基于核心素養(yǎng)的物理探究式教學(xué)設(shè)計(jì)初探

丘珺

【摘 要】本文從四個(gè)方面分析用探究式教學(xué)法開(kāi)展《自由落體運(yùn)動(dòng)》教學(xué)的原因，基于學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)闡述《自由落體運(yùn)動(dòng)》這節(jié)課的設(shè)計(jì)流程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，反思得失，為更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)提供參考。

【關(guān)鍵詞】自由落體運(yùn)動(dòng) 核心素養(yǎng) 探究式教學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2020）01B-0107-03

探究式教學(xué)法從 2001 年開(kāi)始推行進(jìn)入國(guó)家課程教學(xué)中，近 20 年來(lái)，關(guān)于探究式教學(xué)的理論爭(zhēng)辯一直在繼續(xù)?；A(chǔ)教育階段是否需要探究式教學(xué)？高中階段的物理學(xué)科，是否需要探究式教學(xué)？如何進(jìn)行適合自己學(xué)生的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)？

教育部在 2018 年制定頒發(fā)的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（注：以下簡(jiǎn)稱(chēng)“2017 課標(biāo)”）第 4 頁(yè)這樣表述：“學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。物理學(xué)科素養(yǎng)主要包括‘物理觀念‘科學(xué)思維‘科學(xué)探究‘科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面。”這其實(shí)就意味著，至少目前的研究仍然支持探究式教學(xué)，因此我們要把探究式教學(xué)放在核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高度來(lái)思考教學(xué)設(shè)計(jì)。作為一個(gè)物理教師，他首先應(yīng)該是一個(gè)教育者，其次才是物理學(xué)科的教師。那么，如何基于核心素養(yǎng)來(lái)設(shè)計(jì)物理探究式教學(xué)呢？

下面作者以《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)—— 物理必修 1 》（人民教育出版社 2010 年 3 月第 3 版，注：以下簡(jiǎn)稱(chēng)“必修一教材”）第二章中的第 5 節(jié)《自由落體運(yùn)動(dòng)》為例，談?wù)勛约旱乃伎肌ＯＭ軖伌u引玉，讓探究式教學(xué)走進(jìn)更多的物理課堂。

2017 課標(biāo)第 12 頁(yè)在必修 1 模塊的“機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”主題中，對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)有明確的說(shuō)明：“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律。”并在教學(xué)提示里提到“本模塊注重在機(jī)械運(yùn)動(dòng)情境下培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和模型建構(gòu)等物理學(xué)科核心素養(yǎng)。教學(xué)中應(yīng)根據(jù)本模塊所學(xué)物理模型的特點(diǎn)，聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，從多個(gè)角度創(chuàng)設(shè)情境，提出與物理學(xué)有關(guān)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生討論，讓學(xué)生體會(huì)建構(gòu)物理模型的必要性及方法等”。放在學(xué)生學(xué)完勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律后的《自由落體運(yùn)動(dòng)》這節(jié)課，非常明顯是屬于知識(shí)的遷移和知識(shí)的應(yīng)用部分。

在校全日制的學(xué)生在學(xué)到這節(jié)課的時(shí)候，特別是我們學(xué)校的高一學(xué)生，因?yàn)樵谛W(xué)自然課、科學(xué)課、課外讀物上接觸過(guò)落體運(yùn)動(dòng)，有的學(xué)生看過(guò)《兩個(gè)鐵球同時(shí)落地》這個(gè)故事，所以對(duì)落體運(yùn)動(dòng)有一定的感性認(rèn)識(shí)。但是理解不夠深入，對(duì)影響落體運(yùn)動(dòng)的因素還比較模糊，對(duì)落體運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)還不掌握。

綜合上面的因素，筆者認(rèn)為這個(gè)知識(shí)點(diǎn)完全可以采用探究式教學(xué)。原因可以概括為四點(diǎn)：

其一，探究式教學(xué)可以使學(xué)生較深入地理解與掌握知識(shí)、技能，使高中學(xué)生的核心素養(yǎng)得到更好的形成和發(fā)展。將這節(jié)設(shè)計(jì)成探究式教學(xué)，能讓學(xué)生體驗(yàn)研究物理問(wèn)題的基本思路和科學(xué)方法，體驗(yàn)面對(duì)問(wèn)題時(shí)如何建立模型;幫助學(xué)生科學(xué)思維與創(chuàng)新能力的形成與發(fā)展，幫助學(xué)生的核心素養(yǎng)的形成，有利于人才的培養(yǎng)。

