孫宏濤
(陜西省旬陽中學 陜西 安康 725700)
核心素養(yǎng)理念下物理“探做析”實驗教學實踐初探
——以“測當?shù)刂亓铀俣取睘槔?/p>
孫宏濤
(陜西省旬陽中學 陜西 安康 725700)
針對物理學科核心素養(yǎng)中實驗探究如何有效開展的問題,通過理論假設(shè)、實踐觀測、反思歸納的方法,發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化實驗探究教學組織流程,可以大大提高實驗教學效果,總結(jié)得出了以“探究方案、評估優(yōu)選、操作獲證、體驗感受、分析歸納、反思提高”為核心的“探、做、析”實驗教學模式.
實驗探究 測重力加速度 探做析 實踐研究
物理學科核心素養(yǎng)是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力,是學生通過物理學習內(nèi)化的帶有物理學特性的品質(zhì),是學生科學素養(yǎng)的關(guān)鍵成分,包括物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態(tài)度與責任.其中實驗探究是形成物理觀念、發(fā)展科學思維、培育科學態(tài)度和責任的手段與途徑.“實驗探究素養(yǎng)是提出問題,形成猜想和假設(shè),獲取和處理信息,基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋,并對整個過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力”[1].實驗探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素.由此可見,實驗探究及實驗教學在物理學習中的基礎(chǔ)性作用得到了進一步的強化.
基于對物理學科核心素養(yǎng)中實驗探究作用意義的分析,課題組于2016年1月—3月,針對中學物理實驗教學現(xiàn)狀,在陜南六所初、高中開展了廣泛調(diào)研,發(fā)現(xiàn)很多物理教師珍惜課時,不愿在實驗教學方面花費太多時間和精力,往往將理論探究與實踐操作壓縮到一節(jié)課進行,甚至只在黑板上講實驗,這樣表面上是節(jié)約了時間,但學生沒有經(jīng)歷深入的理論探究過程,難免思維封閉、操作粗放、原理不清、分析不透,往往收上來的實驗報告質(zhì)量很差,需大量時間講評更正,如此反而花費更多時間.如何提高物理實驗教學效果,解決實驗探究重要價值與實驗教學低效現(xiàn)狀之間的失調(diào)問題,成為我們課題研究的起點.
當前中學物理實驗教學,按照課程標準要求不同可分為:課堂演示實驗、學生操作實驗、專題探究實驗;按照實驗設(shè)備手段不同可分為:自制教具輔助實驗、常規(guī)傳統(tǒng)器材實驗、數(shù)字化多媒體輔助實驗;按照實驗教學組織方式不同可分為:講練結(jié)合免做式、自主合作探究式、課外開放探究式、三環(huán)節(jié)實驗教學模式等,其中三環(huán)節(jié)實驗教學模式的研究成果之一為單樂君老師的論文《高中物理實驗教學“三環(huán)節(jié)”模式的構(gòu)建》[2],其三環(huán)節(jié)指準備實驗、自主實驗和點評實驗.
圖1 探、做、析理論構(gòu)想
“中學物理‘探、做、析’實驗教學實踐性研究”課題組選擇從優(yōu)化實驗教學組織方式這一維度入手,假設(shè)實驗教學的主要流程為“探做析”三環(huán)節(jié),其主要理論構(gòu)想如圖1所示,其中“探”指探究方案,評估優(yōu)選;“做”指操作獲證,體驗感受;“析”指分析歸納,反思提高.并假設(shè)只要逐一落實各個環(huán)節(jié),有序組織,恰當調(diào)控,則會使學生積極參與、深入探究、有備而做、規(guī)范快捷、交流評價、全面提升.
課題組從2015年10月起,按照“同課異構(gòu)、觀課研討、集智提升、形成策略”的研究思路,先后在安康市安康中學、旬陽中學及商洛市商南中學、洛南中學高一年級的部分班級,針對高中物理力學重點實驗“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”“探究恒力做功與動能變化”“驗證機械能守恒定律”等展開了“探做析”三環(huán)節(jié)實驗教學研究,并在旬陽中學高三年級的部分班級開展了“測當?shù)刂亓铀俣取钡膶嶒灲虒W研究,初步總結(jié)出了實驗教學“探做析”有效教學組織模式.
