重視實(shí)驗(yàn)情境教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)
———基于新高考評(píng)價(jià)制度下物理課堂教學(xué)的思考

◇ 廣東 謝廣鑫

2020年1月，國(guó)家考試中心提出了“一體四層四翼”的命題思路，希望通過四個(gè)層次和四個(gè)翼展來構(gòu)建高考命題的體系.其中，學(xué)科素養(yǎng)是第三層面.物理學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分.它主要包括四個(gè)方面：“物理觀念”“科學(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”.筆者認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生對(duì)物理規(guī)律和概念獲得感性認(rèn)識(shí)的基本途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要手段，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣由顚W(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解與記憶.實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為物理教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和科學(xué)態(tài)度等方面有積極的作用.然而，由于多媒體技術(shù)的發(fā)展，很多物理實(shí)驗(yàn)可以通過計(jì)算機(jī)模擬出來，然后展示給學(xué)生看；有的教師為了省時(shí)間，對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)采取“講過程、記結(jié)論”的方式進(jìn)行教學(xué).這無疑忽略了實(shí)驗(yàn)的真正意義，對(duì)學(xué)生真正掌握實(shí)驗(yàn)原理，提高物理思維和素養(yǎng)非常不利.因此一線物理教師要真正重視課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以幫助學(xué)生構(gòu)建物理觀念、提高科學(xué)思維、培養(yǎng)探究能力、形成科學(xué)的態(tài)度和責(zé)任，這也順應(yīng)了高考評(píng)價(jià)的需求.以下是筆者在課堂上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、利用實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一些實(shí)踐探索，與大家分享.

1 利用實(shí)驗(yàn)演示，助力學(xué)生物理觀念的形成

物理觀念包括經(jīng)典物理、現(xiàn)代物理中的概念、規(guī)律和運(yùn)用其解釋物理現(xiàn)象的能力.新課程標(biāo)準(zhǔn)指出“物理觀念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等的基本認(rèn)識(shí)，是物理概念和規(guī)律在頭腦中的提煉和升華，是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)”.其重點(diǎn)是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的總結(jié)和概括，自主構(gòu)建得出結(jié)論.因此，我們?cè)谥v課時(shí)要設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)情境，發(fā)揮其引導(dǎo)作用.

例如，在講解“探究安培力方向”時(shí)，教師就可以通過演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究.

展示圖片：電磁炮、電動(dòng)車、電動(dòng)玩具、發(fā)電機(jī)等.創(chuàng)設(shè)情境，引起學(xué)生興趣：都是誰(shuí)給它們提供了動(dòng)力?引入安培力的概念.

問題：安培力的方向如何判定?

1)猜想：影響安培力的方向可能有電流方向、磁場(chǎng)方向.

2)制訂計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)方案.

a)器材：幾塊蹄形磁體、導(dǎo)體棒、電源、導(dǎo)線、滑動(dòng)變阻器或電阻器、開關(guān)等.

b)按照變量控制法，自行制訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和方案.(學(xué)生思考)

3)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與觀察：安培力的方向既與磁場(chǎng)方向有關(guān)，又與電流方向有關(guān).(學(xué)生立刻提出問題，三者在空間上有什么關(guān)系呢?)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察總結(jié)歸納出“左手定則”.

圖1

表1

通過演示實(shí)驗(yàn)得出的物理概念，由于是學(xué)生自行構(gòu)建的，印象深刻，學(xué)生對(duì)概念的理解也更加清晰.更重要的是，通過這個(gè)方法，使得概念、規(guī)律不需要死記硬背，這在很大程度上避免了概念混淆.

2 巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，滲透物理思想，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

科學(xué)思維是科學(xué)方法和科學(xué)思想.除了要幫助學(xué)生完成知識(shí)目標(biāo)之外，更重要的是幫助學(xué)生掌握科學(xué)思想和科學(xué)方法，不管他們以后從事什么工作、遇到什么困難，都可以運(yùn)用相應(yīng)的科學(xué)思維解決問題.可見，科學(xué)思維主要是培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、解決問題的能力.

科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化.在課堂上，我們可以采用相應(yīng)的思想方法，借助演示實(shí)驗(yàn)滲透物理思想，講解新課，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維.

