理解控制变量法、误差产生的原因、测量过程中可能导致的问题、器材的选用等等实验方法论，更为重要的是，学生学会了用科学家的眼光对研究过程中的方案进行逻辑的评价与优化。

二、情境化问题驱动，在真实疑难中建构物理模型

物理观念与科学思维的核心要素之一是“模型建构”能力，真实世界的问题往往是多因素耦合的，解决这些问题要求学生必须学会抓住主要矛盾、忽略次要因素，将一个庞杂的现实问题抽象、简化为一个可分析、可计算的物理模型，从“现实”到“理想”的转化过程，正是物理思维能力的集中体现。

以“估测教学楼的高度”这一经典开放性问题为例，教师提出要求：在无工具（如皮尺）直接估测的前提下，你能用我们学过的自由落体的知识设计一种方案来测量我们教学楼的高度吗？学生很容易想到用 h=½gt²这一关键公式，并提出从楼顶释放小球，测得球下落时间 t，这种方案就是学生建立起的第一个物理模型—“质点自由落体模型”。这时学生构建的该物理模型的物理前提是“理想化”过程，是站在一定条件下对被描述对象的概况，该模型建立的过程，使学生初步领略了物理学家是如何从复杂的现实问题中提取出能经数学处理的理想模型的。该阶段，学生不仅要回顾相关的物理知识（自由落体运动规律），还要考虑到这些知识如何去解决实际问题，把物理的学习跟生活实际联系起来。

三、深化数据处理，从“得出结论”到“评价证据”

数据处理是连接“实验现象”与“物理规律”的关键桥梁，引导学生学会深入地审视数据，从数据中发现问题，评价证据的可靠性与说服力，是培养严谨科学思维和科学态度的核心环节[2]。

学生在完成基本要求的实验“探究加速度与力、质量的关系”之后，需要将实验中得到的多组数据（如保持 m 不变时的 a 与 F，保持 F 不变时的 a 与 m）用图像法处理，即a-F 图像、a-1/m 图像。这是最基本的要求，但不应该就此作结，在这个阶段学生要做到认真规范地整理、检查实验数据的完整、一致性，要求数据表格清楚显示本实验的控制量（自变量）和因变量，记录并计算出各次测量的原始数据与计算数据；要注意绘制图像时选择恰当的坐标比例，使所描数据点尽可能分布在整幅坐标纸，以利于以后数据处理。

当学生的图表呈现在面前时，教师可以围绕图表的细节提出一系列追问：关于线性关系与偶然误差：“请观察你的 a-F 图像，所有的数据点是否都严格地落在你画的那条直线上？为什么会存在这些偏离？这些偏离是随机分布在直线两侧，还是有某种趋势？它们说明了什么？”引导学生思考操作过程中可能存在的偶然误差来源，如轨道不够光滑、打点计时器工作不稳定、测量长度时的读数误差等。

总结：

实验探究并非高中物理教学中可有可无的点缀或环节，而是其灵魂与核心所在，由实验探究所驱动的教学新样态，培养出的学生将不仅掌握了物理学的知识体系，更重要的是，在其内心深处涵养了理性质疑的精神、严谨实证的态度和勇于探索的创新能力。

参考文献：

[1]黄荣愉.核心素养下高中物理实验教学探究[J].试题与研究,2025,(05):1-3.

[2] 陈 朝阳 .“ 三 新 ” 背 景下 的 高 中物 理 实 验教 学 路径 探 究 [J]. 试 题与 研究,2025,(08):73-75.