郑 涛
（广东省潮州市高级中学 广东 潮州 521000）
摘 要：本文结合具体的物理分组实验教学实例，从实验操作技能和实验设计创新技能两方面入手，对学生进行核心实验能力的培养。
关键词：物理核心实验能力；核心物理实验技能；实验设计创新技能
学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。发展学生的核心素养是当前我国教育的新导向。具体到物理学科，主要包括“物理观念”、“科学思维”、“科学探究”、“科学态度与责任”四个方面的核心素养。物理学是以实验为本的科学，在物理学的发展中，实验起了重要作用。“科学探究”作为物理核心素养中关键要素之一，高中物理课程标准为其设立了明确的目标，这也为高中物理实验能力的培养指明了方向。
认知心理学的研究成果表明物理实验能力包括两种实验技能：一是动作技能，另一种是智慧技能。前者偏向实际操作，后者偏向思维创新，两者密切配合、相互制约。相对应，笔者认为，高中物理核心实验能力的培养，也可从两种主要技能入手：一是实验操作技能，另一种是实验设计创新技能。课堂教学是落实核心素养培养的关键平台之一，而学生分组实验又是落实学生“科学探究”素养培养的重要途径之一，应当如何充分利用分组实验课堂教学来提升学生的核心实验能力呢？笔者将结合具体的物理实验教学案例，尝试从实验操作技能和实验创新技能两方面对学生进行核心实验能力的培养。
一、核心物理实验技能的培养
核心物理实验技能是指学生在实验操作过程中起到关键作用的动作与方法技能，笔者认为可以进一步细分为实验现象观察技能、实验装置组装技能、实验装置操作技能、实验数据测量记录与分析处理技能等。在高中阶段，力学中游标卡尺、螺旋测微器、刻度尺、秒表、天平、弹簧秤…,电学中多用电表、电压表、电流表、电阻箱、滑动变阻器等的安装使用、连线、读数等都属于物理实验技能。同时，列表法、作图法、计算法等对实验数据的记录与分析处理方法也属于物理实验技能。
学生分组实验是培养高中物理核心实验技能的重要途径，由于多方面原因，高中物理教师不可能在每一个实验中都顾及到各种物理实验技能的培养。这时，教师可以通过给每个实验分别设立核心技能培养目标的方式，引导学生逐步掌握常规物理实验器材的安装与操作、实验数据的测量与处理方法，进而提升学生的实验实践能力。例如，在《探究小车的速度与时间的关系》分组实验中，设立的实验技能培养目标是：能正确安装与使用打点计时器，能从纸带获取相关数据，能用列表法与图象法记录、分析与处理数据；在《探究加速度与力、质量的关系》分组实验中，设立的实验技能培养目标是：会平衡摩擦力，会用逐差法求加速度，在图象法中会用“化曲为直”的方法寻找两个非线性变量间的关系等。这样，将高中物理核心实验技能分散到一次次的分组实验训练中，让每一次的实验都有一种或几种核心实验技能得到重点培养，最终实现学生实验技能的整体提升。
物理实验核心技能培养目标调制好后，还要具体落实到学生分组实验课堂教学中，在此过程中，教师的启发引导与示范操作就变得尤其重要。例如，对于“打点计时器的安装与使用”、“平衡摩擦力的方法”等技能，教师可先做动作示范，然后学生进行模仿操作，教师可以通过巡视观察学生实验操作过程，及时发现并指出其实验操作上的问题。但在分组实验课堂中，由于人数众多，教师往往无法及时看清所有学生的实验过程细节，这时，教师也可借助学生实验报告上记录的实验数据，撰写的实验过程、和实验结论等内容，推断学生能否从纸带上正确获取并处理实验数据，及时发现问题，及时予以指点，引导学生从实验报告中的错误延伸发现自己实验操作上的问题。对于“实验数据的记录与处理方法”，教师可以通过不同实验，让学生分别用列表法、作图法、计算法等不同方法处理实验数据，并比较优劣，逐步提升学生“使用不同方法和手段分析、处理信息，描述并解释探究结果和变化趋势”的能力。从而进一步提升学生的核心实验技能。
二、实验设计创新技能的培养