例如，在“探究影響加速度因素”一課中，提出問題：列車啟動(dòng)時(shí)，速度是緩慢增大的，加速度較小.影響加速度的原因是列車牽引力不夠大還是列車質(zhì)量太大呢? 若相同的力作用在小車上又如何呢? 實(shí)驗(yàn)中首先要去掉摩擦力的影響，巧妙設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：傾斜長(zhǎng)木板輕推小車，使小車做勻速直線運(yùn)動(dòng).其次使小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于砝碼的質(zhì)量，使砝碼的重力近似等于小車的合外力.這時(shí)我們就可以用控制變量法：

1)只改變牽引力的大小，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系；

2)只改變研究對(duì)象質(zhì)量的大小，研究加速度與牽引力的關(guān)系.

經(jīng)過這樣的科學(xué)推理、論證，學(xué)生的理解更加透徹和深入.

3 通過演示模擬實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)探究技能

物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是得出概念和規(guī)律的主要途徑，也是物理教學(xué)的一個(gè)重要手段，沒有實(shí)驗(yàn)的支撐，物理學(xué)也就難以持續(xù)發(fā)展下去.實(shí)驗(yàn)探究是指根據(jù)現(xiàn)象提出科學(xué)問題、形成猜測(cè)和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集數(shù)據(jù)、分析和評(píng)價(jià)、得出結(jié)論.這不僅涉及學(xué)生個(gè)人的思考問題角度、解決問題能力，也涉及與同伴之間的溝通交流與合作，是培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神的重要一環(huán).這就要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，要注意巧妙性，以引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激起他們的興趣.我們除了把探究自主權(quán)還給學(xué)生外，還要注意適時(shí)講解引導(dǎo)，以幫助他們找到突破口，解決問題，正確構(gòu)建物理觀念.

例如，在“α粒子散射實(shí)驗(yàn)”一課中，利用多媒體模擬實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.

圖2

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：絕大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)；少數(shù)α粒子發(fā)生較大偏轉(zhuǎn)；極少數(shù)α粒子偏轉(zhuǎn)超過90°，有的甚至幾乎達(dá)到180°.

分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：你認(rèn)為原子中的正電荷應(yīng)如何分布，才有可能造成α粒子的大角度偏轉(zhuǎn)?

表2

學(xué)生觀察到的結(jié)果和想象中不一樣，從而有了認(rèn)識(shí)上的沖突，提高學(xué)習(xí)興趣，想知道具體的原理.同學(xué)們紛紛提出假設(shè)，原子內(nèi)很“空”，所以才能讓大多數(shù)α粒子沿原方向前進(jìn)；原子內(nèi)部有質(zhì)量大的物體存在，α粒子才會(huì)發(fā)生角度大偏轉(zhuǎn)等.讓學(xué)生展開交流和討論，最后得出結(jié)論，科學(xué)研究能力就此得到一定的發(fā)展.

4 滲透科學(xué)倫理，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任

傳統(tǒng)物理課程以知識(shí)內(nèi)容為主，對(duì)學(xué)生科學(xué)精神培養(yǎng)較少.隨著課程改革的不斷深化，在新的教育教學(xué)理念下，學(xué)生科學(xué)精神的培養(yǎng)日益得到重視.學(xué)生通過學(xué)習(xí)，在了解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，生成對(duì)科學(xué)技術(shù)正確的價(jià)值判斷，建立正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感.培養(yǎng)學(xué)生成為一個(gè)“真善美”的人是我們的目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們也要注意貫徹對(duì)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng).

例如，在“探究靜電力”一課中，讓學(xué)生觀看靜電相關(guān)應(yīng)用及因靜電積累而引起爆炸的視頻.讓學(xué)生在課后思考：怎樣在人為的控制下，消除靜電的危害，發(fā)揮更大的作用，找出可行的方案.通過一系列活動(dòng)，讓學(xué)生逐漸形成對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用的正確態(tài)度以及責(zé)任感.

科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任是高中物理教學(xué)應(yīng)該關(guān)注的問題，其形成不是一蹴而就的，需要貫穿落實(shí)在平常教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，潛移默化，逐步滲透.

課堂教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主陣地，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)是當(dāng)今物理教學(xué)中非常重要的任務(wù)，也是新高考的要求，我們?cè)谌粘＝虒W(xué)中要把物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落到實(shí)處.核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一朝一夕就能完成的，需要我們打持久戰(zhàn)，把這一培養(yǎng)任務(wù)慢慢滲透在每節(jié)課中.

綜上所述，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)很好的載體，它不僅能增加課堂的生動(dòng)性、趣味性，而且能增加師生互動(dòng)性，更重要的是能體現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面.我們?cè)诮虒W(xué)中要好好設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)使觀念和思維內(nèi)化成學(xué)生的能力，形成正確的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感，讓學(xué)生具備終身學(xué)習(xí)的能力，使自身素質(zhì)得到全面提高.