其二，這節(jié)課是第二章甚至是整個(gè)“機(jī)械運(yùn)動(dòng)與物理模型”主題中的一個(gè)比較重要的典型的應(yīng)用型知識(shí)點(diǎn)。將這節(jié)設(shè)計(jì)成探究式教學(xué)，符合教材對(duì)本節(jié)課的定位—— 讓學(xué)生通過(guò)對(duì)自由落體這種運(yùn)動(dòng)模型的學(xué)習(xí)和研究，復(fù)習(xí)和鞏固前面的勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，突出物理與我們現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系。將這節(jié)設(shè)計(jì)成探究式教學(xué)，更符合 2017 課標(biāo)對(duì)《自由落體運(yùn)動(dòng)》的定位：“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！弊尭咧袑W(xué)生通過(guò)一些課堂、課外的實(shí)驗(yàn)或活動(dòng)來(lái)了解和親身體驗(yàn)自由落體運(yùn)動(dòng)，其與這種模型相近的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而能更好地理解自由落體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的條件與實(shí)質(zhì)。

其三，這節(jié)課的重點(diǎn)難點(diǎn)“自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)”適合探究式教學(xué)。這節(jié)課的一些問(wèn)題，比如，落體運(yùn)動(dòng)快慢的產(chǎn)生原因分析等，不但可以鍛煉學(xué)生核心素養(yǎng)中的“基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，忽略次要因素、抓住主要因素構(gòu)建物理模型”這一科學(xué)思維，而且可以鍛煉學(xué)生基于觀察和實(shí)驗(yàn)來(lái)提出問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取和處理信息，基于證據(jù)得出 結(jié)論并作出解釋?zhuān)约皩?duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思這些核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究方面的能力。也就是說(shuō)，將《自由落體運(yùn)動(dòng)》這節(jié)課設(shè)計(jì)成探究式教學(xué)，讓學(xué)生在經(jīng)歷了探究式教學(xué)之后，可以在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步形成正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，為學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)、生活、研究中解決問(wèn)題打下良好的基礎(chǔ)。

其四，將這節(jié)設(shè)計(jì)成探究式教學(xué)，對(duì)于剛上高中的學(xué)生，特別是對(duì)于我們學(xué)校的學(xué)生，有助于鞏固、發(fā)展他們?cè)诔踔须A段已經(jīng)起步的科學(xué)探究能力，并能及時(shí)銜接、綜合學(xué)生在之前第一第二章中分散體驗(yàn)到的探究過(guò)程，使他們明白對(duì)自然現(xiàn)象不能停留在記住結(jié)論上，而應(yīng)探尋現(xiàn)象背后精彩的物理世界。

下面是筆者對(duì)《自由落體運(yùn)動(dòng)》這節(jié)的設(shè)計(jì)流程：

實(shí)際課堂上，出現(xiàn)了一些讓筆者意想不到以及很有成就感的片斷：

1.在進(jìn)行“探究一：物體下落的快慢與質(zhì)量有關(guān)嗎”時(shí)，課堂進(jìn)行得比預(yù)想中要順利和快速，學(xué)生稍一思考，很快地提出了物體下落的快慢和質(zhì)量沒(méi)有關(guān)系，應(yīng)該和空氣的阻力有關(guān)系。不少小組設(shè)計(jì)出了比如“鑰匙和紙片同時(shí)同高度下落”“鑰匙和揉成團(tuán)的紙同時(shí)同高度下落”“打開(kāi)的書(shū)本和揉成團(tuán)的紙同時(shí)同高度下落”等實(shí)驗(yàn)。