如果说物理实验技能是相对偏向动作技能范畴，是核心实验能力的外显过程。那么实验设计创新技能则更偏向于内隐的物理思维范畴。高中物理课程标准中对“科学探究”的培养目标有明确规定：“具有设计实验探究方案和获取证据的能力，能正确实施实验探究方案”等等。与物理实验技能的培养相比，要启发引导学生制订有一定新意的科学探究方案，灵活选用合适的器材获得数据，完成实验，是具有更高层次的水平要求。笔者尝试从创新思维的培养和创新行为的实施两方面对学生进行实验设计创新技能的培养。
在物理实验教学中，教师可以通过实验交流评估等环节，先介绍一些常用的实验创新方法，来拓展学生的视野，培养学生发散思维和创新思维能力。例如，在《探究小车的速度与时间的关系》实验中，教师在实验交流环节，可以总结得出高中物理实验中常用的测速方法，除了用打点计时器以外，还可采用光电门测速、频闪照相法测速、滴水法测速和速度传感器直接测速等。在《探究加速度与力、质量的关系》实验中的“平衡摩擦力”环节，还可演示介绍用气垫导轨代替长木板，从而不必平衡摩擦力；在力的测量中，用小钩码的重力近视代替小车所受拉力的误差分析中，介绍可用拉力传感器、弹簧测力计等代替已知质量的小钩码，直接测拉力，从而消除系统误差的方法等。这样，通过实验器材的等效与替换、实验方法的变通与迁移，实验情景的设计与创新，来开阔学生的视野，打破学生的思维瓶颈，培养学生的实验创新设计思维。
实验设计创新技能的形成，最终还得通过学生分组实验来具体实施。教师可以围绕一个实验目的，提供多种实验器材，让学生根据实验原理设计实验方案，实施创新行为，形成创新能力。
例如，在学生分组实验“测定玻璃的折射率”中，除了课本中介绍的利用平行玻璃砖测量玻璃的折射率外，还可利用实验室已有的不同形状的玻璃砖，提前布置学生思考：还能利用其它实验装置测量玻璃的折射率吗？如有，请设计出实验方案。学生根据各种光学元件特性，提出了不少实验方案。例如，利用平行玻璃砖对光线的平移作用测定玻璃的折射率（光路原理图如图1所示）；利用三棱镜对光线的偏折作用测定玻璃折射率（光路原理图如图2所示）；利用圆形玻璃砖对光线的偏折作用测定玻璃的折射率（光路原理图如图3所示）；利用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率（光路原理图如图4所示）等等。
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实验前，教师通过引导归纳，将上述几种典型方案介绍给全班同学。实验时，打破以往呆板的照本宣科，全班统一一种实验方案的做法，允许学生根据自己设计的方案进行实验，比较结果。在实验中，尽可能让学生多动脑，多动手，多交流，多分析；教师不断发现学生思维和操作上的闪光点，并及时肯定和推广。这样，使学生在实践中能发挥自己的聪明才智，享受创造性实验的快乐，不断发展实验设计创新的能力。
再就是，要发展学生的物理实验设计创新能力，还应大力优化和改革教师的教学方法。特别在学生分组实验教学中，要尽量采用开放性、设计性和研究性实验，通过一些目标确定而实现途径不限的开放设计型实验，促进学生积极思考，引导学生多角度、多方位思考问题，培养学生发散思维能力与创新设计能力。
总之，学生核心实验能力的发展，是和他们在学习中的相关行为联系在一起的。在分组实验教学中，要发展学生的实验操作技能和实验设计创新技能，应尽量让学生亲身参与实验从设计到实施的全过程，并通过对实验问题的交流讨论与辨析，不断提高学生的实验探究能力与设计创新能力。随着时间的推移，知识的结论可能会因使用频率的减少而逐渐淡忘，但他们在实践中所获得的技能体验和创新感悟却会在新的学习过程中得到加强和深化，成为他们科学学习素养的组成部分。
本文为广东省教育科学规划课题“核心素养下培养学生实验能力的实践研究”（编号2019YQJK521）的研究成果
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