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摘 要：依据物理学学科特点，实验探究是学习者认识物理、掌握物理非常重要的途径。在高中物理教学中，科学探究能力是组成学生物理核心素养很重要的一部分。教师在进行物理教学中，应当结合现有教育资源充分培养学生的探究能力和思维水平。本文结合2010年诺贝尔物理学奖获得者的经历，分析在我国现行教育制度下，高中物理教学中存在的缺乏对学生实验探究能力培养的现状，以在中学开展物理低成本实验为例，提出改进建议及低成本实验实施中的注意点，为学生能够进行物理核心素养的多元评价提供可能的方案。
关键词：科学探究;高中物理;低成本实验;创新意识
一、引言
创新是一个民族的灵魂，然而我国教育长久陷入难以培养出创新型人才的困境，寻根究底是因为传统的教育模式常常只注重对学生知识性能力的培养，在引导学生实践探究层面稍显缺乏。创新不仅仅需要知识性经验的基础，且更需要科学探究能力，因此对中学生的科學探究意识和能力的培养不可轻视。
物理学是注重实践的学科，研究物理尤其需要探究能力，而一个国家在物理科研方面的成果能够展现国民整体的科学探究素养。在高中物理教学中注重学生科学探究意识的培养为我国孕育创新型人才提供了基础和保障。
二、“透明胶带技术”撕出的诺贝尔奖
石墨烯曾经被认为是一种不可能存在的二维物质，但盖姆竟然仅仅依靠透明胶带并经过不懈地尝试得到了只有一层厚度的石墨烯，将不可能变为了可能，而他的博士生即使用一台精密的打磨仪器也只能打薄至10微米。不起眼的透明胶带为盖姆赢得了2010年的诺奖。
盖姆的成功并非偶然。早年俄罗斯艰苦的科研环境促使盖姆形成了善于利用常见的甚至廉价的物品进行科学研究的习惯。他坚信并不是拥有最先进的仪器和最杰出的人才才能做出伟大的科学成果。
物理是“玩”出来的，当然这种“玩”不同于小孩子毫无目的的游戏，这是建立在一定猜想假设和探究模式下的科学探索。对身边的事物永远保持好奇心，享受工作，在边玩边工作的氛围中，才能体会探索的乐趣。实验探究为学生创新思维的发展提供基础，物理的学习模式应当是边“玩”边学，学生借助形象思维能够对相对抽象的物理概念获得更为深刻的理解。
三、实验是物理教学的基础
物理是一门以实验为基础的学科，高中物理教学在对学生知识积累的培养下，同时也应当重视实验教学。对学生实验设计和操作能力的培养践行了课程标准中定义的课程目标，在学生原有知识背景下创设物理情境，提高了学生学习物理的兴趣，培养了学生的观察能力、思维能力、表达能力以及合作交往能力，这是指导学生采用科学方法进行理论联系实际的实践过程。
在高中物理教学中融入实验教学是结合物理学科特点的必要举措，如何制定合理的实验教学方案，如何在现有资源条件下最大限度地培养学生科学探究的意识是需要教师在实际教学中予以思考的。
四、我国现行教育制度下高中物理教学存在的问题
新课程改革具体目标其中一大转变是：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手。”教师是学生学习的引导者，教学的最终目的是指导学生如何学习，勇于探究。
《高中物理课程标准》中对课程性质作了明确表述：“高中物理课程旨在落实立德树人的根本任务，进一步提高学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础。”其中，科学探究是物理核心素养的重要组成部分。
