核心素养是知识、能力和态度的综合表现，是学生应具备的能适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。《普通高中课程标准（2017年版2020年修订）》提出学生核心素养和关键能力的培养要求
［1］，《义务教育课程方案（2022年版）》也提出“要聚集核心素养，面向未来，要深化教育改革，坚持素养导向”
［2］。教学实践充分证明，要有效培养学生核心素养，必须尽可能创设真实情境，让学生在学习过程中形成解决复杂问题的品格和能力。而实验和实践活动是营造真实情境的重要载体，教师要以学生为主体，以学习为中心，做好教学设计；以问题引导学生主动学习探究，让学生“做中学”“用中学”“创中学”“项目实践活动中学”，从而形成关键能力。笔者以教学案例为例，探讨如何有效培养学生的核心素养。
1 在“做中学”——帮助学生在实践过程中建构知识、感悟原理并增强能力
“从做中学”，由美国教育家约翰·杜威提出。杜威提倡学生在“做”的过程中完成“学”的积累，强调学生的个体感受。我国教育家陶行知也指出：“教的方法根据学的方法；学的方法根据做的方法。”若强调“做”是学的中心，也是教的中心，则教师要引领学生主动探究问题的答案，培养学生获取新知识的能力，让其在探究过程中逐步构建起自己的知识结构，最终使教师和学生、教与学在“做”的实践上实现高度的统一。
教学片段一：高中物理“游标卡尺的测量原理”教学。
【教师活动】展示10分度游标卡尺，介绍其结构和作用。
【学生活动】在空白纸上画出长度为1 mm的线段，尝试将1 mm等分10等份，促使学生产生思维冲突，进而寻求解决办法。
【师生交流】尝试用“放大法”，将1 mm的线段放大10倍，借此模拟游标卡尺的制作过程。
【学生活动】用毫米刻度尺在空白纸上画一条长度为10 cm的线段（代表实际长度为1 cm），等分10等份，画出刻度线（主尺）；再在空白纸上沿边线画一条长度为9 cm的线段（代表实际长度为9 mm），等分10等份，画出刻度线（游标尺），如
图1所示。
【师生交流】空白纸上长度对应最小分度值分别为1 cm和9 mm，相差1 mm，对应实际最小分度值分别为1.0 mm和0.9 mm，相差0.1 mm（在实际操作中，均按还原后的最小分度值进行分析）。
【学生活动】让主尺和游标尺按0刻度线对齐，观察并交流两把尺刻度线对齐情况。移动游标尺，使游标尺的刻度线1与主尺的刻度线1对齐，观察主尺的0刻度线与游标尺的0刻度线之间的间隔。
【师生交流】在主尺的0刻度线到1 mm刻度线之间画上第一条“0.1 mm”的刻度线（称之为“暗刻度线”）；继续移动游标尺，使游标尺的刻度线2与主尺的刻度线2对齐，得到主尺0刻度线到1 mm刻度线之间的第二条0.1 mm的“暗刻度线”；按前述方法依次操作，可在主尺“0刻度线”到“1刻度线”之间得到9条“暗刻度线”，从而获得最小分度值为0.1 mm的精确度。
【学生活动】继续移动游标尺，在主尺的1 mm刻度线到2 mm刻度线之间、2 mm的刻度线到3 mm刻度线之间继续等分，最终找到主尺上整毫米刻度线之间的“暗刻度线”的读数方法。学生动手制作的“游标卡尺”见
图1。
【总结交流】
（1） 对于10分度的游标卡尺，可在主尺上任意两个整毫米刻度线之间，画出9条“暗刻度线”，从而将1 mm等分10等份，使主尺的测量精确度提高至0.1 mm。
（2） 物体长度等于“主尺0刻度与游标尺0刻度之间距离”，则物体长度值可直接在主尺上利用刻度线、“暗刻度线”进行读取，由此可以得出：物体长度=主尺上整毫米数n × 0.1 mm。
