指向深度探究的高中物理实验教学设计与实践研究

课题项目：文章系福清市教育科学研究课题《指向深度探究的高中物理实验教学设计与实践研究》（课题编号：FQ2023GH043）的主要研究成果。

作者简介：陈主生（1985～），男，汉族，福建福州人，福建省福清华侨中学，研究方向：高中物理教学。

摘  要：高中物理课程的教学内容比较多，与数学、化学、生物学和地理学课程都有一定的联系，对学生综合素养的要求较高，学习难度也比较大。实验作为高中物理课程必不可少的组成部分，做好其教学工作能够有效提升物理学科的总体教学质量。所以，教师应该通过对教学设计与实践的创新，树立学生的主体地位，推动学生在实验中主动且深度开展学习探究，发挥学生的主观能动性，师生相互配合创造出优秀的实验教学质量。

关键词：高中物理实验教学；深度探究；高中物理实验教学设计

中图分类号：G633.7    文献标识码：A    文章编号：1673-8918（2024）08-0116-06

新课程、新教材和新高考给高中物理实验教学带来了巨大的变化，如何通过物理实验教学培养学生的探究能力与核心素养已经成为教育界普遍关注的一个重要问题。在此背景下，高中物理教师应该摆脱传统的、知识型教学的思维，在思路和方法上进行创新，以新颖的设计反映时代发展的步伐和学生成长的需求，为国家和社会输送具备探究和创新能力的优秀人才，同时也使物理知识技能真正成为学生认知体系的组成部分，能够帮助他们解决现实生活中的实际问题。

一、 高中物理实验教学的现存问题

所谓“深度探究”指的是一种学习状态，是师生在教学中达到“深度学习”水平的必然渠道。深度探究需要学生实现对知识的深入理解，能够在情境中有效运用知识技能，解决现实中的物理问题，增强学生的思维能力，是高中生物理学科核心素养持续发展的重要前提条件。但是，在传统应试教育思想的影响下，高中物理教学，包括实验教学，缺少“深度探究”，学生主要解决的是题目中的“现成”问题，与现实生活没有密切关系，学习本身以比较被动、机械的模式为主。

在上述教学模式下，学生无法全身心地投入学习活动，学习过程主要是被动接受教材上的知识内容和对教师实验示范的简单模仿，缺少对知识的质疑和批判、对实验过程的思考以及对学习收获的验证和巩固。相应的，学生对已经完成的学习活动开展反思，也以“知识性”的反思为主，即判断结果的“对错”，缺少对整个学习过程的分析以及对知识的迁移和应用。这使得学生难以体会物理学科领域的科学原理、思维方法与实际价值，无法达到全面培养学生物理课程核心素养的良好效果。

二、 高中物理实验教学现存问题的产生原因

（一）缺少对学生兴趣的激发

高中物理实验教学现存问题，是由各方面原因所共同构成的。这些原因导致传统教学模式缺少对学生自主探究的关注，有助于学生深度探究的教学方法大量缺失。比如，以往高中物理教师在知识型教学模式下缺少对学生兴趣的有效激发。部分高中物理教师鲜少开展实验教学，还有的教师虽然组织了实验教学活动，但对学生提出了较多的限制。从实验准备到实验结果，已经“提前”被教师所规划好。学生出现任何不同的操作，或者结果与最初的设计不一样，就会被教师认为实验中出现了问题或错误。在这样的情况下，学生感到动手实践缺少实际意义。

因为在学生看来，他们只是要记住知识而已，教师已经给出了这些知识，实验只是教师为了验证大家是否“记熟”了理论知识，而不是去探索物理现象。实验操作也不过是在对教师进行模仿。学生对此感到枯燥无趣、浪费时间。高中生不参与或者很少参与物理实验，动手能力差，缺乏解决实际问题能力的现象因此而屡见不鲜。虽然高中生所学习的物理知识还达不到非常“深奥”的程度，但他们仍然会感觉到一定的学习难度，因为其头脑中存在大量没有经过实践整合的、抽象的知识点，并不足以带领他们领略丰富多彩的物理世界。