目前高中物理教学普遍存在的一个问题是学生往往能在基础知识上打下扎实基础，但缺乏实践性的科学探究意识。教师在课堂上往往只是完成课程标准规定的教学任务，将知识以定论的方式教授给学生，对于超出课程纲要的部分就不再深究。对于课本上规定的必做实验，教师一般采用课堂实验演示，指导学生观察的方法以提高课堂效率，将知识系统性流程化地传授给学生，但学生很少有亲自参与的机会。这种现有教学模式只是着重训练了学生实验探究中的观察与思考能力，对于实验设计，实验操作等方面的培养显然还不够到位。
此外，学生在这种模式下的学习局限于对教材知识点的验证，很多开放性问题教师在教学过程中常常一掠而过，对于学生课后探究的重视程度不够。高中物理教学中，对于学生科学探究意识和能力的培养是亟待解决的问题。
五、原因分析
针对我国高中物理教学存在的问题，本文主要从教育模式和国情进行分析：
（1）高考对学生掌握一定量知识的需求
高考是我国选拔人才的重要途径。高考的选拔性导致其对于考生知识掌握程度和数量都有一定的要求。为了适应高考的知识性要求，教师在高中物理教学中一般知识传授与反复练习，侧重训练学生对陈述性知识的理解掌握，而对于实验设计、科学探究方面的培养和训练由于课时有限经常不能得到合理的安排。
（2）传统教学模式的束缚
目前很多高中物理教师还无法适应新课改提出的由充当学生知识的传授者转变为学生学习的引导者这一发展要求。学生的思维活动受传统教学模式的制约效果仍旧很明显，对于科学探究、团队合作等全新的学习方式无法快速接纳。教师在引导学生进行有效科学探究方面的训练依旧薄弱，教师的教与学生的学还无法在课程改革这条路上拧成合力。
（3）教育资源的地区性差异
很多实验需要配置相应的教学仪器，部分地区由于教育资金匮乏，学校不具有购买这类设备的能力，区域间资源配置不均衡会导致部分区域忽视物理学科的实验教学。
六、低成本实验为物理教学科学探究意识的培养提供可能
针对前文提到的传统教学模式束缚及资源空间分配不均问题，教师如何巧妙运用身边常见的物品进行低成本实验，如何妥善引导学生自行设计低成本实验，最大程度发挥他们的创新思维，需要在物理教学过程中予以重视和实践。
教师在设计开发或指导学生操作低成本实验时，可以利用自制器具、自组物件、借用器具或者利用人的亲身感受的方法。在进行低成本实验设计时，需要注意以下几点： （1）科学的实验原理，明确的实验目的
教师在进行低成本实验前，需面向学生进行实验原理的讲解，使学生明确物理观念;同时教师要介绍相应的实验目的，使学生在实验观察时具有指向性。在进行实验操作时，教师要与学生加强互动，不断地提出问题锻炼学生的思维能力，有条件的话可以让学生参与实验。
（2）实验现象尽可能明显
低成本实验所采用的器材一般都是取材于生活，精度普遍较差，如果实验设计不当完全有可能观察不到实验现象。教师在进行实验设计时，应当注意在保证实验原理的基础上使得实验现象便于观察。例如在进行摩擦力演示实验时，采用传统的弹簧测力计拉动小木块读取示数的方法学生难以看清测力计的示数，如果利用生活中常见的毛刷，同样在桌上进行拉动，学生便很容易根据刷毛的形变程度直观感受到静摩擦或者滑动摩擦力的大小。
（3）实验演示操作中尽可能避免引起学生误解的举动
教师在进行实验操作时要对学生讲清楚每一步操作的意义，避免干扰因素影响学生的认知结构。例如利用密封的瓶子自制气压计探究温度的影响作用时，需要双手握住瓶体，观察插入瓶中吸管液柱高度的变化。教师应当选择不易发生形变的瓶子以及避免在握住瓶身时对瓶身进行挤压，使得学生仅仅关注体积变化而忽略温度变化造成的影响。
（4）鼓励学生设计，制定多元评价标准
由于新技术的发展，传感器等较为先进的设备逐渐引入中学实验室，大大提高了实验数据的精度，简化了学生分析数据的步骤，对于学生能够准确形象地建立物理观念有很大的帮助。但是，借助这些高精度的仪器在一定程度上却限制了学生的思维空间，对学生创新思维的培养没有很大的帮助。学生设计低成本实验能够开拓思维能力，培养创新意识，同时在进行实验操作、现象观察时也可以训练科学探究能力。
