以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的探究性實驗教學(xué)實施策略

魯野

摘? ?要：以魯科版高中物理必修一第六章第二節(jié)“牛頓第二定律”為例，以學(xué)生自主設(shè)計實驗為主線，從構(gòu)建核心概念和規(guī)律、踐行科學(xué)思想、體會實驗探究、培養(yǎng)科學(xué)精神四個方面，介紹了以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的探究性實驗教學(xué)實施策略，以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，知識內(nèi)化理解，掌握分析和解決問題的思路、方法及角度，實現(xiàn)能力進(jìn)階。

關(guān)鍵詞：牛頓第二定律;實驗探究;科學(xué)思想;核心素養(yǎng)

引言

近年來高中新課標(biāo)修訂用“學(xué)科活動”來統(tǒng)整三維目標(biāo)中的“過程與方法”，強調(diào)學(xué)科教學(xué)的學(xué)科性，聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成[ 1 ]。物理學(xué)科的特點在于“物”和“理”，“物”即事實依據(jù)，必須以實驗為基礎(chǔ);“理”即理性思維，必須以思維為中心。通過實驗創(chuàng)設(shè)情境，觀察表象，將理性思維抽象為具體理論，逐步形成核心素養(yǎng)。

實驗探究是物理學(xué)科最基本的學(xué)科活動。對于高一的學(xué)生來講，在最初的實驗探究過程中，形成比較完整的學(xué)科探究思路和科學(xué)推理方法是形成學(xué)科素養(yǎng)的關(guān)鍵。但物理實驗在教學(xué)實施過程中，教師通常重結(jié)論輕過程、重知識輕方法。一般情況是教師親自操作演示實驗，學(xué)生只是作為旁觀者，對實驗的理解是通過教師獲取的，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)動機不強、課堂參與度不高、認(rèn)識角度零散、認(rèn)識能力得不到有效發(fā)展。為了體現(xiàn)學(xué)生主體性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，本文以魯科版高中物理必修一中“牛頓第二定律”一節(jié)為例[ 2 ]，將演示實驗改為學(xué)生分組實驗，從以下四個方面探索落實物理核心素養(yǎng)的探究性實驗教學(xué)實施策略[ 3，4 ]。核心素養(yǎng)導(dǎo)向的實驗教學(xué)基本框架如圖1所示。

1? 實施策略

1.1? 創(chuàng)設(shè)問題情境，構(gòu)建物理概念和規(guī)律

物理概念和規(guī)律是人們認(rèn)識世界時對物理事實共性及本質(zhì)屬性的抽象、概況與認(rèn)識，它是物理知識的核心，也是形成物理觀點的基礎(chǔ)和起點。

本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)是經(jīng)驗上能初步提出決定加速度因素的預(yù)測;知識上能結(jié)合“牛頓第一定律”理論依據(jù)，理解加速度、質(zhì)量、合外力三者關(guān)系;技能上能構(gòu)建檢驗的物理模型，會設(shè)計與制定方案，能測定相關(guān)物理量;體驗上要求經(jīng)歷探究活動過程，小組成員通過相互協(xié)作、討論，分享合作精神;能力上會應(yīng)用CAI課件處理實驗數(shù)據(jù)，能對圖象分析發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。

本節(jié)通過視頻創(chuàng)設(shè)問題情境引導(dǎo)學(xué)生猜想與加速度有關(guān)物理量，并結(jié)合已學(xué)理論知識“牛頓第一定律”，引導(dǎo)學(xué)生成功預(yù)測加速度與質(zhì)量、合外力的正確關(guān)系。從一般猜想到理論分析有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際能力，孕育正確的科學(xué)觀。

1.2? 自主設(shè)計實驗，踐行科學(xué)思想、思維

在探究和解決問題中不僅要有相關(guān)的物理知識，還需要科學(xué)思想、思維，需要運用相應(yīng)的科學(xué)方法。

教材中采用了教師演示實驗方案一，并未與其他實驗方案作比較，這會導(dǎo)致學(xué)生實驗設(shè)計能力缺失，對實驗結(jié)論的獲得感不強，不利于培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰??？汕擅钜龑?dǎo)學(xué)生采用“控制變量法”思想自主設(shè)計實驗方案，通過小組交流討論，闡述各種方案的觀點，反思方案中的問題，形成較為完善的方案一、二。再對兩種實驗方案從操作性、實驗誤差、數(shù)據(jù)處理等方面做比較彌補這一不足。

