通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新 發(fā)展學(xué)生物理核心素養(yǎng)

劉阿平

摘? ?要：物理核心素養(yǎng)是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成之一，初中是學(xué)生物理核心素養(yǎng)發(fā)展的準(zhǔn)備階段。將“學(xué)科教學(xué)”向“學(xué)科教育”轉(zhuǎn)變是教師落實(shí)立德樹人目標(biāo)的首要任務(wù)。通過(guò)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過(guò)程、領(lǐng)會(huì)科學(xué)思維訓(xùn)練方法、體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的巧妙，使學(xué)生的物理核心素養(yǎng)在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中得到發(fā)展。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2021）5-0032-3

2014年教育部研制印發(fā)《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》，第一次提出“核心素養(yǎng)”的概念，從根本上標(biāo)定了全面實(shí)現(xiàn)立德樹人目標(biāo)的路徑和方向。

2016年9月新的高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中提出“物理核心素養(yǎng)”?！拔锢砗诵乃仞B(yǎng)”是學(xué)生核心素養(yǎng)之一，是學(xué)生適應(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)生內(nèi)化了的、帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要構(gòu)成。物理核心素養(yǎng)的四個(gè)要素是 “物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”?；A(chǔ)

教育階段物理課程的目標(biāo)是發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，初中物理是基礎(chǔ)，是核心素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵階段。如何發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)是每位教師面臨的巨大挑戰(zhàn)。可以用“學(xué)科教育”代替“學(xué)科教學(xué)”，盡快由“知識(shí)核心時(shí)代”進(jìn)入“核心素養(yǎng)

時(shí)代”。

1? ? 通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，發(fā)展學(xué)生物理觀念

物理觀念是從物理的角度對(duì)物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量等自然現(xiàn)象、規(guī)律的基本認(rèn)識(shí);是對(duì)物理概念和規(guī)律等知識(shí)的提煉和升華;是學(xué)生解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)。物理觀念是物理核心素養(yǎng)的第一個(gè)要素，其整合提升了物理知識(shí)目標(biāo)，不僅要求學(xué)生理解和掌握物理知識(shí)，還要將所學(xué)習(xí)的知識(shí)圍繞學(xué)科核心概念進(jìn)行整合、內(nèi)化，形成對(duì)物質(zhì)世界的整體認(rèn)識(shí)，即物理觀念。物理觀念是其他物理核心素養(yǎng)的重要基礎(chǔ)，也是物理核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容。

1.1? ? 通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，明確引入概念的必要性

在概念教學(xué)中，教師通常使用“傳授式” 和“探究式”教學(xué)法。教學(xué)中，教師應(yīng)該考慮學(xué)生的主體作用、已有的前概念和學(xué)習(xí)需要，選擇不同的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)，更有利于學(xué)生對(duì)物理概念的理解、掌握與內(nèi)化。

在力臂的概念教學(xué)中，教師通常在引入杠桿概念后，直接引入關(guān)于杠桿的五個(gè)基本概念：支點(diǎn)、動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂、阻力臂。采用“傳授式”教學(xué)方式會(huì)使學(xué)生對(duì)引入力臂概念的目的不明確，直接影響學(xué)生對(duì)力臂概念的理解。

如果教師在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中增加一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，即可使學(xué)生很容易認(rèn)識(shí)到引入“力臂”概念的必要性。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：如圖1所示，用一只手水平握住一根木棍，把一重物掛在這根木棍上，并使它靠近你握的位置，盡力保持木棍水平。

完成下列實(shí)驗(yàn)過(guò)程，思考并回答下列問(wèn)題：

（1）使重物遠(yuǎn)離你的手，你感覺到了什么？

（2）換一個(gè)更重的重物，再試一下。

（3）你會(huì)感覺到，對(duì)手的轉(zhuǎn)動(dòng)效果取決于__

______和___________。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到影響木棍轉(zhuǎn)動(dòng)效果的不僅僅是力（重物）的大小，還有力與手之間的距離，從而明確引入力臂概念的必要性。

1.2? ? 創(chuàng)新演示實(shí)驗(yàn)，建立正確的物理概念

當(dāng)學(xué)生意識(shí)到引入力臂概念的必要性后，還不能直接引入力臂的概念，因?yàn)閷W(xué)生還不理解為什么力臂是從支點(diǎn)到力的作用線的距離，而不是支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離。教師可以自制教具，增加一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生親眼看到支點(diǎn)到力的作用線間的距離是影響力的效果的重要因素。課堂教學(xué)過(guò)程實(shí)錄如下：