現(xiàn)以“測當?shù)刂亓铀俣取睘槔?,初步展示“探做析”三環(huán)節(jié)實驗教學組織范式.
【學情分析】
高三物理一輪復習中關(guān)于“實驗:測當?shù)刂亓铀俣取?,因?qū)W生已經(jīng)系統(tǒng)學習了高中物理知識,具有了一定的合作探究、實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、誤差分析的能力,為了進一步挖掘?qū)嶒瀸τ谕卣箤W生思維、提高分析能力的功效,特采用中學物理“探、做、析”三環(huán)節(jié)實驗教學法展開探究,重點展示第一環(huán)節(jié).
【學案預設(shè)】
“實驗:測當?shù)刂亓铀俣取睂W案如表1所示.
表1 “實驗:測當?shù)刂亓铀俣取睂W案
【教學過程】
第一環(huán)節(jié)(1課時):探究方案,評估優(yōu)選
流程一:學史導入,激勵探究(2 min)
師:物理學中精確測定物理常量是一項重要而有意義的工作,例如卡文迪許用扭秤測定萬有引力常量,埃拉托色尼用立竿見影法測量地球圓周長,羅伯特·密里根用油滴實驗測元電荷電荷量等均被列入十大最美物理實驗.
今天,請同學們開動大腦,挖掘潛能,設(shè)計方案,盡可能精確地測定我們當?shù)氐闹亓铀俣?
流程二:復習舊知,預設(shè)誘導(3~5 min)
生:自主學習,完成學案中“自主學習”所列3個問題.
流程三:合作探究,設(shè)計方案(10 min)
師生活動1:思維風暴,限時選案(2 min之內(nèi)完成方案初選)
師:請各小組遵照實驗方案設(shè)計簡便性、可行性、精確性三原則,結(jié)合基礎(chǔ)參考方案(方案A:自由落體運動+不同的計時、測距儀器;方案B:平拋運動+不同的計時、測距儀器;方案C:圓周運動+不同的計時、測距儀器;方案D:單擺往復運動+不同的計時、測距儀器.若學生從高一起進行過類似探究訓練,則無需提供基礎(chǔ)參考方案),對運動方式、測量工具、器材方法選擇進行組合分類,選定1項方案,小組代表在黑板上寫出組別及方案.
活動要求:
(1)只需寫清楚運動形式、測量工具;
(2)后選小組不能重復前面小組所選方案;
(3)若沒有選到實驗方案,則選定某一小組方案進行預設(shè)、探究、評估.
生:組內(nèi)簡要交流后,由小組代表上臺寫出本組所選方案.
師生活動2:小組合作,完善方案(6~8 min)
師:請各小組針對本組所選方案,從方案表述、需測物理量、所需器材、實驗步驟等方面進行完善,將學案中“合作探究”表1-1內(nèi)容填寫完整,推選小組方案解說代表.
生:方案展示小組的學生進行合作探究,完善方案;方案評估小組的學生進行預設(shè)質(zhì)疑,深究細節(jié).
流程四:交流展示,評估優(yōu)選(25~28 min)
師生活動3:展示解讀,交互點評
師:請展示小組依次選派代表上臺展示并講解本小組選定的實驗方案.
生:小組方案解說代表上臺展示解說.
師:請評價小組按實驗方案設(shè)計簡便、可行、精確三原則對方案評價.
生:評價小組代表上臺質(zhì)疑、評價.
師生活動4:對比分析,優(yōu)選方案
師:請同學們對比以上實驗設(shè)計方案,從中選出最簡便、可行、精確的實驗方案,學習小組內(nèi)6人劃分成為3個實驗小組,2人一組設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格,思考數(shù)據(jù)處理方法,準備下節(jié)實驗操作.
第二環(huán)節(jié)(0.5~1課時):操作獲證,體驗感受
師:請同學們按照自己實驗小組選定的方案,準備實驗操作,采集實驗數(shù)據(jù),注意實驗細節(jié),做好詳細記錄.
生:進行實驗,操作獲證,體驗感受.
