在活動(dòng)中做真探究

張心悅 康建波 張麗萍

摘 要：科學(xué)探究是物理學(xué)的本質(zhì)特征之一，讓學(xué)生在親歷探究中自主完成知識(shí)建構(gòu)、掌握研究方法是物理教學(xué)的核心訴求?；谖锢韺W(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)探究的理念，以“閉合電路歐姆定律”為素材，通過創(chuàng)設(shè)真情境、激發(fā)真問題、踐行真實(shí)驗(yàn)、歸納真結(jié)論等環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)了以活動(dòng)為抓手、在活動(dòng)中做真探究的教學(xué)案例。

關(guān)鍵詞：活動(dòng)；科學(xué)探究；核心素養(yǎng)；閉合電路歐姆定律；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2019）2-0013-3

當(dāng)前物理教學(xué)中普遍呈現(xiàn)“重形式、輕實(shí)質(zhì)”的假探究現(xiàn)象，形式化的過程與固定化的內(nèi)容 [1]使得探究徒有形式而缺少真實(shí)的設(shè)計(jì)思想、探究思路?？茖W(xué)探究是學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵要素，在活動(dòng)的基礎(chǔ)上展開探究，真做探究，做真探究，使科學(xué)探究成為常態(tài)化、科學(xué)化的學(xué)習(xí)手段。

科學(xué)探究一般涵蓋：提出問題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、分析論證、得出結(jié)論、交流評(píng)估七個(gè)要素。本文的科學(xué)探究乃是基于素材、學(xué)情和訴求對(duì)上述七要素的采集與組合。案例以“閉合電路歐姆定律”[2]為素材，以活動(dòng)為抓手，通過營造真實(shí)情境、發(fā)現(xiàn)真實(shí)問題、開展真實(shí)實(shí)驗(yàn)、得出真實(shí)規(guī)律等過程，使探究落地課堂。

1 創(chuàng)設(shè)真情境

學(xué)生想要自主獲取物理知識(shí)，需以一定的感性認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)，這種感性認(rèn)識(shí)可以來源于實(shí)際生活體驗(yàn)，也可以是物理實(shí)驗(yàn)提供的事實(shí)[3]。思路見圖1。

1.1 巧用土豆激真趣

（1）設(shè)計(jì)理念

首先明晰閉合電路概念，而引入閉合電路需對(duì)電源進(jìn)行介紹，借助水果電池原理來激發(fā)學(xué)生的探究欲望。（選擇土豆電池，營造真實(shí)的教學(xué)氛圍，為學(xué)生的主動(dòng)探究創(chuàng)造條件。）

（2）設(shè)計(jì)方案

演示封閉盒子伸出兩根金屬片與液晶屏用導(dǎo)線相連構(gòu)成回路，觀察液晶屏狀態(tài)改變，猜盒中是什么。（活躍思維，演示調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，直觀感知操作，加深學(xué)生對(duì)電源作用的理解。）

取出盒中物體，竟然是土豆。（物理課堂生活化，生活素材引發(fā)學(xué)生的認(rèn)同感，激發(fā)好奇心和探究欲。）

由土豆電池引出電池這個(gè)上位概念，分析電池構(gòu)造，以此為模型講解閉合電路及內(nèi)、外電路概念。（借助形象載體傳授概念性知識(shí)，促進(jìn)物理觀念的建構(gòu)，培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)。）

1.2 解剖電池查究竟

（1）設(shè)計(jì)理念

課堂解剖干電池，直觀感知其構(gòu)造，體現(xiàn)出課堂探究“真”之所在，明確電池兩極間的電壓與三部分材質(zhì)相關(guān)。

（2）設(shè)計(jì)方案

討論干電池標(biāo)注1.5 V代表什么？實(shí)際剝開干電池，展示電池構(gòu)造。類比土豆電池，土豆汁液充當(dāng)電解液，兩個(gè)金屬片分別充當(dāng)正負(fù)極。三部分的材質(zhì)不同，電池兩極間的電壓則會(huì)產(chǎn)生差異。（利用干電池進(jìn)行演示，學(xué)生可以直觀、準(zhǔn)確地了解電池構(gòu)造。）

2 激發(fā)真問題

猜想是依據(jù)已有知識(shí)對(duì)新內(nèi)容形成的預(yù)判，而沖突化猜想則是在教師專門設(shè)計(jì)的特殊情境中形成的，意在暴露學(xué)生的前認(rèn)知，激發(fā)認(rèn)知沖突，從而發(fā)現(xiàn)問題。思路見圖2。

2.1 組內(nèi)測(cè)量引猜想

（1）設(shè)計(jì)理念

大力倡導(dǎo)合作探究式學(xué)習(xí)，課堂中給學(xué)生提供交流的機(jī)會(huì)，依據(jù)測(cè)量結(jié)果與原有認(rèn)知進(jìn)行猜想，預(yù)設(shè)矛盾點(diǎn)。

（2）設(shè)計(jì)方案

每組甲、乙兩個(gè)盒子內(nèi)有不同電池，測(cè)盒子電壓大小。（學(xué)生親自操作，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，自主實(shí)驗(yàn)得出結(jié)果，有助于推進(jìn)探究活動(dòng)的開展。）

實(shí)驗(yàn)顯示乙盒電壓高于甲盒電壓。在此基礎(chǔ)上分別與額定電壓為1.5 V的燈泡串聯(lián)，學(xué)生猜想哪個(gè)燈泡更亮。（制造矛盾點(diǎn)，以打破前概念的手段為實(shí)現(xiàn)知識(shí)順應(yīng)、重建知識(shí)結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。）

