利用高考物理实验题培养学生的科学素养

摘   要：以2023年重庆高考物理试卷中的实验题目为研究对象，深入分析学生在解题过程中核心素养的表现。研究指出，学生在解答高考物理实验题时，普遍遵循读取题目、信息获取、应用所获信息及已有知识来解决问题的步骤。分析结果表明，高考物理实验题对中学生的科学探究核心素养提出了明确要求。学生的答题表现反映了其已具备的综合素质和物理学科素养。研究对高中物理教学具有指导意义，有助于优化教学策略。

关键词：高考物理实验题；高中物理教学；核心素养；学生能力评估

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2024）9-0053-4

１    引  言

在物理学领域，核心素养跨越了从概念理解到实际行动、从推理到问题解决的全过程，以及从认知到情感负担的多个层次。为了准确评估这些素质，需采取恰当的方法，这就使其成为教育研究的重要议题。物理课程标准和教学与评价方案均强调了物理学科专业核心能力发展的重要性，旨在提升学生的基本物理专业能力和学习技能，以满足《普通高中物理课程标准（２０１７年版２０２０年修订）》的要求。通过对自然科学领域的“概念理解”“科研意识”“实践能力”“科研方法与责任”等核心素质的深入研究［１］，本文旨在准确分析学生发展状况，从而有效指导学生学习，使其不仅能掌握知识，还能积极实践所学内容。物理课程标准在“学业水平考试与命题建议”中提到，高等院校招生录取的学业水平等级性考试内容应涵盖高中课程标准的必修和选择性必修内容，并体现其综合性和应用性［２］。为了培养学生的物理学科核心素养（图１），我们需关注物理学最新进展及其成果的应用。基于此，本文通过对２０２３年重庆高考物理实验题的分析，探讨了中学生在解题过程中对核心素养的展现。侧重于深入研究与实际问题相关的课程内容，以增强学生解决实际问题的综合能力。

２    物理实验思维能力的培养与结构界定

物理实践能力由实验观察能力、操作能力和思维能力三个要素构成。其中，实验思维能力至关重要，它为实验观察和操作提供了基础性的指导功能。物理实验观察需要实验思维的引导，以确保观察结果的全面性和深度；物理实验操作，如实验仪器的选择与组装，同样依赖实验思维的辅助。在此，从实例入手，通过分析高考对学生实验思维能力的考查情况和特点，为物理实验教学中如何有效培养学生的实验思维能力、巩固实验能力基础提供有效案例支持，充分发挥高考在“引导教学”和“以考促学”方面的作用。

随着“创新”概念的普及，传统的实验模式已不再适应现代社会的发展需求。因此，我们应高度重视并加强学生创新能力的培养，使他们更好地理解和掌握“万众创新”的理念，以便更好地服务于经济社会发展。具体在教学中，教师可采用多样化的教学手段，例如，将物理实验与思维导图相结合，通过设计性思考的实验［３］，有效培养学生的创新精神和发散思维。这种方法打破了传统教学模式，有助于我们更高效地完成教学任务。高中物理教师，尤其是刚步入教学课堂的教师，应加强对设计性实验和思维导图的运用，不断探索并完善它们的功能，以便更有效地指导学生制订和执行实验方案。基于此类教学前提，孕育教学机遇，从而显著提升物理课堂教学的质量。

３    研究对象的选取——高考物理实验试题

２０２３年重庆高考物理试卷中的实验题包含一道运动学实验和一道电学实验。高中物理实验题通常涉及力学、磁学、电学等领域，解决这些问题时，学生需要将实验数据转化为图表，通过分析图像（如斜率、截距等）来求得题目中未直接给出的物理量。例如，在解决运动学问题时，关键在于深入理解一系列概念和规律。对于电学实验，其核心在于掌握电路的基本原理和运作规律。对于力学实验，其主要焦点在于动力学相关公式的应用和理解。接下来，对２０２３年重庆高考物理部分的运动学实验题进行详细分析。

原题转述 某实验小组使用单摆测量重力加速度。实验器材如图２所示。题目要求如下：

（１）略

（２）使用摆线和摆球组成单摆，如图２乙所示。当摆线长度为L＝９９０．１ ｍｍ时，记录并分析单摆的振动视频，得到振动周期Ｔ＝２．００ ｓ，求重力加速度ｇ（保留３位有效数字）。

此题考查了学生对游标卡尺和单摆知识点的掌握。第一问是基础题，学生只要掌握游标卡尺的读法即可得分。第二问需要学生从给定的振动周期和摆线长度计算重力加速度。首先，计算单摆的摆长Ｌ＝９９０．１ ｍｍ＋１×１９．２０/２ ｍｍ＝９９９．７ ｍｍ。然后，利用公式Ｔ＝２π，得到ｇ＝，代入Ｔ＝２ ｓ和Ｌ＝０．９９９ ７ ｍ，计算得到ｇ＝９．８６ ｍ/ｓ２。分析表明，只要学生分析问题的能力过关，就能解决这类基础题目。由此可以看出，高考物理主要还是考查学生对基础知识的分析运用能力。

为了深入了解学生解决实验题时的思维过程，并指导未来高考学生的学习，为学生的物理思维能力提升奠定基础，基于能力导向，我们采用问卷调查和演绎推理的方法对已参加高考的学生进行了分析。以下为研究方法及问卷结果展示分析。

４    研究方法

演绎推理法是一种先进的推理技术（图3），通过应用这一技术，我们能够深入探索和分析观察到的现象及其外部环境的变化，并利用这些信息建构有效的实验来检验和验证已有结果。例如，爱因斯坦就是利用两条基本假说推断出质量与速度之间的联系。

