摘 要：核心素养是学科育人的集中体现，文章基于物理学科素养中科学思维和科学探究能力的要求，将高中物理实验依据实验目的分为学习仪器使用型、测量物理量型、探究规律型三类，总结出其教学流程。此流程有助于学生掌握物理实验学习方法，培养进一步学习的能力。

关键词：核心素养;实验教学;教学模式

一、 引言

2017年普通高中物理课程标准提出物理核心素养包含物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面。物理学是以实验为基础的一门学科，实验教学对培养学生的科学探究能力发挥着至关重要的作用。高中物理实验大多按照操作者进行分类，分为三类：教师演示实验、学生分组实验、课外实验。新课标将原来教材中许多教师演示实验改为学生探究实验。随着国家对教育的投入，很多学校的学生有条件完成原来只供教师演示的实验。

当今社会对人才的核心能力是创新能力，创新能力需要在实践中培养。新的高考评价体系明确指出高考的核心功能是立德树人、服务选才、引导教学。比如2020年全国卷Ⅱ物理高考试题，第一道目的是测量加速度，第二道的实验目的是研究小灯泡的伏安特性曲线，都属于测量物理量类实验。不管实验题如何创新，实验的原理和操作方法都能在课本中找到原型。下面对2020全国卷Ⅱ的实验题对应的课本实验、考查能力分析如表1。

由表1可知，为了帮助学生做好高中物理实验题，提高学生科学探究能力，需要将高中物理实验按照实验目的进行分类。

二、 高中物理实验类型的分类

依据人教版高中物理教材将实验按照目的分成三类：学习仪器使用型、测量物理量型、探究规律型。下面对人教版高中物理教材中出现的主要实验分类见表2。

三、 三种类型实验的教学流程

（一）学习仪器使用型实验

仪器使用型实验目的是让学生认识仪器的构造，了解其原理，同时学生实践，掌握仪器的正确操作方法。该类型的实验教学流程分为以下三步。（图1）

第一步：接触仪器、认识构造、明白原理。学生在观察仪器和阅读仪器使用说明的基础上，理解仪器的构造。比如在游标卡尺的使用教学中，部分学生搞不清游标卡尺是否需要估读，部分学生不知道所选游标卡尺的分度值。经过与学生交谈，发现这些学生大多是由于在学习过程中没有接触游标卡尺，不了解其结构。比如在10分度游标尺的教学中，首先让学生测量标尺的0到10的长度，得出是9mm比其主尺的10mm差1mm，每格就差0.1mm。在此基础上总结出10分度的读数原则。采用此方法教学后，学生理解难点，很容易读出读数l。这里l0为标尺0刻度前主尺的刻度数（mm），n为标尺与主尺的对齐格子数，d为游标卡的精度。

l=l0+n×d（1）

第二步：学习使用方法。在明白原理的基础上，让学生测量，教师记录下学生不规范的操作步骤，然后集中讨论，总结出正确的使用步骤，培养学生交流、反思的能力。

第三步：练习使用仪器。在此过程中，让学生测量实物。一方面激发学生的学习物理的热情，另一方面培养学生解决实际问题的能力。比如在游标卡尺的使用中，让学生测量一根头发的直径和一个杯子的深度等问题。

（二）测量物理量型实验

這类实验所要测量的物理量一般无法用仪器直接测量，需要通过测量与它相关的其他物理量，结合物理规律计算得出。这类实验教学的目的主要是培养学生设计实验和数据处理的能力。为了达成教学目标，该类实验的教学流程有以下三步。（图2）

第一步：明确原理。由于所要测量的物理量无法直接测量，因此第一步需要确定采用什么样的方法来测量。比如用单摆来测量重力加速度实验中，需要测量的物理量是重力加速度，但是高中阶段无法用实验仪器直接测量。但是可以根据学过的单摆的周期公式的变形式公式（2），可以通过测量出单摆的摆长l和用秒表测量出50个周期的时间t。根据公式（3）计算出周期T，再利用公式（4）计算重力加速度。