【師】 如圖2所示的杠桿，若要使其在水平位置平衡，應(yīng)該怎么做？

【生1】 左端的鉤碼向左移一些。

【生2】 右端的鉤碼向左移一些。

【師】 你認(rèn)為還有哪些影響杠桿平衡的因素？

【生】 動(dòng)力和阻力的大小，支點(diǎn)到動(dòng)力和阻力作用點(diǎn)的距離。

【師】 在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先鑒別這兩個(gè)因素的真?zhèn)?。首先，杠桿的平衡一定與力的大小有關(guān)，這是常識(shí)。如果杠桿的平衡與支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)有關(guān)的話，那么現(xiàn)在這個(gè)處于平衡的杠桿（圖3甲），在不改變A、B兩點(diǎn)位置的情況下，在圖3乙、丙兩個(gè)杠桿上掛上同樣的鉤碼時(shí)，杠桿應(yīng)該仍保持平衡。是不是這樣呢？請(qǐng)同學(xué)上臺(tái)來(lái)演示一下。（四位學(xué)生，兩人一組，一人負(fù)責(zé)掛一端，不讓鉤碼墜落）

【師】 杠桿不再平衡，實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：從支點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離并不是影響杠桿平衡的決定因素。但實(shí)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)又告訴我們一定與距離有關(guān)，這個(gè)距離是什么呢？

我們?nèi)杂脤?shí)驗(yàn)來(lái)探究。若保持A點(diǎn)位置、兩端鉤碼數(shù)量不變，怎樣才能讓杠桿平衡呢？

【生】 B點(diǎn)的鉤碼向右端移。

【師】 請(qǐng)四位同學(xué)讓杠桿在水平位置上平衡。（學(xué)生實(shí)驗(yàn)）

【師】 現(xiàn)在三個(gè)杠桿都處于平衡狀態(tài)了，請(qǐng)四位同學(xué)輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)鐵架臺(tái)，讓三個(gè)杠桿的A點(diǎn)、O點(diǎn)重合（圖4）。有什么發(fā)現(xiàn)嗎？

【生1】 三個(gè)杠桿的B點(diǎn)沒有重合。

【生2】 掛在右端的鉤碼在一條線上。

【師】 請(qǐng)思考“三個(gè)B點(diǎn)不重合，右端的鉤碼在一條線上”說(shuō)明了什么呢？

【生】 三個(gè)B點(diǎn)不重合，說(shuō)明支點(diǎn)到作用點(diǎn)的距離不是影響杠桿平衡的因素。

【師】 不是“點(diǎn)”到“點(diǎn)”的距離，那是“點(diǎn)”到什么的距離呢？

【生】 點(diǎn)到線的距離。

【師】 什么線？對(duì)力的作用線。我們把力所在的直線叫力的作用線，把從支點(diǎn)到力作用線的距離叫力臂。

1.3? ? 內(nèi)化“力臂”概念，發(fā)展學(xué)生物理觀念

通過(guò)創(chuàng)新學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生明白了引入“力臂”概念的必要性，知道了“力臂”是從支點(diǎn)到力的作用線的距離，然后再通過(guò)練習(xí)強(qiáng)化對(duì)“力臂”概念的理解，促進(jìn)概念的內(nèi)化。

2? ? 師生共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力

在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中要求“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究并了解杠桿的平衡條件”[1]。解讀該標(biāo)準(zhǔn)可知，此條標(biāo)準(zhǔn)不但要讓學(xué)生經(jīng)歷探究杠桿平衡條件的過(guò)程，對(duì)杠桿平衡條件進(jìn)行猜想和假設(shè)，還要設(shè)計(jì)驗(yàn)證方案;對(duì)獲得的信息進(jìn)行處理，采用比較分析的方法科學(xué)分析相關(guān)數(shù)據(jù)，得出杠桿的平衡條件。

