素養(yǎng)提升：基于問題解決的物理實(shí)驗(yàn)探究

陳金貴 林炳煌

摘? ?要：本文以“探究感應(yīng)電流的方向”教學(xué)為例，從問題情境、方案創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)優(yōu)化等方面展示學(xué)生思維為主要教學(xué)環(huán)節(jié)，闡述在該實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究”核心素養(yǎng)的具體優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}解決;實(shí)驗(yàn)探究;素養(yǎng)提升

基于問題解決的課堂教學(xué)是以問題解決作為中心目標(biāo)的物理教育活動(dòng)，尤其是物理實(shí)驗(yàn)課，可以在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中促進(jìn)“科學(xué)探究”等素養(yǎng)的提升。為改革課堂教學(xué)形態(tài)，提高教學(xué)實(shí)效，更應(yīng)突出對(duì)“問題解決”教學(xué)與學(xué)習(xí)過程的設(shè)計(jì)。

1? 基于問題解決旨向“科學(xué)探究”素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

1.1? 案例“探究感應(yīng)電流的方向”設(shè)計(jì)的流程：

1.2? 創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

教師演示如圖1所示的實(shí)驗(yàn)，一根輕桿的兩端固定著A、B兩只很輕的鋁環(huán)。A環(huán)閉合，B環(huán)開口，輕桿可繞中心軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

當(dāng)它們處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，讓條形磁鐵的任一極靠近A環(huán)，發(fā)現(xiàn)A環(huán)會(huì)背離該磁極的方向運(yùn)動(dòng);磁極靠近B環(huán)時(shí)卻不會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象。這究竟是為什么呢？

學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的過程，聯(lián)系所學(xué)的知識(shí)，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行思考、討論。

教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)A環(huán)被推斥或被吸引的現(xiàn)象，說明A環(huán)中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁體對(duì)電流的磁場(chǎng)會(huì)有力的作用。而A環(huán)被推斥或被吸引取決于A環(huán)中感應(yīng)電流的方向，那么感應(yīng)電流的方向遵循什么規(guī)律呢？引出課題：探究感應(yīng)電流的方向。

此教學(xué)環(huán)節(jié)趣味實(shí)驗(yàn)引入，巧妙設(shè)疑，引發(fā)認(rèn)知沖突，吸引學(xué)生注意力并積極思考，營(yíng)造教學(xué)氛圍和教學(xué)情境，從而使學(xué)生形成相應(yīng)的物理觀念。

1.3? 形成假設(shè)，確定方案

對(duì)比圖1實(shí)驗(yàn)，結(jié)合給定的器材設(shè)計(jì)方案1。

方案1：條形磁鐵在相對(duì)合環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，有吸引和排斥現(xiàn)象，說明感應(yīng)出電流。把微電流傳感器兩接線柱分別接在開環(huán)的兩端，條形磁鐵靠近或遠(yuǎn)離時(shí)從屏幕上可以看出也有感應(yīng)電流產(chǎn)生。通過安培定則或者微電流傳感器電流脈沖的方向來確定感應(yīng)電流的方向。

從方案1的探究中可以獲得事實(shí)經(jīng)驗(yàn)：感應(yīng)電流的效果總是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)（與磁極無關(guān)）。教師再引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)在一些情況下，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，沒有明顯的作用效果，也會(huì)有感應(yīng)電流，讓學(xué)生意識(shí)到用阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)這種方法的局限性，那么引起產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因是什么？可以從磁通量的變化來考慮問題，接下來是為找尋磁通量與感應(yīng)電流方向的關(guān)系設(shè)計(jì)了方案2。

方案2：若大線圈不動(dòng)（相當(dāng)于環(huán)固定），開關(guān)S閉合或斷開的瞬間，或滑動(dòng)滑動(dòng)變阻器，小線圈的磁場(chǎng)在變化，則大線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過給定的器材尋找磁通量與感應(yīng)電流方向的關(guān)系。

方案的確定，是深化學(xué)生對(duì)感應(yīng)電流概念、阻礙概念的認(rèn)識(shí)。也是基于問題解決展示學(xué)生思維為主要課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的落實(shí)。課堂主要教學(xué)活動(dòng)是以學(xué)生為中心進(jìn)行互動(dòng)，學(xué)生自己思考和討論，有助于促進(jìn)學(xué)生能力的發(fā)展，科學(xué)思維素養(yǎng)得以提升。

1.4? 實(shí)驗(yàn)探究，得出規(guī)律

科學(xué)探究1：探究感應(yīng)電流的效果總是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)。學(xué)生先按要求連接好電路，通過干電池試觸，觀察并確定屏幕上的脈沖電流跟電流流入接線柱方向的關(guān)系。接下來根據(jù)給定的器材（計(jì)算機(jī)、微電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)線、雙鋁環(huán)、開關(guān)、導(dǎo)線若干），按方案1要求連接好電路，通過實(shí)驗(yàn)探究并填寫實(shí)驗(yàn)表格1。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究感應(yīng)電流的效果，得到阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，認(rèn)識(shí)到磁場(chǎng)之間的作用，進(jìn)一步提煉為感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是起到阻礙“相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的作用。