2.在進(jìn)行“探究二：影響物體下落快慢的主要因素到底是什么呢？是否可以設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)證明你的觀點(diǎn)”時(shí)，學(xué)生在思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，一開(kāi)始，很多學(xué)生隨意地說(shuō)到月球上做。筆者追問(wèn)“難道在地球上無(wú)法證明嗎”的時(shí)候，教室里突然安靜了一下，很多人都露出了思考的神情，最后有幾個(gè)學(xué)生迫不及待地說(shuō)：“用真空罩，初中用過(guò)的那個(gè)。”學(xué)生的思考讓筆者有成就感的同時(shí)，不得不感嘆，如果一旦有實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的思維造成沖擊，那么便會(huì)更深刻地刺激學(xué)生，使從實(shí)驗(yàn)中得到的知識(shí)很快成為學(xué)生新知識(shí)中的一部分。

3.在進(jìn)行“探究三：自由落體運(yùn)動(dòng)是一種什么運(yùn)動(dòng)”時(shí)，學(xué)生很快想到，并能根據(jù)觀察牛頓管里發(fā)生的現(xiàn)象說(shuō)明自由落體運(yùn)動(dòng)是一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)。有一部分預(yù)習(xí)過(guò)的學(xué)生能說(shuō)出“自由落體運(yùn)動(dòng)是一種勻加速直線運(yùn)動(dòng)”。這一部分學(xué)生與那些只停留在“加速運(yùn)動(dòng)”這個(gè)結(jié)論上的學(xué)生相比，有更深的認(rèn)識(shí)，但在筆者追問(wèn)如何證明的時(shí)候也卡殼了。接著，又是一小會(huì)的安靜后，有個(gè)別學(xué)生才以試探性的語(yǔ)氣問(wèn)：“看看數(shù)據(jù)是否符合勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式?！边@說(shuō)明學(xué)生在這個(gè)時(shí)候沒(méi)有能養(yǎng)成利用特點(diǎn)判斷物理模型的思維習(xí)慣。在這其中，筆者再次告誡自己，課堂千萬(wàn)別停留在學(xué)生喊出結(jié)論的這個(gè)層面上。于是，在緊接著進(jìn)行的全班交流中，筆者引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，打開(kāi)學(xué)生的思維大門(mén)，學(xué)生迅速想到勻變速直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和規(guī)律，包括公式、圖象。當(dāng)筆者看到學(xué)生“原來(lái)如此”的神情時(shí)，有一種成就感油然而生。

4.關(guān)于實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)估。筆者提出要評(píng)估時(shí)，學(xué)生自然地把匯總上來(lái)的方案進(jìn)行可行性評(píng)估和操作性評(píng)估，而且進(jìn)行得非常自然且順利。這給筆者提示，以后要找機(jī)會(huì)讓學(xué)生進(jìn)行更多的評(píng)估，使學(xué)生養(yǎng)成評(píng)估的好習(xí)慣。

在課后的自我總結(jié)與反思中，筆者發(fā)現(xiàn)，這節(jié)課基本達(dá)到了預(yù)想的目的，符合 2017 課標(biāo)中對(duì)它的定位“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律”。在機(jī)械運(yùn)動(dòng)情境下，培養(yǎng)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和模型建構(gòu)等物理學(xué)科核心素養(yǎng)。設(shè)計(jì)探究式教學(xué)，使學(xué)生在對(duì)自由落體運(yùn)動(dòng)的研究和學(xué)習(xí)過(guò)程中，較深入地理解知識(shí)、掌握技能，使學(xué)生的核心素養(yǎng)得到更好的培養(yǎng)和發(fā)展。

這節(jié)課在設(shè)計(jì)思路上，就自由落體運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)和特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題—提出猜想—設(shè)計(jì)方案—交流評(píng)估方案的可行性—合作實(shí)驗(yàn)—分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論。在整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生基本上經(jīng)歷了探究式學(xué)習(xí)中的幾個(gè)基本環(huán)節(jié)。探究的基礎(chǔ)技能，如“交流”“預(yù)測(cè)”“收集證據(jù)”及“推斷”等得到了訓(xùn)練。這個(gè)完整的探究過(guò)程體驗(yàn)，既使學(xué)生于之前的學(xué)習(xí)中體驗(yàn)過(guò)的科學(xué)研究方法得到再次體驗(yàn)和鞏固，又使學(xué)生學(xué)到新知識(shí)，并將之納入舊知識(shí)結(jié)構(gòu)中，不斷完善知識(shí)體系。

