設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)核心素養(yǎng)

谷春生

摘 要：基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源開(kāi)發(fā)的探究式教學(xué)是物理科學(xué)探究教學(xué)的重要組成部分，也是全面提高學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。這就迫切要求中學(xué)教師要善于吸收教育科學(xué)及所教學(xué)科的最新成果，設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)施科學(xué)探究教育，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)；探究教學(xué)；核心素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）10-0062-2

基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源開(kāi)發(fā)的探究式教學(xué)是物理科學(xué)探究教學(xué)的重要組成部分，也是落實(shí)課程目標(biāo)，全面提高學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)和利用有利于提高物理教育質(zhì)量和全面實(shí)現(xiàn)物理課程目標(biāo)。這就迫切要求中學(xué)教師要善于吸收教育科學(xué)及所教學(xué)科的最新成果，拓寬自己的知識(shí)面，挖掘出教材所蘊(yùn)涵的探究性因素，精心設(shè)計(jì)相應(yīng)的探究性課題，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源，把學(xué)生置于開(kāi)放、多元的學(xué)習(xí)環(huán)境中，確立起學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，增進(jìn)獨(dú)立思考能力，啟迪創(chuàng)新思維，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，使其逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。下面把筆者設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、實(shí)施探究教學(xué)實(shí)踐研究的幾個(gè)案例介紹給大家，以求能拋磚引玉。

案例1 設(shè)計(jì)“蠟塊量筒魔術(shù)”引入新課

取一根粗大的紅色蠟燭，用美工刀削成圓柱狀，剛好能放入大量筒中。取一個(gè)粗橡皮塞也用美工刀加工成如圖1所示的形狀，使其剛好能把大量筒口部塞緊。然后，在自來(lái)水龍頭處把大量筒注滿(mǎn)水，輕輕放入蠟塊，并用橡皮塞將其壓入水中，慢慢塞入橡皮塞，注意盡量不要留有氣泡。

操作：首先把整個(gè)裝置倒置，指導(dǎo)學(xué)生觀察“蠟塊冉冉上浮”，然后把裝置放平，使其處于水平狀態(tài)，慢慢調(diào)整讓蠟塊處于大量筒的中間位置處，最后保持大量筒水平，兩手握住量筒一端，沿水平方向把蠟塊向外甩，讓學(xué)生猜想：蠟塊向大量筒的哪一端移動(dòng)，向筒底還是筒頂？學(xué)生猜想：向外甩蠟塊當(dāng)然向筒底運(yùn)動(dòng)，如圖1所示。但結(jié)果恰恰相反，頓時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，這到底是為什么呢？學(xué)完本節(jié)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例分析——離心運(yùn)動(dòng)，我們就來(lái)揭秘這個(gè)小魔術(shù)，一下子吊足了學(xué)生的胃口，激發(fā)起他們強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)愿望。

學(xué)完離心運(yùn)動(dòng)后，揭示小魔術(shù)的奧秘。為了效果更加震撼，筆者花費(fèi)好大的氣力從外面借來(lái)了一臺(tái)離心機(jī)，精心配制碳酸鈣水溶液，兌入三個(gè)潔凈的試管中，然后取兩試管放入離心機(jī)，開(kāi)動(dòng)離心機(jī)數(shù)分鐘，取出試管并與剛才的對(duì)比試管液體對(duì)比，向?qū)W生演示，一目了然，如圖2所示。

先向?qū)W生講明白離心機(jī)的原理：混合液在離心機(jī)內(nèi)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)樗鼈兊拿芏炔煌?，密度大的物體不能獲得相應(yīng)大的向心力，因而做離心運(yùn)動(dòng)，從而把它們分離。這里大量筒在水平方向往外甩時(shí)，為什么要在水平方向往外甩呢？這樣可以防止浮力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。當(dāng)兩手握住量筒一端，沿水平方向把蠟塊向外甩時(shí)，其俯視圖如圖2所示。在大量筒內(nèi)假想幾乎相同位置處存在一個(gè)與蠟塊相同體積的圓柱體的水塊，當(dāng)快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，水塊和蠟塊中密度大的水塊不能獲得相應(yīng)大的向心力，因而做離心運(yùn)動(dòng)被甩向量筒的底部，結(jié)果如圖2所示，而密度較小的蠟塊趁勢(shì)導(dǎo)向大量筒的頂部，所以學(xué)生觀察到蠟塊向量筒頂部運(yùn)動(dòng)的反常情景。

案例2 自制“攪拌茶葉水”分組探究小實(shí)驗(yàn)