第三環(huán)節(jié)(0.5~1課時):分析歸納,反思提高
師生活動5:數(shù)據(jù)處理,誤差分析
生:進行實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析,簡要撰寫實驗報告.
師:請以學習小組為單位,交流討論數(shù)據(jù)處理的方法與實驗結(jié)論,并思考主要的實驗誤差可能來源于哪些方面?如何減少誤差?
生:數(shù)據(jù)處理方法及實驗結(jié)論:
可能的誤差來源:__________.
怎樣減少誤差:__________.
師生活動6:學以致用,拓展提升
選擇針對實驗的訓練習題或高考題目,進行當堂鞏固,拓展提升.
【例題】(2012年高考上海卷)在“利用單擺測重力加速度”的實驗中:某同學嘗試用DIS測量周期……
【實施成效】
在“探、做、析”三環(huán)節(jié)實驗教學實施過程中,最精彩的環(huán)節(jié)、最顯著的成效在于探究方案評估優(yōu)選環(huán)節(jié),學生積極參與、踴躍發(fā)言.設(shè)計的實驗原理包括:
(1)由自由落體運動
得
或者
得
(2)由平拋運動軌跡方程
得
(3)在圓弧軌道最高點C管道內(nèi)上、下各固定一個力傳感器,在C點側(cè)面固定一速度傳感器.若兩個傳感器示數(shù)相等,說明豎直方向合力等于重力,速度傳感器測出此時的速度vC,由
得
(4)由單擺周期
得出
結(jié)合不同的研究對象、測量儀器,共列舉了11種不同方案,經(jīng)過論證評估,最后留下了重錘 +打點計時器、滴水法、單擺法3種簡便可行的實驗方案.
課題組組織調(diào)研了解學生對“探做析”三環(huán)節(jié)實驗教學的感受,結(jié)果表明:學生普遍認為“探做析”這種方法巧妙地將學習與思考、討論與操作結(jié)合了起來,不僅讓人明白了實驗原理、目的,更了解了多種實驗方法,特別是方案探究環(huán)節(jié),能夠充分調(diào)動學生的學習興趣,使思維更活躍、更深刻、更清晰.
“探、做、析”實驗教學體現(xiàn)了科學探究的完整過程.“探”環(huán)節(jié)著重體現(xiàn)提出科學問題、形成猜想假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案等要素;“做”環(huán)節(jié)主要完成實驗獲取證據(jù)、處理信息等操作性任務,此環(huán)節(jié)中“教師應培養(yǎng)學生對實驗嚴肅認真的態(tài)度,對實驗結(jié)果實事求是,如實記錄實驗數(shù)據(jù),并把實事求是的作風帶到平時的學習和生活中去”[3];“析”環(huán)節(jié)則需基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋,以及對實驗探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思,促進物理學科核心素養(yǎng)的全面滲透與有效培養(yǎng).
“探、做、析”三環(huán)節(jié)實驗教學實踐的實質(zhì)是通過理順教學組織程序,培養(yǎng)實驗探究素養(yǎng),落實有效教學的嘗試,比起常規(guī)“先講后做再報告”這種方式,學生參與課堂的積極性明顯提高,學習主動性明顯增強,且課題組實踐教師普遍感覺“探、做、析”實驗課堂充滿活力、生機盎然,因為課堂上學生活躍的思維可激發(fā)出無限的精彩.雖然我們課題組的探究剛剛起步,但我們相信這種方式一定是有價值、有生命力的,我們定會在探索的征途上持續(xù)深究、完善細節(jié)、規(guī)范程序、提煉推廣.
(相關(guān)過程性資源,敬請關(guān)注我們課題組博客:http://blog.sina.com.cn/sunhongtao2015)
1 陳小平.創(chuàng)新實驗設(shè)計,培養(yǎng)高中生的物理核心素養(yǎng).課程教學研究,2016(10):67~71
2 單樂君.高中物理實驗教學“三環(huán)節(jié)”模式的構(gòu)建.讀寫算(教師版):素質(zhì)教育論壇,2012(18):123~125
3 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗).北京:人民教育出版社,2003.52
2017-03-24)
*陜西省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“中學物理‘探、做、析’實驗教學實踐性研究”階段成果之一,項目編號SGH16B367