在探究式教學(xué)中，這節(jié)課的重點(diǎn)、難點(diǎn)“自由落體運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)”經(jīng)由學(xué)生質(zhì)疑、思考、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)后，很自然地理解和掌握。將科學(xué)思維、科學(xué)探究的方法植入學(xué)生的腦海中，將新知識(shí)融入知識(shí)結(jié)構(gòu)中，避免了死記硬背的現(xiàn)象，也使學(xué)生更好地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決遇到的新問(wèn)題。

我們發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生不缺少科學(xué)結(jié)論，缺少的是批判性思維“為什么是這樣？”這節(jié)課的設(shè)計(jì)和實(shí)施，應(yīng)該說(shuō)，避免了讓學(xué)生只懂得“輕重不同的物體應(yīng)該下落一樣快”的結(jié)論和“亞里士多德是錯(cuò)誤的”的觀點(diǎn)，使學(xué)生獲得思維的訓(xùn)練。這節(jié)課，自始至終都體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，在學(xué)生已有知識(shí)的基礎(chǔ)上建構(gòu)，以學(xué)定教。特別是在課堂的進(jìn)行過(guò)程中，能因?yàn)樽约旱膯?wèn)題引起學(xué)生思維沖突，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。這不但使學(xué)生受益，而且也讓老師獲得滿滿的成就感。

同時(shí)，老師也必須明白，核心素養(yǎng)的形成不是一朝一夕的事情。教育是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，也就是說(shuō)，是一個(gè)逐步習(xí)得然后鞏固熟練的過(guò)程。比如，上這節(jié)課前，我們雖然在上第一章和第二章的時(shí)候已經(jīng)把科學(xué)思維、科學(xué)探究的幾個(gè)過(guò)程滲入課堂，也還進(jìn)行了單一過(guò)程的重點(diǎn)訓(xùn)練，但是學(xué)生還是沒(méi)有較好地掌握探究的方法。因此，在上這節(jié)課時(shí)，筆者還是要加強(qiáng)訓(xùn)練，逐步引導(dǎo)，讓學(xué)生用實(shí)際行動(dòng)去培養(yǎng)自己的思維方法，并在探究中學(xué)習(xí)和鍛煉。

我們還要注意的是，在課堂活動(dòng)中，當(dāng)某一小組的同學(xué)發(fā)言時(shí)，要求其他小組的同學(xué)不要干擾，更不要在下面議論，而應(yīng)該學(xué)會(huì)傾聽(tīng);也不要只顧自己本組的實(shí)驗(yàn)，而忽略與其他小組進(jìn)行交流。在平常的教學(xué)中，這樣的情況時(shí)常發(fā)生，特別是在大班教學(xué)中，很難避免。如何讓每個(gè)學(xué)生體會(huì)到交流與合作的重要性，明白尊重別人的道理，能靜下心來(lái)傾聽(tīng)別人的意見(jiàn)和觀點(diǎn)，是我們?nèi)粘＝虒W(xué)中應(yīng)該注意的問(wèn)題。

這節(jié)課也有一些遺憾，（1）在進(jìn)行“探究一：物體下落的快慢與質(zhì)量有關(guān)嗎”的時(shí)候，因?yàn)闆](méi)能預(yù)想到學(xué)生中有不少已經(jīng)對(duì)這有過(guò)比較廣泛的閱讀和思考，所以自己臨場(chǎng)沒(méi)能及時(shí)調(diào)整課程進(jìn)行的速度;（2）沒(méi)能對(duì)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)間有個(gè)較準(zhǔn)確的估計(jì)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)分析和總結(jié)都只能放到第二個(gè)課時(shí)完成。雖然從另一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，是給了學(xué)生思考和消化的時(shí)間，但是否可以做得更好？總而言之，高中物理采用探究式教學(xué)法雖然可以使學(xué)生的核心素養(yǎng)得到較好的培養(yǎng)和發(fā)展，但是要根據(jù)學(xué)生的學(xué)情、課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和學(xué)校的實(shí)際進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，要不再好的方法也難收到滿意的效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國(guó)教育部.通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

（責(zé)編 盧建龍）