说明：主尺上整毫米数是以游标尺“0刻度”为基准，并在主尺上读取的；主尺上“暗刻度线n”则是在游标尺上读取的，即游标尺第几根刻度线与主尺某根刻度线对齐，则“n”就等于几。
（3） 20分度的游标卡尺将主尺上1 mm等分20等份，使主尺的精确度提高到0.05 mm。同样，50分度的游标卡尺能够将主尺1 mm等分50等份，使主尺的精确度提高到0.02 mm，即有：。
【设计意图】引导学生动手制作游标卡尺，帮助其更好地体验游标卡尺的精妙之处：利用游标尺给主尺画“暗刻度线”，能够将1 mm分度再等分10、20或50等份；最终，学生理解了测量原理后，自然能很好地掌握读数方法。
2 在“用中学”——用实验解决真实性问题，帮助学生在实践中把知识内化为素养
“用中学”，是指让学生将所学知识应用于实践中，在应用知识解决真实性问题时理解知识，从中把知识内化为素养。基于这一教学理念，教师需要将日常教学中学生难以理解和难以接受的认知冲突整理并加以提炼，形成研究性课题，借此引导学生经历“问题分析—方案设计—实验验证—问题解决”的探究过程，从而帮助学生掌握解决问题的创新性思维方式。
教学片段二：高中化学酸碱中和滴定实验教学。
在组织酸碱中和滴定实验教学时，学生在选择指示剂时，发现指示剂（甲基橙或酚酞）显色范围并不在pH=7附近，即对pH突跃的概念难以理解并接受。针对这一问题，课题组教师采用如
图2所示的数字化实验方案，并让学生通过实验自己解决学习中遇到的困难。
利用数据采集器、pH传感器等数字化设备，指导学生进行0.10 mol/L的HCl滴定20.00 mL 0.10 mol/L的NaOH溶液实验的操作，并通过Dislab软件在电脑上实时记录滴定过程中溶液pH变化情况，据此绘制0.10 mol/L的HCl和20.00 mL 0.10 mol/L的NaOH标准溶液滴定过程中的pH变化曲线，如
图3所示。通过动手实验，学生观察到溶液pH逐渐变小，但变化速度是先慢后快再慢，最后趋于不变，从而认识到滴定过程中的“突变”是客观存在的，再通过理论计算并分析pH突跃的原因，学生加深了对中和滴定理论的理解。
【设计意图】利用Dislab软件实时记录滴定过程中溶液的pH变化情况，学生就能直观了解滴定过程中pH变化的真实情况，有效解决学生学习中的困惑，有利于学生理解并掌握滴定原理。
3 在“创中学”——妙用身边工具设计创新小实验，探寻解决问题的新方法和新模式
创造和创新不是科学家或发明家才拥有的能力，而是每个学生都具有的潜能及品质，也是21世纪人才的最重要特征。“创中学”可以是对一个具有创造性的学习任务（或问题）展开的创造性学习，“创造”不仅体现在组织某项活动、发明某项装置上，更体现在日常教学中教师创造性地设计教学，用情境、任务、项目和专题引领学生探究问题、提出并动手验证各种各样的问题解决方案，从而培养学生的创新能力，激发其学习的内在动力和学习潜能的教学行为。
教学片段三：高中物理物体运动过程的分析。
对篮球运动员原地起跳投篮，即起跳过程中地面对运动员是否做功的问题，一般都是从做功的两要素进行分析，或从能量转化与守恒角度进行分析，但往往是学生好像听懂了，一到自己解题时还是容易出现错误。究其原因，是学生对物理原理理解得不透彻。
在教学中，我们指导学生用内置弹簧的自动笔模拟人的原地起跳过程（
图4），具体为：学生将内置弹簧笔的一端抵住桌面，用手捏住并向下压笔套，内部的弹簧被压缩，然后放手，笔离开桌面弹跳起来。学生自己动手体验，就很容易理解篮球运动员起跳过程中地面没有对人做功，教师再从能量转化角度分析，就能加深学生对物理原理的理解和掌握。
例如，在进行“平抛运动”的教学时，“平抛运动”的运动轨迹难以采用直观手段进行展示。对此，在教师的指导下，学生制成“平抛运动”实验仪