（二）缺少对教学模式的创新

在以往的教学实践中，已经有部分高中物理教师发现了实验教学存在的问题，认识到传统的教学模式已经无法跟上时代的发展。新型的高中物理实验教学应该让学生经历物理学研究的一般过程，能够获得令学生感到充满收获感和成就感的探究体验，为自己成功的预测实验结果或优秀的动手能力而欣喜，感受自身物理课程核心素养的持续进步。要让学生在这样积极向上、能够满足自身成长需求的氛围下顺利地吸收所学知识，用于克服学习过程中出现的各种困难，逐渐学会调整自己的学习探究方法，配合教师进行教学设计的优化或开展新的学习实践。

然而，部分高中物理教师产生上述认识后，并不是对教学模式进行创新，而只是增加高中物理实验教学的时间比例，对学生的动手操作提出更多、更加严格和细致的要求，寄希望于学生能够因此而得到更为充实的实验体会。结果适得其反，增大了学生的学习压力，使得学生产生了更多的挫败感，没有感到实验的有趣，也缺少成功的喜悦，反而对物理实验感到畏惧、退缩，对“为什么实验总是不成功”“为什么理论知识与实验结果不匹配”等问题感到非常困惑，乃至逐渐失去对物理实验的兴趣和信心。

（三）缺少对教学设计的优化

教学模式的僵化导致了教学设计不能根据实际需要及时地优化完善。根据具体教学内容和教学目标的不同以及学生在不同阶段所表现出的能力发展程度与成长需要，高中物理实验教学应该有灵活的设计，不能千篇一律。比如，“运动的描述”一章，可以由学生利用家中物品进行简单实验，实验设计交给学生自己。学生可以结合数字设备进行视频拍摄等记录实验过程，课堂上再进行演示、分享，与教师的实验示范进行对比，找到并解决自身实验中存在的问题，实现对理论知识的深度理解。

而同样是“运动的描述”，如果实验设计不够灵活，可能需要学生必须在实验室完成实验，学生要达到非常严格的要求，乃至进行大量对于速度和加速度的繁琐计算。这本来应该属于对生活实验进一步优化，而不是直接呈现给学生，增大学生的学习难度。又如，实验探究力的合成、分解或共点力的平衡，本来可以使用有趣的网络视频激发学生的兴趣，让学生以类似“叠积木”的方式进行实验，展开趣味的实验探究活动。但教师的实验设计只是让学生对很简单的问题进行受力分析并进行有限的调整和反复的计算，很难起到较好的实验教学效果。

三、 深度探究对高中物理实验教学的重要性

相较于传统的教学模式，深度探究有赖于学生强烈的学习动机和自我发展需要，在新课程、新教材和新高考的指导下进行，能够从根本上解决现存的各类问题。通过对“深度探究”的理解，高中物理教师能够摆脱传统的应试教育思维，教学的思路、方法和手段会更为灵活，物理实验教学能够为提高学生综合的学习能力及核心素养而服务。高中物理实验教学能够出现新的形态，教师得以完善教学策略，学生获得更为充实的学习体验，实现“教学相长”，乃至成为高中物理教学质量整体进步的突破口。

深度探究的重要性，还在于能够给师生双方提供一个看待高中物理实验教学的新视角，即站在物理学本质的角度，把实验作为物理现象的探索，鼓励学生大胆假设、小心求证，以科学的思维为基石放飞想象力，对尚未实验验证的物理现象进行各种猜测，再通过符合科学规范的实验验证自己的猜测是否正确。如果结果与预期不符，深度学习并不要求学生去强行“掰正”实验结果，而是思考当前的结果说明了什么问题，从理论和实践两个层面进行调整，直到二者能够完成“对接”。

四、 基于深度探究的高中物理实验教学基本特征

（一）知识自主整合

基于以上论述，可以发现并总结出基于深度探究的高中物理实验教学基本特征。首先深度探究强调高中物理知识的全面整合。传统的高中物理实验教学模式以教师的讲解和示范为主，或者在课堂上加入一些简单的小实验作为“调剂”，学生并没有较多亲自动手实验的机会。在这种模式下，学生很难得到实践探究方面的知识，也就谈不上知识上的整合。“深度探究”则是学生进行少量的、模式化的实验，本质上是在严格模仿某种实验操作，而不是自主探究，所得到的实践知识也是有限的，整合的效果不好。