（1）控制變量法

啟發(fā)學(xué)生采用“控制變量法”物理方法來探究a與m和F合的定量關(guān)系。從兩個方面進(jìn)行探究：①保持研究對象的質(zhì)量m不變，探究加速度a和F合之間關(guān)系;②保持研究對象受到的F合不變，探究加速度a和質(zhì)量m之間關(guān)系。根據(jù)上面探究結(jié)果進(jìn)行推理、歸納，就可以總結(jié)出a、m、F合三者之間的關(guān)系。

（2）比較法

引導(dǎo)學(xué)生從操作性、實驗誤差，數(shù)據(jù)處理、分析等方面比較兩種實驗設(shè)計方案（如表1所示），對課本實驗方案進(jìn)行優(yōu)化，選擇最優(yōu)實驗方案二。

1.3? 巧設(shè)任務(wù)驅(qū)動，體會實驗探究

實驗探究是根據(jù)探究目的提出猜想和假設(shè)，制定實驗方案，處理實驗數(shù)據(jù)并總結(jié)實驗結(jié)論，以及在實驗探究過程中評估學(xué)生設(shè)計實驗、團(tuán)隊協(xié)作交流和創(chuàng)新意識的能力。

本節(jié)課以探究決定物體加速度的因素為主線，分別通過猜想和實驗探究確定了物體加速度與質(zhì)量、合外力的關(guān)系。實施過程中通過教師引導(dǎo)、學(xué)生自主設(shè)計實驗方案、小組研討、選擇和完善實驗方案、操作實驗、處理實驗數(shù)據(jù)、總結(jié)實驗結(jié)論順序開展教學(xué)。教師精心設(shè)計了3個學(xué)習(xí)任務(wù)（如圖2所示），分別從提出猜想、探究實驗和實驗創(chuàng)新3個活動流程進(jìn)行。

1.3.1 活動1：提出猜想

教師從生活實例入手，利用視頻創(chuàng)設(shè)問題情境“在決賽時劉翔把項鏈、手表等物品摘下來，這樣做的科學(xué)道理是什么”？引導(dǎo)學(xué)生猜想與加速度有關(guān)因素，但是這些猜想往往是片面的、不準(zhǔn)確的，因此教師可以提供幾組圖片啟發(fā)學(xué)生修正自己的觀點，形成科學(xué)認(rèn)知。同時引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已學(xué)知識“牛頓第一定律”理論成功預(yù)測加速度與合力、質(zhì)量有關(guān)。

【設(shè)計意圖】本節(jié)課課前準(zhǔn)備中要求學(xué)生對加速度與哪些物理量有關(guān)進(jìn)行充分預(yù)測，從“猜想”到“理論分析”探究過程，體現(xiàn)對學(xué)生猜想的尊重，激發(fā)學(xué)生探究欲望，提升學(xué)生分析問題思維能力。

1.3.2? 活動2：實驗驗證

教師引導(dǎo)學(xué)生運用“控制變量法”思想設(shè)計實驗方案，以6-8人小組為單位，學(xué)生提出設(shè)計方案思路，小組成員討論、交流和論證方案的可行性，教師巡視時給予必要指導(dǎo)，同時要參與到學(xué)生討論分析中去，引導(dǎo)學(xué)生選擇最優(yōu)的實驗方案二（若有其他方案可作為課后探究課題）。小組成員共同合作操作實驗，測量并記錄實驗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入計算機處理，通過網(wǎng)絡(luò)共享圖象并派出學(xué)生代表匯報實驗結(jié)論。教師巡視學(xué)生使用儀器是否得當(dāng)并給予指導(dǎo)。

板書設(shè)計時將“結(jié)論”位置留白，實驗方案和結(jié)論全部由學(xué)生來得出，激勵、喚醒學(xué)生的內(nèi)在動力，調(diào)動學(xué)生積極參與到探究“過程”中，在師生互動，生生互動中形成和諧共振，在自我探究體驗中深化學(xué)生的知識獲得感。

