基于核心素養(yǎng)的科學(xué)探究式教學(xué)實(shí)踐

吳勝強(qiáng) 焦健生

[摘要]在課堂教學(xué)中，教師要通過各種方式培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。開展有效的科學(xué)探究活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的途徑之一。文章從創(chuàng)設(shè)問題情境，誘發(fā)探究動(dòng)機(jī);設(shè)計(jì)探究活動(dòng)，培養(yǎng)探究能力;解決實(shí)際問題，培養(yǎng)實(shí)踐意識(shí)三個(gè)方面，結(jié)合《力的分解》這堂課闡述如何在課堂教學(xué)中開展科學(xué)探究活動(dòng)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目的。

[關(guān)鍵詞]核心素養(yǎng);科學(xué)探究;生活情境;實(shí)踐意識(shí)

[中圖分類號(hào)]G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2020）05-0036-03

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)主要由四個(gè)方面的要素構(gòu)成，即“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”。科學(xué)探究既是物理核心素養(yǎng)的要素之一，也是學(xué)生發(fā)展的關(guān)鍵能力之一?？茖W(xué)探究有六個(gè)環(huán)節(jié)，分別是：提出具有探究?jī)r(jià)值的問題;做出符合科學(xué)事實(shí)的假設(shè);制訂或設(shè)計(jì)切實(shí)可行的方案;實(shí)施方案過程中通過探究活動(dòng)收集信息;分析處理所得信息得出結(jié)論;進(jìn)行促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的交流評(píng)估?！翱茖W(xué)探究”這六個(gè)環(huán)節(jié)都能促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究”方面的核心素養(yǎng)。

下面，筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，以《力的分解》這堂課為例，就“如何開展科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)”這個(gè)話題從三個(gè)方面談一些想法和做法。

一、創(chuàng)設(shè)問題情境，誘發(fā)探究動(dòng)機(jī)

探究源于問題，物理源于生活。物理脫離不了實(shí)際情境，物理情境往往融合在生活當(dāng)中。物理的學(xué)習(xí)與生活是緊密相連的，學(xué)生有大量的和鮮活的生活體驗(yàn)，教師如果能利用好這些生活情境，創(chuàng)設(shè)與教學(xué)主題相關(guān)的問題情境，讓學(xué)生猜想、思考、實(shí)踐，這樣，有利于誘發(fā)學(xué)生的探究動(dòng)機(jī)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

以《力的分解》這堂課的引入部分為例，設(shè)計(jì)了“繩提重物”的小游戲。如圖1所示，游戲時(shí)要求兩位同學(xué)慢慢把重球抬起，在觀察體驗(yàn)的同時(shí)提出兩個(gè)問題：隨著重球被逐漸提高，繩子拉力大小如何變化？繩子能被水平拉直嗎？

設(shè)置這兩個(gè)問題的目的是將學(xué)生引入生活情境中，此時(shí)，學(xué)生就會(huì)通過生活經(jīng)驗(yàn)和親身體驗(yàn)積極主動(dòng)地探究問題的真諦。

本實(shí)驗(yàn)選用的繩子和重球均來自生活，是初三學(xué)生體育中考所用器材，人人都有直接經(jīng)驗(yàn)。做游戲?qū)Ρ龋鐖D1和圖2所示。從圖中兩位同學(xué)的姿勢(shì)也可以判斷出繩子張角隨著繩中拉力變大而變大。并且還可以判斷出只要重球掛在繩子上，繩子永遠(yuǎn)都拉不直。為了突出繩子中拉力的作用效果，也為了方便分析和研究，接下來用橡皮筋代替繩子（如圖3），用鉤碼代替重球。雖然研究對(duì)象由生活中的器材轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)驗(yàn)專用器材，有了前面創(chuàng)設(shè)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境，學(xué)生自然很容易就理解了。

通過貼近生活情境的問題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在生活情境中體驗(yàn)、觀察和思考，他們會(huì)“身臨其境”地思考和回答相關(guān)問題，從而很好地誘發(fā)學(xué)生的探究動(dòng)機(jī)。

二、設(shè)計(jì)探究活動(dòng)。培養(yǎng)探究能力

所謂“探究能力”，就是作為人們探索、研究自然規(guī)律和社會(huì)問題的一種綜合能力，通常包括提出問題的能力、建立假說的能力、收集資料和信息的能力、進(jìn)行社會(huì)調(diào)查的能力、進(jìn)行科學(xué)觀察和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力、進(jìn)行科學(xué)思維的能力。

教師精心設(shè)計(jì)科學(xué)探究活動(dòng)，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程和方法，不僅可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

以“斜面上物體所受重力的分解”為例。

教師提出問題：根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合前面所學(xué)，猜猜斜面上物體的重力有什么作用效果，并且要說出猜想的依據(jù)。

經(jīng)過思考，學(xué)生很容易就能夠根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)想到，人坐在滑梯上會(huì)往下滑，所以重力有把物體沿斜面往下拉的作用效果;人能夠感受到支持力，這個(gè)支持力和人對(duì)斜面的壓力是相互作用力，所以重力有使物體壓緊斜面的作用效果。

教師精心設(shè)計(jì)問題，學(xué)生積極思考，并提出合理的猜想，通過這樣的活動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生建立假說的能力。

接著教師給出器材（如圖4）并提出要求：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)提供的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究重力的作用效果。