根据课程标准的要求，对学生科学探究方面能力的评价应当是多元化的。鼓励学生进行低成本实验为从多方面、多角度评价学生提供了一种合理的方案。科学探究分为三个要素：问题要素、证据要素和解释要素。学生结合具体的问题情境制定实验方案体现了问题要素的具体行为，考察学生思维能力和探究能力;小组合作采取拍摄测量等手段记录实验数据并进行数据分析体现了证据要素的具体行为，考察学生的观察能力和合作意识;结合数据分析解释实验现象体现了解释要素的具体行为，考察学生的逻辑推理能力和语言表达能力。
综上所述，中学物理教学中低成本实验的开展为培养学生科学探究意识、创新思维能力以及教师多元评价学生的物理核心素养提供了合理途径。
七、结语
学生科学探究意识的培养应当在高中物理教学中予以重视。课程标准明确指出对于学生物理核心素养的培养应当是多元化多层面的，科学探究是其中不可或缺的一部分。结合我国目前的教学模式和国情，低成本实验弥补了教育资源地区性差异的缺陷，同时也将物理课堂延伸到学生的平时生活，拓宽了学生的思维水平，真正实现了能够边“玩”边学的物理趣味性学习模式，体现了新课程改革中改变学生学习方式的核心思想。
参考文献
[1]阎金铎，郭玉英.《中学物理教学概论》[M].第四版.北京：高等教育出版社，2019.4
[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017
[3]刘文义.《高中物理实验课创新思维培养策略分析》[J].《中学物理教学参考》.第48卷第5期，2019.5
[4]褚慧玲.《基于课程标准的科学探究评价初探》[J].《物理教学》.第41卷第6期，2019.6
作者简介
华沁怡，1999年10月出生，女，汉族，江苏无锡人，本科在读，南京师范大学教师教育学院，研究方向：物理教育
陈心豪1999年1月出生，男，汉族，江苏苏州人，本科在读，南京师范大学计算机科学与技术学院，研究方向：计算机科学與技术
关键词：科学探究;高中物理;低成本实验;创新意识
一、引言
创新是一个民族的灵魂，然而我国教育长久陷入难以培养出创新型人才的困境，寻根究底是因为传统的教育模式常常只注重对学生知识性能力的培养，在引导学生实践探究层面稍显缺乏。创新不仅仅需要知识性经验的基础，且更需要科学探究能力，因此对中学生的科學探究意识和能力的培养不可轻视。
物理学是注重实践的学科，研究物理尤其需要探究能力，而一个国家在物理科研方面的成果能够展现国民整体的科学探究素养。在高中物理教学中注重学生科学探究意识的培养为我国孕育创新型人才提供了基础和保障。
二、“透明胶带技术”撕出的诺贝尔奖
石墨烯曾经被认为是一种不可能存在的二维物质，但盖姆竟然仅仅依靠透明胶带并经过不懈地尝试得到了只有一层厚度的石墨烯，将不可能变为了可能，而他的博士生即使用一台精密的打磨仪器也只能打薄至10微米。不起眼的透明胶带为盖姆赢得了2010年的诺奖。
盖姆的成功并非偶然。早年俄罗斯艰苦的科研环境促使盖姆形成了善于利用常见的甚至廉价的物品进行科学研究的习惯。他坚信并不是拥有最先进的仪器和最杰出的人才才能做出伟大的科学成果。
物理是“玩”出来的，当然这种“玩”不同于小孩子毫无目的的游戏，这是建立在一定猜想假设和探究模式下的科学探索。对身边的事物永远保持好奇心，享受工作，在边玩边工作的氛围中，才能体会探索的乐趣。实验探究为学生创新思维的发展提供基础，物理的学习模式应当是边“玩”边学，学生借助形象思维能够对相对抽象的物理概念获得更为深刻的理解。