研究采用网络问卷的方式，调查参加过高考的学生在物理试卷实验题上的得分、难度感知和解题思路，以指导未来高考学生的学习。通过对问卷数据的收集与分析，得到了表１所示的结果。

问卷调查结果显示，大多数参加过高考的学生认为，物理题尤其是实验题，具有一定难度。实验题要求学生具备丰富的知识储备，能熟练运用物理知识，并在面对大量信息时具备筛选有用信息的能力。实验题的得分与试题难度、学生的知识储备以及题目信息的有效性密切相关。因此，教师在日常教学中应从这几个方面训练学生的信息提取、运用能力以及解题能力。

５    教学启示

通过实际操作，学生可以更深入地理解物理学的真正含义。仅仅依靠课堂讲解难以使学生真正领悟物理学的价值，因此，我们应努力增进对物理学的理解，并将其作为未来探索的基础。所有事物都应仔细探究，培养学生的科研探索能力。2023年的高考物理试卷不仅延续了传统的实验类型，还将大部分实验知识融入其中，使其更具挑战性。因此，我们应更多地关注和深入研究物理实验，师生共同将更多精力投入到更有趣、更有意义的课堂活动中，而不仅限于教科书上的分组实验。

科学思维是指依托于确凿的事实证据和严谨的科学推理，对不同的学术观点和研究结论持怀疑和批判的态度，通过实证检验和进行逻辑修正，最终能够形成创新性和前瞻性见解的一种思维能力和学术品格。教师应充分利用教学实验室条件和可用物品进行实验活动，让学生亲自操作实验，体验完整的实验探究过程。同时，要求学生将理论与实验相结合，以期培养他们的证据意识。

此外，利用先进的ＩＴ技术可以更高效地进行物理实验教学，培养学生利用工具的能力。当前教科书和智能手机都可作为有效工具，帮助学生更好地了解和复现有趣的物理实验。在当前的学习氛围中，我们应重视使用智能手机作为信息工具，并通过实践来培养学生的创新精神，避免“机械刷题”。

在课堂上，教师应引导学生进行观察、思考、计算、处理、推导和讨论等活动，帮助学生更好地了解实际情况，并培养他们的科学精神［４］。教师还应鼓励学生使用多样化的实验手段，培养他们的独立性和创新性。在物理学科的核心素养引领下，教学活动应深刻聚焦于基础知识的夯实与深化。教师应积极引导学生回溯教材与新课标，确保学生能够在其中寻找到知识的根基与脉络。这一过程中，我们不仅要严格遵循教育教学的科学规律，更要注重物理知识的自然生成与逐步建构，让学生真正理解和把握物理学的精髓。

与此同时，激发学生对物理实验的浓厚兴趣也是至关重要的。实验不仅是物理学的灵魂，更是学生直观理解物理现象、培养探究能力的有效途径。因此，在教学过程中，我们应积极创造实验环境，设计富有挑战性的实验项目，让学生亲自参与、亲身体验，从而激发他们的探究欲望，增强实验探究能力［５］。通过这样的教学方式，我们期望能够培养学生的物理思维，提升物理素养，为他们未来的学习和研究奠定坚实的基础。

由于环境限制，一些物理实验我们无法亲自操作，因此，需要借助科学技术手段来展示此类实验。教师应根据不同环境设计富有挑战性的物理科学实验，激发学生的学习热情，并帮助他们建构物理模型。在课堂上，我们还应强调科学探究，培养学生的实践技巧和建构主义思想。利用视频资料帮助学生形成对事物的直接体会，引导他们利用已掌握的物理知识分析科学实验问题，激发学生的创新精神，提升自身综合素养。

为了更好地掌握知识，我们应增加生活化的课外作业，让学生观察思考生活中存在的物理现象，以便其更有效地理解和掌握所学内容。从２０２３年重庆高考物理试卷的实验题考查中可以看出，在物理课堂教学中，教师应着眼于学生的长远发展，致力于培养和提升学生的问题解决能力和学科素养。除了教授基本的解题技巧和应试策略外，更重要的是，教师需要引导学生深入理解物理学的科学本质，掌握学科的思维方式和研究方法。我们期望学生在学习过程中，能够培养出发现、探索和创造的能力，使他们在面对全新的物理情境时，能够灵活运用已掌握的知识，对熟悉的模型进行迁移和创新，从而深入剖析问题的核心。同时，我们也鼓励学生基于坚实的证据来支持自己的观点，并运用所学的物理方法和规律来创造性地解决新问题，从而不断提升他们的物理素养和问题解决能力。

参考文献：

［１］中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（２０１７ 年版２０２０年修订）［Ｓ］．北京：人民教育出版社，２０２０．

［２］刘玉斌．物理学科核心素养中科学探究如何实现可测可评 —— 以 ２０２２ 年高考理科综合全国卷的部分物理实验题为例［Ｊ］．基础教育课程，２０２２（１５）：５９－６４．

［３］王育群．聚焦高考实验考查热点  提升学生物理核心素养［Ｊ］．中学理科园地，２０１９，１５（６）：１８－２０．

［４］叶晓强．高中物理实验教学中学生核心素养的培养［Ｊ］．西部素质教育，２０２２，８（９）：９１－９３．

［５］周志扬．“深度学习”观点下的物理情境教育——以“导体的电阻”教学片段为例［Ｊ］．物理教师，２０２０，４１（１０）：１７－20，２４．

（栏目编辑    陈  洁）