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案后，把鉤碼放在斜面頂端，發(fā)現(xiàn)當(dāng)斜面傾角較大時(shí)鉤碼下滑，可以找到重力的一個(gè)作用效果：把物體沿斜面往下拉。根據(jù)彈性板的形變，學(xué)生就能找到重力的另一個(gè)作用效果：使物體壓緊斜面。通過這兩個(gè)現(xiàn)象，學(xué)生知道了重力可以分解為沿斜面向下和垂直斜面向下的兩個(gè)分力。這樣通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)探究，就可以培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)觀察和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。

接下來，為了引導(dǎo)學(xué)生拓展延伸，教師提出問題：改變斜面的傾角，兩個(gè)分力將會(huì)如何變化？

學(xué)生通過思考發(fā)現(xiàn)，用這一套裝置無法精確測(cè)量?jī)蓚€(gè)分力的大小。要解決這個(gè)問題就要用到DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)（如圖5），把兩個(gè)分力隨斜面夾角變化的情況顯示在屏幕上（如圖6），使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯。圖6中線①表示重力沿斜面分力，線②表示重力垂直斜面分力，由圖可知：隨著夾角逐漸增大，沿斜面平行分力逐漸增大，垂直斜面分力逐漸減小。當(dāng)夾角為0°時(shí)垂直于斜面的分力等于物體重力，平行于斜面的分力等于0°當(dāng)夾角為90°時(shí)平行于斜面的分力等于物體重力，垂直于斜面的分力等于0°兩條線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的夾角正好是45°。以上數(shù)據(jù)與理論推導(dǎo)得到的結(jié)果完全一致。這樣就完成了一個(gè)由理論探究到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，由定性分析到定量探究的過程。

從根據(jù)所學(xué)知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)提出猜想或假設(shè)，到根據(jù)所得器材初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行定性探究，再到優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行定量探究，讓學(xué)生體驗(yàn)完整的探究過程，這樣的過程是學(xué)習(xí)物理重要而有效的途徑之一。通過這樣的科學(xué)探究活動(dòng)，不僅可以使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，享受發(fā)現(xiàn)新知識(shí)、新規(guī)律的成就感和自豪感，還可以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題和交流反思的能力。

三、解決實(shí)際問題。培養(yǎng)實(shí)踐意識(shí)

交流評(píng)估是科學(xué)探究的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，用所學(xué)知識(shí)解決生活實(shí)際問題是交流評(píng)估的有效途徑。這與我們平時(shí)強(qiáng)調(diào)的“學(xué)以致用”是不謀而合的。

教學(xué)的最終目的是將學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去。學(xué)習(xí)的物理知識(shí)有沒有用？就要看學(xué)生能否運(yùn)用所學(xué)物理知識(shí)解決生活實(shí)際問題。這就要求教學(xué)要與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系，在真實(shí)生活中通過運(yùn)用物理知識(shí)解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)。因此在教學(xué)實(shí)踐中，教師應(yīng)當(dāng)培養(yǎng)學(xué)生善于運(yùn)用物理知識(shí)和思維解決生活實(shí)際問題的能力。

在《力的分解》這堂課中，通過兩種方式設(shè)置了解決生活實(shí)際問題的內(nèi)容。

第一種方式為解釋生活中的現(xiàn)象，如高大橋梁為什么有很長(zhǎng)的引橋？盤山公路為什么又彎又長(zhǎng)？磨刀為什么不誤砍柴工？等等。通過解釋現(xiàn)象，學(xué)生能更深刻地理解所學(xué)知識(shí)。

第二種方式為動(dòng)手解決實(shí)際生活中遇到的問題，如“繩拉汽車”（如圖7）、“巧斷鋼絲”（如圖8）等。這對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，既要從理論角度給出解釋，要能夠根據(jù)理論設(shè)計(jì)出實(shí)際操作方案。

譬如“巧斷鋼絲”，首先學(xué)生要能根據(jù)所學(xué)知識(shí)畫出力的分解的平行四邊形，知道合力一定，兩個(gè)分力隨著分力的夾角增大而增大;然后根據(jù)這一規(guī)律設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，并能用相關(guān)材料制作如圖8所示的實(shí)驗(yàn)器具;最后學(xué)生動(dòng)手操作，實(shí)實(shí)在在地用制作的器具拉斷鋼絲。

通過以上活動(dòng)，學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)自然而然地得到了很好的培養(yǎng)。

總之，在科學(xué)探究的過程中，教師要盡可能地創(chuàng)設(shè)出聯(lián)系生活情境的問題，讓學(xué)生置身于真實(shí)的生活情境中思考問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，誘發(fā)學(xué)生的探究動(dòng)機(jī);要利用好各種實(shí)驗(yàn)器材，尤其是用生活中常見易得的工具來設(shè)計(jì)探究活動(dòng)，讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)探究離我們很近，并沒有想象中的神秘，從而培養(yǎng)學(xué)生的探究能力;學(xué)習(xí)的目的就是為了應(yīng)用，教師在學(xué)生掌握知識(shí)以后，要適時(shí)設(shè)計(jì)一些聯(lián)系實(shí)際的問題，讓學(xué)生在解決問題的過程中體驗(yàn)知識(shí)的力量，享受成功的喜悅，從而讓學(xué)生真正愛上科學(xué)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐意識(shí)的目的。

通過這樣的科學(xué)探究，能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度，在真理面前人人平等的意識(shí)，尊重事實(shí)和證據(jù)的品格，具有實(shí)證精神，勇于弘揚(yáng)理性，具備運(yùn)用科學(xué)知識(shí)、原理和方法解決問題的能力，從而真正落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。