科學(xué)探究2：探尋磁通量與感應(yīng)電流方向的關(guān)系。學(xué)生根據(jù)給定的器材（計(jì)算機(jī)、微電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)線、學(xué)生電源、滑動(dòng)變阻器、原副線圈、開關(guān)、導(dǎo)線若干），按要求連接好電路，根據(jù)方案2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究并填寫實(shí)驗(yàn)表格2。

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，借助實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，從磁通量變化的角度出發(fā)，體會(huì)阻礙磁通量的變化。讓學(xué)生用簡(jiǎn)短的語言總結(jié)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向遵循的規(guī)律。在交流的互動(dòng)思維活動(dòng)中，培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力，得到楞次定律。

2? 案例反思與總結(jié)

“科學(xué)探究”主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素[ 1 ]。本案例是基于問題解決促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)提升的教學(xué)實(shí)踐，重點(diǎn)體現(xiàn)的是物理實(shí)驗(yàn)探究的基本思路和操作流程。在教師的引導(dǎo)下，讓學(xué)生學(xué)會(huì)提出科學(xué)問題、獲取證據(jù)、作出解釋、表達(dá)交流，實(shí)現(xiàn)“科學(xué)探究”核心素養(yǎng)的落地。

2.1? 理解的深度：從原點(diǎn)開始

本節(jié)課是在前面所學(xué)感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識(shí)的延伸。本節(jié)課從實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境，對(duì)比實(shí)驗(yàn)，增加關(guān)于感應(yīng)電流的效果，體驗(yàn)“阻礙”，認(rèn)識(shí)到磁場(chǎng)之間的作用，這不難理解，重點(diǎn)在于落實(shí)“問題、證據(jù)、解釋、交流”等要素。尤其是通過DIS數(shù)字信息系統(tǒng)使探究過程簡(jiǎn)單、直觀、快速有效，通過對(duì)圖表的分析讓學(xué)生體會(huì)阻礙磁通量的變化，總結(jié)歸納得出楞次定律的內(nèi)容。所以，教師必須引領(lǐng)學(xué)生從原點(diǎn)開始，逐漸深入分析，在實(shí)踐中逐漸感悟，深度理解，把建構(gòu)物理規(guī)律過程中所顯現(xiàn)出的思維方法結(jié)合起來，才能真正理解本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理。

2.2? 設(shè)計(jì)的角度：從學(xué)生出發(fā)

只有從學(xué)生出發(fā)，滿足其學(xué)習(xí)需求，激活其認(rèn)知活動(dòng)，才能產(chǎn)生源源不斷的學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)力。教師積極引導(dǎo)學(xué)生參與教學(xué)過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。教師站在學(xué)生的立場(chǎng)上，變換思維，根據(jù)學(xué)生的需求，從學(xué)生的視角設(shè)計(jì)最優(yōu)方案，嶄露科學(xué)探究的特性。教學(xué)情境設(shè)置是為了讓學(xué)生有能力提出有效問題，再以“問題解決”為核心，親身經(jīng)歷體驗(yàn)，把學(xué)習(xí)變成研究，通過閱讀、思考、表達(dá)、評(píng)價(jià)等互動(dòng)環(huán)節(jié)，把猜想轉(zhuǎn)化為假設(shè)。結(jié)合給定的器材提出實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)探究思路，在不斷生成問題和科學(xué)探究過程中提升物理學(xué)科核心素養(yǎng)[ 2 ]。

2.3? 實(shí)驗(yàn)的厚度：從體驗(yàn)落腳

基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新更能體現(xiàn)它的魅力，將無限內(nèi)化于心！基于問題解決促進(jìn)核心素養(yǎng)的提升，在于知識(shí)體系建立過程。而知識(shí)來源于體驗(yàn)，尤其是實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，是在探究過程中獲得。教師要?jiǎng)?chuàng)立給學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)的條件，提供時(shí)間、空間，并給予引導(dǎo)和幫助，讓更多學(xué)生親身參與探究。從體驗(yàn)落腳，在問題的生成過程中，讓思維進(jìn)階，深度思考，提升實(shí)驗(yàn)厚度。學(xué)生在不斷尋找解決實(shí)際問題的方案中，理解物理慨念和規(guī)律[ 3 ]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)既能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力，又能實(shí)現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落地。

3? 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)既能提高學(xué)生的實(shí)踐能力，也能提升“科學(xué)思維”，更能在實(shí)際的情境中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。教與學(xué)的發(fā)展過程，要從實(shí)驗(yàn)的厚度，指向?qū)W習(xí)的深度，從而實(shí)現(xiàn)深度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。教師在課堂教學(xué)實(shí)踐中要積極探索、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使學(xué)生在體驗(yàn)科學(xué)研究的過程與方法中提升物理核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]包慧軍. 基于物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D]. 杭州： 杭州師范大學(xué)，2018.

[2]肖建華. 實(shí)驗(yàn)——?jiǎng)?chuàng)設(shè)良好物理學(xué)習(xí)環(huán)境的途徑[J]. 中學(xué)物理：（高中版），2012（13）.

[3]肖建華. 深度思考，讓深度學(xué)習(xí)真正發(fā)生[J].湖南中學(xué)物理，2019（10）.