在學(xué)生學(xué)習(xí)了離心運(yùn)動(dòng)知識(shí)后，設(shè)計(jì)分組自主探究實(shí)驗(yàn)。取一個(gè)大燒杯，里面倒入自來(lái)水，撒入一些茶葉，每組下發(fā)一個(gè)玻璃攪拌器，讓學(xué)生完成在水中央處攪拌，猜想茶葉是向中央運(yùn)動(dòng)，還是向四周運(yùn)動(dòng)？大家眾說(shuō)紛紜，莫衷一是。

學(xué)生分組自主探究，匯報(bào)結(jié)果：觀察到茶葉不是向外甩，而是向中央玻璃棒處移動(dòng)，這是為什么呢？

解釋原理：類(lèi)比離心機(jī)原理，混合液高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，密度大的物體不能獲得相應(yīng)大的向心力，因而做離心運(yùn)動(dòng)，從而把它們分離。這里假想在幾乎相同位置處的上面存在一個(gè)與茶葉相同體積的水塊，當(dāng)快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，水塊和茶葉塊中密度大的水塊不能獲得相應(yīng)大的向心力，因而做離心運(yùn)動(dòng)向外甩，而密度較小的茶葉塊趁勢(shì)導(dǎo)向中央?yún)^(qū)域，所以學(xué)生觀察到茶葉向中央運(yùn)動(dòng)的反常情景。

案例3 自制“質(zhì)量與慣性的關(guān)系”探究小實(shí)驗(yàn)

在講必修1第三章《牛頓第一定律》中的質(zhì)量與慣性的關(guān)系時(shí)，自制了如下探究小實(shí)驗(yàn)：取兩個(gè)完全相同的黃色乒乓球，其中一個(gè)用細(xì)鋼針扎一個(gè)小孔，再用小注射器注入與乒乓球顏色一模一樣的黃色顏料水，完全注滿(mǎn)確保不留氣泡，先用剪成的小圓形雙面膠粘緊并密封小孔，再用透明膠帶粘住棉線(xiàn)的下端，把它粘在密封的小孔處，從而把密封小孔遮擋起來(lái)，為了防止乒乓球滑落，再用長(zhǎng)透明膠帶粘成“十”字形從而把該乒乓球兜起來(lái)以防止其下落。另一個(gè)乒乓球不用刺破直接按上述方法粘好相同的棉線(xiàn)即可，這樣從外部看兩乒乓球一模一樣。

把外表上一模一樣的兩個(gè)乒乓球等高地懸掛在鐵架臺(tái)的水平橫桿上，然后把整個(gè)裝置立于講臺(tái)上，按圖示的左側(cè)面正對(duì)學(xué)生，然后請(qǐng)出一個(gè)“大氣王”學(xué)生遠(yuǎn)離兩乒乓球30厘米處先后各用憋足的一口氣猛吹向左球、右球。奇怪的現(xiàn)象產(chǎn)生了，一球巋然不動(dòng)，而另一球卻被吹得老高，這是怎么回事呢？激發(fā)起學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望，讓他們充分商量交流猜想。然后，老師從鐵架臺(tái)的橫梁上取下細(xì)線(xiàn)，小心翼翼地保持兩球豎直方向并同時(shí)把它們放入事先已調(diào)節(jié)平衡的托盤(pán)天平的兩托盤(pán)上，神奇的結(jié)果出現(xiàn)了，哎怎么回事？?jī)蓚€(gè)貌似一模一樣的乒乓球卻使托盤(pán)天平兩托盤(pán)一高一低，原來(lái)它們的質(zhì)量不一樣。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：那個(gè)巋然不動(dòng)的乒乓球質(zhì)量較大，被吹得老高的乒乓球質(zhì)量較小。然后老師話(huà)鋒一轉(zhuǎn)，事實(shí)上物理學(xué)家早在幾百年前對(duì)此進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量大的物體慣性較大，質(zhì)量小的物體慣性較小，質(zhì)量的大小量度了慣性的大小，還發(fā)現(xiàn)質(zhì)量是慣性的唯一量度。這樣的實(shí)驗(yàn)探究一波三折，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈興趣，令學(xué)生終身難忘，潛移默化間提升了學(xué)生的素養(yǎng)。

總之，設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)施探究教學(xué)在全面提升學(xué)生核心素養(yǎng)方面具有廣闊的研究前景，所以教師在教學(xué)過(guò)程中要深挖教材中的探究性因素，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源，精心設(shè)計(jì)或啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)新的探究方案，盡最大可能給學(xué)生提供必要的科學(xué)探究機(jī)會(huì)，以更好地激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的熱情，增強(qiáng)他們的創(chuàng)新意識(shí)。

（欄目編輯 王柏廬）endprint