實(shí)驗(yàn)探究下的物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

蔣定春（浙江省臺(tái)州玉環(huán)楚門中學(xué)，浙江 臺(tái)州）

作為物理學(xué)科的核心素養(yǎng)之一的“實(shí)驗(yàn)探究”是指：提出物理問(wèn)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，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。本文以教學(xué)“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”為例對(duì)如何培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力進(jìn)行研討，其重點(diǎn)在于如何引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)尋找影響彈性勢(shì)能的因素，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明自己猜想的正確性，同時(shí)能向同學(xué)交流自己的觀點(diǎn)和看法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生物理基本核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)。

一、提出問(wèn)題

“探究彈性勢(shì)能的表達(dá)式”這節(jié)課的內(nèi)容是建立在功能關(guān)系及重力勢(shì)能的基礎(chǔ)上的，所以，在這節(jié)課的教學(xué)時(shí)，我們先組織學(xué)生對(duì)“重力勢(shì)能”的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行了回憶，并提出了下面幾個(gè)我們這節(jié)要解決的問(wèn)題：

（1）什么是彈性勢(shì)能？

（2）彈性勢(shì)能和重力勢(shì)能之間有什么關(guān)系？

（3）影響彈性勢(shì)能的因素有哪些？

（4）思考：你能用生活中的例子及實(shí)驗(yàn)來(lái)證明你的觀點(diǎn)嗎？

……

組織學(xué)生先結(jié)合上述的問(wèn)題對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，并借助多媒體向?qū)W生展示一些生活中與彈性勢(shì)能有關(guān)的現(xiàn)象，比如：張弓射箭、打彈弓、撐桿跳遠(yuǎn)、蹦極等。之后，提出問(wèn)題：那么，我們?cè)撊绾斡?jì)算彈性勢(shì)能呢？彈性勢(shì)能的表達(dá)式是怎樣的呢？這樣的過(guò)程不僅能夠順利地導(dǎo)入新課，也能提高學(xué)生的課堂參與度，對(duì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的開展有著重要的促進(jìn)作用。

二、猜想假設(shè)

問(wèn)題提出后，我們要鼓勵(lì)學(xué)生大膽進(jìn)行假設(shè)，這是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生創(chuàng)新能力形成的前提。所以，為了能夠讓學(xué)生做出更為“靠譜”的假設(shè)，我先借助多媒體向?qū)W生展示了這樣一個(gè)情境，即：一個(gè)彈簧自然伸長(zhǎng)，一個(gè)小車在光滑的水平面上從彈簧的左側(cè)向彈簧運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它遇到彈簧后減速。思考：這一情境下會(huì)有怎樣的現(xiàn)象產(chǎn)生？引導(dǎo)學(xué)生與小組成員之間進(jìn)行討論，比如：有學(xué)生說(shuō)小車的速度減慢，因?yàn)閺椈山o了小車一個(gè)相反的作用力。還有學(xué)生說(shuō)小車的速度減慢，是因?yàn)樾≤嚨膭?dòng)能減少，另外一種能量勢(shì)必會(huì)增加。

……

組織學(xué)生說(shuō)一說(shuō)自己的認(rèn)識(shí)和觀點(diǎn)，最后，引導(dǎo)學(xué)生思考：結(jié)合重力勢(shì)能的定義，這另外一種能量應(yīng)該是什么呢？這種能量與什么有關(guān)系呢？一步步引導(dǎo)學(xué)生做出“彈簧彈力做功”對(duì)彈性勢(shì)能是有影響的這一假設(shè)。那么，彈性勢(shì)能的大小還與其他什么因素有關(guān)系呢？再次引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行假設(shè)，并大膽提出自己的猜想。可見，這樣的猜想假設(shè)過(guò)程不僅能夠鍛煉學(xué)生的物理探究能力，也能為下一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的開展做好前提工作。

三、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)于學(xué)生做出的假設(shè)，我們?cè)撊绾芜M(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證呢？引導(dǎo)學(xué)生從教材出發(fā)，借助“橡皮筋若干、帶彈簧的圓珠筆、不同勁度系數(shù)的彈簧、小車、木板、刻度尺”等相關(guān)的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，以此來(lái)驗(yàn)證自己的假設(shè)是否正確？比如：研究彈性勢(shì)能Ep的大小與彈簧伸長(zhǎng)量l有關(guān)時(shí)。可以讓同學(xué)們進(jìn)行了如下幾種實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)一：選擇不同進(jìn)度系數(shù)的彈簧、小車、模板、刻度尺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)二：選擇相同進(jìn)度系數(shù)的彈簧、小車、模板、刻度尺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)先進(jìn)行分析，根據(jù)小車被彈簧彈出的距離來(lái)分析彈性勢(shì)能的大小，進(jìn)一步來(lái)確定兩實(shí)驗(yàn)是否能夠達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果，并說(shuō)出理由。同時(shí)，向?qū)W生滲透“控制變量法”的相關(guān)知識(shí)，讓學(xué)生明確真正明白實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二之間的不同，也確保后續(xù)的其他實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。

之后再引導(dǎo)學(xué)生思考重力勢(shì)能與重力做功之間的功能關(guān)系，應(yīng)用類比的方法讓學(xué)生明白彈力做功是彈性勢(shì)能變化的量度，最后再組織學(xué)生用類比求勻變速運(yùn)動(dòng)的位移方法（應(yīng)用圖象面積法）求出重力勢(shì)能的表達(dá)式，由于后面有教學(xué)不涉及實(shí)驗(yàn)探究，我不進(jìn)行詳述。

在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，教師要給學(xué)生搭建自主實(shí)驗(yàn)、自主驗(yàn)證的平臺(tái)，以確保學(xué)生在主動(dòng)求知中形成基本的物理素養(yǎng)。

四、總結(jié)反思

總結(jié)反思是學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的最后一步，但也是不可缺少的一部分。

教師的總結(jié)反思：從整個(gè)教學(xué)過(guò)程來(lái)看，學(xué)生都能積極地參與到每個(gè)環(huán)節(jié)之中，尤其是實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，學(xué)生積極地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并能進(jìn)行原理分析。雖然一些學(xué)生的設(shè)計(jì)存在改進(jìn)之處，但也值得肯定。

學(xué)生的總結(jié)反思：在問(wèn)題提出環(huán)節(jié)是否對(duì)教師提出的問(wèn)題進(jìn)行了積極解決；在大膽猜想環(huán)節(jié)是否提出了自己的觀點(diǎn)和想法；是否有自己的方法驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證我們的猜想；在實(shí)驗(yàn)探究時(shí)自己是否積極參等。

不論是教師總結(jié)反思還是學(xué)生總結(jié)反思，目的就是要在總結(jié)與反思中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，明確自己的改進(jìn)方向，這樣才能確保課程教學(xué)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，才能在這個(gè)過(guò)程中幫助學(xué)生形成基本的物理素養(yǎng)。

作為一名高中物理教師，我們要認(rèn)真學(xué)習(xí)物理核心素養(yǎng)的內(nèi)容，要通過(guò)組織恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動(dòng)來(lái)為學(xué)生的發(fā)展以及自主學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)探究搭建平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生在積極主動(dòng)的求知中形成基本的物理素養(yǎng)，同時(shí)也為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)打下一定的基礎(chǔ)。