【設(shè)計意圖】從學(xué)生自主設(shè)計實驗方案到實施實驗過程，感悟“控制變量法”的科學(xué)思想，規(guī)范學(xué)生實驗操作，提高學(xué)生處理數(shù)據(jù)能力，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納能力、語言表達(dá)能力;通過比較兩種實驗方案，鼓勵學(xué)生質(zhì)疑精神，培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰Α?/p>

1.3.3? 活動3：提煉創(chuàng)新

結(jié)合實驗過程和結(jié)論，總結(jié)探究決定加速度實驗中涉及的思想方法，分析實驗誤差來源，引導(dǎo)學(xué)生通過變換研究對象（系統(tǒng)）和改變測量量（力、加速度）對實驗方案大膽創(chuàng)新和改進(jìn)。

在校本作業(yè)的設(shè)計中“趁熱打鐵”將剛剛學(xué)到的思想方法遷移到創(chuàng)新實例中。通過作業(yè)將思維方法進(jìn)行鞏固、落實與升華，做到學(xué)以致用。

【設(shè)計意圖】拓展學(xué)生設(shè)計實驗方案視野，體會不同實驗方案設(shè)計理念，培養(yǎng)學(xué)生知識遷移能力，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識。

1.4? 重視實際獲得，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神

科學(xué)精神是人們在長期的科學(xué)實踐中形成的價值標(biāo)準(zhǔn)、共同信念和行為規(guī)范的總稱，對磨礪學(xué)生科學(xué)實驗探究態(tài)度有重要意義。

本教學(xué)設(shè)計案例突顯教師引導(dǎo)為輔、學(xué)生自主探究為主的教學(xué)策略，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計探究實驗，促進(jìn)學(xué)生知識的自主遷移，重視學(xué)生實際獲得。每個學(xué)習(xí)任務(wù)涉及2-3個學(xué)生活動，每個活動的設(shè)計均指向?qū)W生的能力進(jìn)階。其中【學(xué)習(xí)任務(wù)1】設(shè)計了2個學(xué)生活動，學(xué)生基于生活常識能初步猜想到與加速度有關(guān)的物理量，并引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已學(xué)“牛頓第一定律”理論依據(jù)成功預(yù)測決定加速度的物理量有質(zhì)量及合外力?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)2】突出“自主實驗探究”，使學(xué)生從基于實驗經(jīng)驗設(shè)計方案的水平發(fā)展到能依據(jù)“控制變量”思想設(shè)計方案水平，體會“量變—質(zhì)變”的規(guī)律;學(xué)生通過從實驗操作性、誤差、數(shù)據(jù)分析等方面比較自主選擇實驗方案，體現(xiàn)充分尊重學(xué)生理念。【學(xué)習(xí)任務(wù)3】體現(xiàn)知識遷移的同時使學(xué)生直觀感受到不同設(shè)計理念下的實驗方案。通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)、設(shè)計實驗、探究實驗、小組協(xié)作研討學(xué)習(xí)等順序展開教學(xué)，意在激發(fā)學(xué)生參與熱情和體會探究成果的獲得感;學(xué)生在研討、小組協(xié)作后獲取結(jié)果，對方法和知識獲取印象深刻;利用CAI課件和網(wǎng)絡(luò)處理實驗數(shù)據(jù)，感受科學(xué)技術(shù)發(fā)展魅力。教學(xué)中踐行“以學(xué)生為本”的思想，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神。

2? 結(jié)束語

本節(jié)課設(shè)計以實驗教學(xué)為主，運用了實驗探究式的教學(xué)實施策略，對教師課堂駕馭能力要求較高，重視學(xué)生實驗探究過程中的親身體驗，體現(xiàn)了“做中學(xué)”和“關(guān)注學(xué)生能力發(fā)展”的教育理念。

物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開學(xué)生的學(xué)習(xí)實踐活動，物理教學(xué)應(yīng)以提高學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)，以落實物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成為主線，以實施學(xué)生的學(xué)習(xí)實踐活動為依托，以教師教學(xué)設(shè)計為動力源，深化教育教學(xué)改革。

參考文獻(xiàn)：

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