T=2πlg（2）

T=tn（3）

g=4π2lT2（4）

第二步：设计方案、分组实验。目的是培养学生设计实验和制定方案的能力。在确定实验原理的基础上，接着设计实验方案，学生分小组完成实验。比如用单摆测量加速度实验中，我们在确定了需要测量的物理量是摆长l和多个周期所用的时间t后。学生设计如下实验方案：

A. 用细线的一端穿过小球后打一个结，细线和小球构成了一个单摆。

B. 将单摆绑在铁架台上后，使单摆保持竖直向下。

C. 测量单摆的摆长l：用游标卡尺分别选三个不同方向测出小球的直径后计算平均值d，再用直尺测出从固定点至小球上端的细线的长度，则摆长。

l=l1+d2（5）

D. 在平衡位置处放置量角器，把单摆从平衡位置拉开5°左右，让单摆在竖直平面内摆动，从摆球经过平衡位置开始计为零，用秒表记下单摆50次同一速度经过平衡位置的时间，根据公式求出周期的平均值。

E. 将测出的时间t和摆长l代入公式（3）和（4）中求出重力加速度g的值。

第三步：处理数据、分析误差。得出实验数据后，采用公式（3）和公式（4）计算得出g的值，也可以根据l-T2的图像计算斜率的g值。教师引导学生分析误差产生的原因、提出减小误差的实验方案或操作规范。

（三）探究规律型实验

该类实验教学的目的是让学生经历科学探究的过程，培养学生发现问题、解决问题的能力。该类实验是高中物理实验教学的核心内容，其教学流程有下面四个步骤。（图3）

第一步：创设情境、引出问题。捷克著名教育家夸美纽斯曾说“一切知识都是从感官开始的”，学生的认知过程是从感性到理性的过程。物理原理往往比较抽象，但原理涉及的物理现象有些学生早已认识，有些比较稀奇。教师通过将精心创设的情境展示给学生，引起他们的好奇心，唤醒他们原有的认知基础，在此基础上提出问题有助于激发学生的探究热情。

第二步：提出假设、设计方案。物理规律的发现过程中，物理学家创造性的假说发挥了十分重要的作用。针对教师提出的问题，引导学生结合自己的生活经验给出假说。教师进一步引导学生设计实验方案来验证自己的假说是否正确。比如探究导体电阻与其影响因素之间的定量关系实验教学中，学生猜想导体的电阻可能与横截面积、长度、导体的材料和外界的温度有关。教师引导学生采用控制变量法设计实验方案来验证自己的假说。

第三步：设计实验、记录结果。巧妙地设计实验是发现规律的关键。比如在电磁感应规律的发现过程中，物理学家奥斯特发现电流的磁效应之后，包括奥斯特在内的很多物理学家都在思考磁能不能生电的问题，但他们都没有设计出实验来验证自己的猜想，法拉第不懈地努力设计出了实验方案，发现了电磁感应现象。因此设计实验过程可以培养学生的创造性思维能力。

第四步：分析数据、得出结论。规律就像沙堆中的钻石一样埋藏在数据中，需要明锐的洞察力去发现。比如我们在探究加速度与质量、受力的关系实验中，为了得出加速度与质量的关系。需要引导学生画a-m图像、a-m2图像和a-l/m图像等，最终发现a-l/m图像是一条直线后得出结论。

三、 小结

高中物理实验教学有助于培养学生的科学思维和科学探究能力，文章基于高中物理学科素养，对人教版物理教材中的主要实验按照实验目的分为三类，总结出每一类的教学流程。可以为青年物理教师提供参考，也可以帮助学生掌握物理实验的学习方法，发展终生学习的能力。

参考文献：

[1]柴秀芹.基于核心素养的高中物理实验课教学[J].中学物理教学参考，2017（5）.

[2]金加团.基于核心素养的高中物理实验教学的创新和实践[J].中学物理，2016（10）.

作者简介：

赵刚，甘肃省庆阳市，北京师范大学庆阳附属学校。