三、实验是物理教学的基础
物理是一门以实验为基础的学科，高中物理教学在对学生知识积累的培养下，同时也应当重视实验教学。对学生实验设计和操作能力的培养践行了课程标准中定义的课程目标，在学生原有知识背景下创设物理情境，提高了学生学习物理的兴趣，培养了学生的观察能力、思维能力、表达能力以及合作交往能力，这是指导学生采用科学方法进行理论联系实际的实践过程。
在高中物理教学中融入实验教学是结合物理学科特点的必要举措，如何制定合理的实验教学方案，如何在现有资源条件下最大限度地培养学生科学探究的意识是需要教师在实际教学中予以思考的。
四、我国现行教育制度下高中物理教学存在的问题
新课程改革具体目标其中一大转变是：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手。”教师是学生学习的引导者，教学的最终目的是指导学生如何学习，勇于探究。
《高中物理课程标准》中对课程性质作了明确表述：“高中物理课程旨在落实立德树人的根本任务，进一步提高学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础。”其中，科学探究是物理核心素养的重要组成部分。
目前高中物理教学普遍存在的一个问题是学生往往能在基础知识上打下扎实基础，但缺乏实践性的科学探究意识。教师在课堂上往往只是完成课程标准规定的教学任务，将知识以定论的方式教授给学生，对于超出课程纲要的部分就不再深究。对于课本上规定的必做实验，教师一般采用课堂实验演示，指导学生观察的方法以提高课堂效率，将知识系统性流程化地传授给学生，但学生很少有亲自参与的机会。这种现有教学模式只是着重训练了学生实验探究中的观察与思考能力，对于实验设计，实验操作等方面的培养显然还不够到位。
此外，学生在这种模式下的学习局限于对教材知识点的验证，很多开放性问题教师在教学过程中常常一掠而过，对于学生课后探究的重视程度不够。高中物理教学中，对于学生科学探究意识和能力的培养是亟待解决的问题。
五、原因分析
针对我国高中物理教学存在的问题，本文主要从教育模式和国情进行分析：
（1）高考对学生掌握一定量知识的需求
高考是我国选拔人才的重要途径。高考的选拔性导致其对于考生知识掌握程度和数量都有一定的要求。为了适应高考的知识性要求，教师在高中物理教学中一般知识传授与反复练习，侧重训练学生对陈述性知识的理解掌握，而对于实验设计、科学探究方面的培养和训练由于课时有限经常不能得到合理的安排。
（2）传统教学模式的束缚
目前很多高中物理教师还无法适应新课改提出的由充当学生知识的传授者转变为学生学习的引导者这一发展要求。学生的思维活动受传统教学模式的制约效果仍旧很明显，对于科学探究、团队合作等全新的学习方式无法快速接纳。教师在引导学生进行有效科学探究方面的训练依旧薄弱，教师的教与学生的学还无法在课程改革这条路上拧成合力。
（3）教育资源的地区性差异
很多实验需要配置相应的教学仪器，部分地区由于教育资金匮乏，学校不具有购买这类设备的能力，区域间资源配置不均衡会导致部分区域忽视物理学科的实验教学。
六、低成本实验为物理教学科学探究意识的培养提供可能
针对前文提到的传统教学模式束缚及资源空间分配不均问题，教师如何巧妙运用身边常见的物品进行低成本实验，如何妥善引导学生自行设计低成本实验，最大程度发挥他们的创新思维，需要在物理教学过程中予以重视和实践。
教师在设计开发或指导学生操作低成本实验时，可以利用自制器具、自组物件、借用器具或者利用人的亲身感受的方法。在进行低成本实验设计时，需要注意以下几点： （1）科学的实验原理，明确的实验目的