在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，教師在“設(shè)計(jì)出驗(yàn)證方案”這一環(huán)節(jié)往往是告知學(xué)生應(yīng)該怎么做，甚至還會(huì)告知這樣做的目的是什么，但沒有讓學(xué)生經(jīng)歷“設(shè)計(jì)出驗(yàn)證方案”的過(guò)程，從而影響了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)思維能力。如果從實(shí)驗(yàn)?zāi)康某霭l(fā)，在教師的引領(lǐng)下，通過(guò)問(wèn)題教學(xué)法，采用小組合作，發(fā)揮學(xué)生自身的主體作用，由學(xué)生設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生不但能夠知道如何做，還會(huì)知道為什么這樣做，不僅促進(jìn)了學(xué)生深度學(xué)習(xí)還提高了實(shí)驗(yàn)效率。教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)如下：

【師】 我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁矗?/p>

【生】 探究杠桿的平衡條件。

【師】 探究杠桿的平衡條件，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)我們是不是應(yīng)該考慮三個(gè)問(wèn)題：（1）選擇一個(gè)杠桿;（2）對(duì)杠桿施加兩個(gè)力的作用;（3）讓這個(gè)杠桿處于平衡狀態(tài)。為了簡(jiǎn)化和方便我們進(jìn)行探究，我們應(yīng)該選擇杠桿的平衡狀態(tài)是處于勻速轉(zhuǎn)動(dòng)還是靜止的呢？（靜止）

請(qǐng)先思考，再小組討論下面的問(wèn)題：

問(wèn)題1：選一個(gè)什么樣的杠桿（輕的還是重的？粗細(xì)均勻的還是不均勻的？）選擇杠桿的原則是什么？

問(wèn)題2：杠桿的支點(diǎn)應(yīng)該在什么位置？應(yīng)該讓杠桿在什么位置靜止（水平、豎直、傾斜）？為什么？

問(wèn)題3：如何測(cè)量對(duì)杠桿作用力（動(dòng)力和阻力）的大小？如何更便捷地知道對(duì)杠桿作用力的大??？

……

通過(guò)學(xué)生思考、小組內(nèi)討論、小組間合作，最后得出結(jié)論：

（1）選擇杠桿的原則是盡量減小杠桿自身重力對(duì)杠桿平衡的影響，所以選擇一個(gè)輕質(zhì)的、粗細(xì)均勻的杠桿，并讓支點(diǎn)在重心上。

（2）為了便于測(cè)量力臂，應(yīng)該讓杠桿在水平位置靜止，并且在杠桿上刻刻度。

（教師演示，將杠桿中點(diǎn)掛在鐵架臺(tái)上，保持水平位置靜止，進(jìn)而介紹平衡螺母的作用）

（3）可以用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量力的大小，也可以使用已知重力大小的鉤碼，從而更便捷地知道對(duì)杠桿所施加力（動(dòng)力和阻力）的大小。

教學(xué)活動(dòng)中，教師只需要簡(jiǎn)單地說(shuō)一下實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)該注意的幾點(diǎn)事項(xiàng)，接下來(lái)由學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程學(xué)生操作順暢。

本教學(xué)設(shè)計(jì)中，學(xué)生在教師的引領(lǐng)下設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)歷了探究過(guò)程，不但對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)思維能力進(jìn)行了訓(xùn)練，而且潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的認(rèn)真態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)。

物理學(xué)家周光召先生曾說(shuō)過(guò)：教育應(yīng)有的功能，不是讓孩子記住支離破碎的、脫離生活的抽象理論和事實(shí)，而是用科學(xué)的觀念和恰當(dāng)?shù)姆椒?，教?huì)孩子正確認(rèn)識(shí)世界的方法，從而幫助孩子建立完整的對(duì)世界的理解。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，使學(xué)生不但會(huì)做實(shí)驗(yàn)，還知道為什么這樣做，并且親身體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的巧妙之處，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的過(guò)程中不斷地發(fā)展自身的物理核心素養(yǎng)，把不斷積累的物理知識(shí)轉(zhuǎn)化為科學(xué)素養(yǎng)，使學(xué)生逐漸具備能夠使其終身發(fā)展的優(yōu)良品質(zhì)和關(guān)鍵能力。

參考文獻(xiàn)：

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[3]羅桂敏.素質(zhì)教育教學(xué)新設(shè)計(jì)[M].開封：河南大學(xué)出版社，2001：198-199.

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[5]（英）約翰遜（Johnson，k）.物理[M].廖伯琴，譯.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2016.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）