而深度探究因为是由学生自己参与到实验设计，自己设想实验的结果和流程，提出相对应的物理知识，所以学生在亲自动手实验中能够得到非常直观且印象深刻的实践知识。哪怕是实验中接通以普通干电池为电源的电路，都能让学生意识到科学实验的严谨性和可能出现的危险，对学生今后的工作、生活产生积极的意义，帮助学生实现理论与实践知识的有效结合。值得注意的是，这种联系是学生自己所意识到的，而不是教师所反复提醒的，能够成为学生融会贯通各种知识的基础和其认知体系持续发展的动力。

（二）素养迁移应用

在传统的高中物理教学中，因为有效实验的缺乏，学生缺少对现实问题的解决能力，无法从物理学的视角认识、思考和表达问题。还有些学生虽然会对现实问题产生兴趣，但因为空有理论知识，没有动手能力，不具备较为完备的素养，所以只能提出种种假设。比如，家人选购了一款“网红”镜子，但是需要直接贴到墙面上，没有支架。学生从所学知识出发，认为其受力有问题，很可能粘贴不牢靠。但是家人不具备相关物理知识，无法理解；学生则难以通过简单、直观的物理实验加以演示证明，导致问题不能得到有效解决。

出现类似情况的根本原因，就在于学生的物理课程核心素养存在缺陷，不能实现对物理知识技能的迁移应用。而在深度探究的高中物理实验教学中，师生双方能够基于教材中的内容并结合学生在生活中感到困惑、存在兴趣的各种问题，创造丰富多彩的物理实验，使得学生在完成实验之后，能够从理论和实践两个角度对这些问题给出科学、合理、有说服力的解释，使得学生的物理课程核心素养发展成果能够在现实中体现出应有价值。此外，教师还可以在此基础上鼓励学生进行拓展延伸，如自主的生活化物理实验。

（三）增强辩证思维

对科学知识的学习离不开辩证的思维。任何知识或者规律都不是唯一的或绝对的，而是在不断发展中。正如物理学在发展过程中所表现出的那样，科学家经常会有新的发现，可能会推翻已有的结论，开创出一片新的天地。比如，提出“宇称不守恒”定律的杨振宁和李政道及进行实验验证的吴健雄，他们对物理学所作出的贡献就是开创性的，对当时既有的物理学理论是一种颠覆。传统教学模式下的高中物理实验教学则鲜少考查学生的这种质疑精神，培养学生的辩证思维，只是要求学生对记忆现有物理知识和并在考试中加以应用。

而在指向深度探究的高中物理实验教学中，学生需要对实验和与实验有关的物理知识进行辩证思考，学生能够全面地对所学的物理知识或者实验中出现的问题提出质疑，用发展的眼光看待自身的学习与实践，乃至对教师的指导发出疑问，不迷信权威，不被教条主义所迷惑，践行“实践是检验真理的唯一标准”，用证据表达自己的观点，能够锲而不舍地寻找相关证据。无论学生将来是否会从事专门的物理研究工作，这种辩证思维对于学生持续的发展成长也有着巨大帮助。

五、 指向深度探究的高中物理实验教学设计方法

（一）自我导向的设计方法

基于高中物理实验教学的现存问题和深度探究的优势、特征，在当前的高中物理教学改革中加强对深度探究的运用、创新实验教学是非常必要的。而在具体的实验教学设计方法上，教师应以学生自我为导向，为学生自主的深度探究打下基础。因为在深度探究的背景下，学生的学习不再需要教师过多的监督和管理，而是需要学生表现出较强的自主学习意识与能力。自我导向就是要发挥出学生的自主意识，由学生参与实验的设计，学生自发地完成学习、管理、反思和提升，并对实验学习的效果进行自主评价。

比如，教师带领学生探究功与速度变化的关系，可以尝试由学生自己进行实验设计。教师只提出“功与速度变化的关系”这一实验主题，至于实验材料的选择以及通过何种方式对小车或其他事物做功，交给学生自己决定。为避免学生钻入牛角尖或者在实验设计中顾此失彼，教师可以将学生组织为多个实验小组，大家共同从实验需要和便利性等不同的角度展开思考和讨论，使得实验设计既能达成实验目的，又简单易行。如可以用橡皮筋做功，选择尽可能光滑的平面以忽略摩擦力的影响等。

（二）问题导向的设计方法