［3］（
图5），并撰写论文发表在《实验教学与仪器》2018年3月份杂志上。该装置可直观展示“平抛运动”的运动轨迹，但存在水流初速度不稳定、初速度无法调节的问题。随后，在教学使用过程中，受空调广告语“有凉感无风感”启发，笔者采用“气泡分散器”解决了平抛运动中水流初速度不太稳定的问题；而受医疗输液器流速控制装置启发，又制作“速度调节器”控制“平抛运动”模拟装置液体流出的初速度。
利用自制实验装置开展实验教学，易于激发学生的学习兴趣，提高其学习效率，最终培养了学生的动手能力和创新意识。
【设计意图】物理原理比较抽象，将设计实验引入教学，可以直观展示物理过程，从而让学生在亲自动手实践的过程中分析物理要点，体会物理原理，并帮助学生达成理解并掌握物理原理的目标。
4 在“项目实践活动中学”，帮助学生在活动中增强综合实践能力
实践活动，是学生将理论知识应用于实际环境的重要途径。通过实践活动，学生可以加深对知识的理解，提升解决问题的能力。
在活动过程中，教师引导学生从真实世界的问题或情境出发，选择具有挑战性、趣味性和现实性的项目课题；而学生根据项目课题的兴趣和实际需求，组建团队，明确分工，制订计划，通过查询资料、调研访问、头脑风暴等方式解决问题，体验知识应用的过程，并以报告、模型、展示板等多种形式展示项目成果，并进行评价。
这些活动的实施，能有效提高学生的跨学科学习能力、自主学习能力和创造力，培养他们的实践能力、解决问题的能力和团结协作精神，增强学习的动力和兴趣。笔者以具体案例加以说明。
教学片段四：“探究烟草影响植物细胞分裂”综合实践活动。
“探究烟草影响植物细胞分裂”综合实践活动的实施过程是：在教师的具体指导下，学生以社团合作形式完成实验思路的设计、实验的具体操作步骤（
表1）、实验结果的记录（
表2）和实验结论的总结与反思。在此过程中，学生必须分工明确、各司其职，才能有效完成实践活动。
在制作根尖临时装片过程中，部分学生按照教材实验步骤操作，需要18 min，造成染色过深，难以制作大量根尖临时装片；学生结合化学实验中滴定板的使用经验，尝试用6孔滴定板完成实验，需11 min，染色经漂洗后，观察效果理想。
学生在教师的指导下结合实验结果提出疑问：该实验结果能否说明烟草危害人体健康？小组学生经讨论后得出：实验材料为大蒜，只能证明烟草能够抑制植物细胞的有丝分裂。若要分析烟草对人体健康的危害，还需要以动物细胞作为材料重复实验，观察实验结果，才能得出正确的结论。设计该环节的意图是观察学生是否能够基于事实、证据进行逻辑推理，并凭借高阶思维能力锻炼自身的实验操作等能力。
【设计意图】在该探究实践中，教师指导学生合理规划时间，小组内合理分工合作，利用所学知识对实验过程进行改进、创新，帮助学生自主完成课题研究；能够有效提高实验的效率与质量，培养学生综合运用不同学科的知识解决真实情境中的问题，一方面提高其问题解决能力，另一方面落实核心素养的培养目标。
5 结语
实践教学能够帮助学生有效掌握所学知识，在实验过程中，学生经历动手操作、观察现象、分析数据的过程，不仅能锻炼他们的动手能力，还能培养他们的逻辑思维能力和问题解决能力。通过设计实验、实验操作、分析数据等环节，学生从中学会科学探究的基本步骤和方法，形成良好的科学态度、科学的思维方式和严谨的科学作风，感受科学的魅力，激发起对科学的兴趣和探究欲望。
2023年度安徽省教育信息技术研究课题“基于大数据的实验教学管理综合研究”(AH2023143)
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