教师在进行低成本实验前，需面向学生进行实验原理的讲解，使学生明确物理观念;同时教师要介绍相应的实验目的，使学生在实验观察时具有指向性。在进行实验操作时，教师要与学生加强互动，不断地提出问题锻炼学生的思维能力，有条件的话可以让学生参与实验。
（2）实验现象尽可能明显
低成本实验所采用的器材一般都是取材于生活，精度普遍较差，如果实验设计不当完全有可能观察不到实验现象。教师在进行实验设计时，应当注意在保证实验原理的基础上使得实验现象便于观察。例如在进行摩擦力演示实验时，采用传统的弹簧测力计拉动小木块读取示数的方法学生难以看清测力计的示数，如果利用生活中常见的毛刷，同样在桌上进行拉动，学生便很容易根据刷毛的形变程度直观感受到静摩擦或者滑动摩擦力的大小。
（3）实验演示操作中尽可能避免引起学生误解的举动
教师在进行实验操作时要对学生讲清楚每一步操作的意义，避免干扰因素影响学生的认知结构。例如利用密封的瓶子自制气压计探究温度的影响作用时，需要双手握住瓶体，观察插入瓶中吸管液柱高度的变化。教师应当选择不易发生形变的瓶子以及避免在握住瓶身时对瓶身进行挤压，使得学生仅仅关注体积变化而忽略温度变化造成的影响。
（4）鼓励学生设计，制定多元评价标准
由于新技术的发展，传感器等较为先进的设备逐渐引入中学实验室，大大提高了实验数据的精度，简化了学生分析数据的步骤，对于学生能够准确形象地建立物理观念有很大的帮助。但是，借助这些高精度的仪器在一定程度上却限制了学生的思维空间，对学生创新思维的培养没有很大的帮助。学生设计低成本实验能够开拓思维能力，培养创新意识，同时在进行实验操作、现象观察时也可以训练科学探究能力。
根据课程标准的要求，对学生科学探究方面能力的评价应当是多元化的。鼓励学生进行低成本实验为从多方面、多角度评价学生提供了一种合理的方案。科学探究分为三个要素：问题要素、证据要素和解释要素。学生结合具体的问题情境制定实验方案体现了问题要素的具体行为，考察学生思维能力和探究能力;小组合作采取拍摄测量等手段记录实验数据并进行数据分析体现了证据要素的具体行为，考察学生的观察能力和合作意识;结合数据分析解释实验现象体现了解释要素的具体行为，考察学生的逻辑推理能力和语言表达能力。
综上所述，中学物理教学中低成本实验的开展为培养学生科学探究意识、创新思维能力以及教师多元评价学生的物理核心素养提供了合理途径。
七、结语
学生科学探究意识的培养应当在高中物理教学中予以重视。课程标准明确指出对于学生物理核心素养的培养应当是多元化多层面的，科学探究是其中不可或缺的一部分。结合我国目前的教学模式和国情，低成本实验弥补了教育资源地区性差异的缺陷，同时也将物理课堂延伸到学生的平时生活，拓宽了学生的思维水平，真正实现了能够边“玩”边学的物理趣味性学习模式，体现了新课程改革中改变学生学习方式的核心思想。
参考文献
[1]阎金铎，郭玉英.《中学物理教学概论》[M].第四版.北京：高等教育出版社，2019.4
[2]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017
[3]刘文义.《高中物理实验课创新思维培养策略分析》[J].《中学物理教学参考》.第48卷第5期，2019.5
[4]褚慧玲.《基于课程标准的科学探究评价初探》[J].《物理教学》.第41卷第6期，2019.6
作者简介
华沁怡，1999年10月出生，女，汉族，江苏无锡人，本科在读，南京师范大学教师教育学院，研究方向：物理教育
陈心豪1999年1月出生，男，汉族，江苏苏州人，本科在读，南京师范大学计算机科学与技术学院，研究方向：计算机科学與技术