2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證起沖突

（1）設(shè)計(jì)理念

學(xué)生實(shí)驗(yàn)后有所發(fā)現(xiàn)，萌發(fā)科學(xué)問題，進(jìn)行科學(xué)探究，在實(shí)驗(yàn)探究中滲透學(xué)科核心素養(yǎng)。

（2）設(shè)計(jì)方案

連接電路，觀察兩組燈泡的亮度，請(qǐng)代表向大家分享小組實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（基于矛盾點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使教學(xué)符合學(xué)習(xí)心理，便于提出科學(xué)探究問題。）

出現(xiàn)認(rèn)知沖突，教師引導(dǎo)，提出問題：排除外電路故障，這是否反映閉合電路內(nèi)部的某一規(guī)律？（科學(xué)探究中教師起到輔助與引導(dǎo)作用，基于現(xiàn)象提出科學(xué)問題，進(jìn)一步推動(dòng)科學(xué)探究的形成，促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。）

3 踐行真實(shí)驗(yàn)

物理規(guī)律的建立包含著極富個(gè)性的創(chuàng)造性思維，科學(xué)探究過程也不應(yīng)缺失學(xué)生創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新性的實(shí)踐。思路見圖3。

3.1 分組合作設(shè)方案[4]

（1）設(shè)計(jì)理念

學(xué)習(xí)科學(xué)探究的一般過程和具體方法，培養(yǎng)學(xué)生制定探究計(jì)劃的能力。

（2）設(shè)計(jì)方案

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)可測(cè)量?jī)?nèi)電路的電池，力爭(zhēng)使每組都能形成科學(xué)合理的設(shè)計(jì)思路。（教師引導(dǎo)將科學(xué)探究活動(dòng)細(xì)化為連續(xù)的小任務(wù)逐一破解，指導(dǎo)全體學(xué)生設(shè)計(jì)出可行方案，讓學(xué)生體驗(yàn)成就感。）

小組代表介紹設(shè)計(jì)思路，師生合作落實(shí)，親自動(dòng)手制作果汁電池。（小組交流相互啟發(fā)，增強(qiáng)交流與合作的意愿與能力。）

3.2 果汁實(shí)驗(yàn)見創(chuàng)新

（1）設(shè)計(jì)理念

創(chuàng)新并簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)，突出科學(xué)探究中的實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能。

（2）設(shè)計(jì)方案

在小組設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上總結(jié)并提示：果汁充當(dāng)電解液，金屬片具有探針作用，用來探測(cè)內(nèi)電路，當(dāng)電壓傳感器連接在探針兩端時(shí)，示數(shù)即為內(nèi)電壓。掌握測(cè)量?jī)?nèi)電壓的方法后，學(xué)生自主探究?jī)?nèi)、外電壓之間的規(guī)律[5]。（發(fā)揮教師積極引導(dǎo)、科學(xué)指導(dǎo)、優(yōu)化過程和系統(tǒng)控制的作用，保證學(xué)生成為探究主體。）

4 歸納真結(jié)論

動(dòng)手操作將設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)踐，分析歸納并揭示規(guī)律；其次，學(xué)習(xí)知識(shí)的目的在于運(yùn)用，即用所學(xué)知識(shí)來說明現(xiàn)象，分析和解決問題。思路見圖4。

4.1 親歷操作歸結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)理念

學(xué)生掌握了該階段的探究方法，經(jīng)由具體實(shí)驗(yàn)操作來獲取證據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析論證，最終歸納出探究結(jié)論。

（2）設(shè)計(jì)方案

分別測(cè)量出閉合電路中的內(nèi)、外電壓，以改變外接電阻值的方式多次測(cè)量，處理數(shù)據(jù)歸納內(nèi)、外電壓之間的規(guī)律。（挖掘規(guī)律本質(zhì)，學(xué)生體驗(yàn)探究過程，獲得探究成就感。）

明確電源電動(dòng)勢(shì)的定義及特點(diǎn)。引領(lǐng)學(xué)生由歐姆定律進(jìn)行推導(dǎo)，得出閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式及具體內(nèi)容。（通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，感性認(rèn)識(shí)演變?yōu)槔硇愿拍詈鸵?guī)律，完成認(rèn)識(shí)上的第一次飛躍，形成科學(xué)探究習(xí)慣，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。）

測(cè)量中若出現(xiàn)電壓傳感器示數(shù)為負(fù)值的現(xiàn)象，將兩表筆互換再進(jìn)行測(cè)量。利用電壓傳感器研究電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)降落的關(guān)系，得出結(jié)論：在過程中電勢(shì)兩次降落之和與兩次躍升之和相等，就等于電源電動(dòng)勢(shì)，再次驗(yàn)證結(jié)論。明晰電池內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系。

4.2 靈活運(yùn)用解疑難

（1）設(shè)計(jì)理念

矛盾點(diǎn)回顧，促進(jìn)學(xué)生理解定律內(nèi)容，體會(huì)科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，促進(jìn)良好探究習(xí)慣的養(yǎng)成，助力核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（2）設(shè)計(jì)方案

打開甲、乙兩盒，說明矛盾原因。（明晰規(guī)律本質(zhì)，學(xué)生思考并解釋，鍛煉學(xué)生準(zhǔn)確表述和反思探究過程與結(jié)果的能力。）

課外探究：搜集廢舊電池回收利用情況的相關(guān)資料，在組間進(jìn)行成果的展示、交流。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 趙保鋼）