基于核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐研究

任振穎 張東林

摘 要：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、必備品格和關(guān)鍵能力.本文以“流體的壓強(qiáng)與流速”一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探索通過(guò)發(fā)揮實(shí)驗(yàn)作用將發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的任務(wù)落實(shí)在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);流體壓強(qiáng)

中圖分類號(hào)：G633.7???? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B???? 文章編號(hào)：1008-4134（2021）20-0024-04

基金項(xiàng)目：北京物理學(xué)會(huì)2020-2021年度教育教學(xué)科研立項(xiàng)課題“基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：WLXH202059）.

作者簡(jiǎn)介：任振穎（1975-），女，北京昌平人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：物理教學(xué)實(shí)踐與教育;

張東林（1971-），男，北京昌平人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：物理教學(xué)實(shí)踐與教育.

1 教材教法分析

本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)固體壓強(qiáng)、液體壓強(qiáng)、大氣壓強(qiáng)的基礎(chǔ)上引入的，與“液體壓強(qiáng)”和“大氣壓強(qiáng)”不同的是：其液體和氣體所處的狀態(tài)不再是靜止的，而是流動(dòng)的，即要探究“液體和氣體在流動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)的特點(diǎn)”.在教學(xué)中，從學(xué)生的認(rèn)知能力出發(fā)，尊重和突出學(xué)生的主體地位，設(shè)計(jì)一系列情境新奇、有趣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和自己親自操作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，經(jīng)歷體驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，從中獲得最直觀的、鮮活的科學(xué)事實(shí)，為理解和應(yīng)用物理概念、規(guī)律做好鋪墊、打好基礎(chǔ);自制教具突破本節(jié)課歷來(lái)實(shí)驗(yàn)的局限性，為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的探究活動(dòng)提供物質(zhì)條件，并有助于提升學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展;通過(guò)廣泛聯(lián)系并解釋生活、自然和科技中的“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”的現(xiàn)象，可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，學(xué)有所用，體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的課程理念.

2 學(xué)情分析

流體壓強(qiáng)與流速有關(guān)，該知識(shí)在日常生活中有較廣泛的應(yīng)用，但學(xué)生這方面的生活經(jīng)驗(yàn)并不多.筆者在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)固體壓強(qiáng)有感知也有一定的認(rèn)識(shí).但是，學(xué)生對(duì)液體壓強(qiáng)、大氣壓強(qiáng)的感受不多，對(duì)流體壓強(qiáng)更顯懵懂.因此，在教學(xué)過(guò)程中選取生動(dòng)有趣的小實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生將流體壓強(qiáng)與流速建立起聯(lián)系是本節(jié)的教學(xué)重點(diǎn).

學(xué)生經(jīng)過(guò)密度、重力、摩擦力以及壓力、壓強(qiáng)等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備初步的科學(xué)探究意識(shí)和能力;初步掌握用對(duì)比、分析、歸納等一些科學(xué)方法獲取新知的能力，但還不能靈活運(yùn)用.初中生的思維特點(diǎn)是以“形象思維”為主，對(duì)直觀現(xiàn)象比較感興趣，欠缺對(duì)問(wèn)題深入的思考及理性思維.這些都尚需教師創(chuàng)設(shè)更多的新情境，使學(xué)生在經(jīng)歷不斷解決問(wèn)題的實(shí)踐中，進(jìn)一步提升能力、鍛煉思維.

3 教學(xué)策略

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)：感悟流體壓強(qiáng)與流速有關(guān);探究流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系.教學(xué)難點(diǎn)：運(yùn)用流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，定性分析生活中的一些相關(guān)現(xiàn)象.重、難點(diǎn)都涉及探究過(guò)程，因此本節(jié)課的教學(xué)策略主要是科學(xué)探究.教師在教學(xué)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下三個(gè)方面.

3.1 從抽象到形象

創(chuàng)設(shè)情境：將學(xué)生難以理解的內(nèi)容用生動(dòng)、形象的方式展示出來(lái)，使學(xué)生積極主動(dòng)地投入到情境中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將流體壓強(qiáng)與流速建立聯(lián)系.

3.2 從特殊現(xiàn)象到普遍規(guī)律

利用自制教具進(jìn)行科學(xué)探究：學(xué)生經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)并提出問(wèn)題—有依據(jù)的猜想—設(shè)計(jì)—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)—分析并得出結(jié)論”的過(guò)程，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的意識(shí)和能力以及學(xué)生用科學(xué)的語(yǔ)言進(jìn)行完整表達(dá)的能力.

3.3 注重應(yīng)用

創(chuàng)設(shè)系列的生活、自然、科技情境和問(wèn)題情境，學(xué)生經(jīng)歷“問(wèn)題—實(shí)驗(yàn)—結(jié)論—應(yīng)用”的過(guò)程，逐步培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

4 教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：了解流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系.

過(guò)程與方法：

（1）通過(guò)感悟流體壓強(qiáng)與流速有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，提高以觀察、比較和實(shí)驗(yàn)的方法研究物理問(wèn)題的能力、收集證據(jù)對(duì)探究過(guò)程進(jìn)行交流評(píng)估的能力;

（2）通過(guò)解釋生活中的一些現(xiàn)象，提高應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題和用科學(xué)的語(yǔ)言進(jìn)行表述的能力.

情感態(tài)度與價(jià)值觀：

（1）通過(guò)探究活動(dòng)，養(yǎng)成觀察習(xí)慣，樂(lè)于探索生活中的物理現(xiàn)象;

（2）緊密聯(lián)系實(shí)際，提高對(duì)自然和科學(xué)技術(shù)的興趣，形成合作交流、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 玩得明白——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：（1）乒乓球放在漏斗下，用手托住，撤去手，球會(huì)掉下來(lái);（2）用較小的力在漏斗的管口向下吹氣，撤去手，球依然會(huì)掉下來(lái);（3）用大力在漏斗的管口向下吹氣，撤去手，球不會(huì)掉下來(lái);（4）當(dāng)學(xué)生氣息不足，或停止吹氣時(shí)，乒乓球又會(huì)掉下來(lái);（5）用實(shí)驗(yàn)用鼓風(fēng)機(jī)在漏斗的管口向下吹氣，撤去手，球不會(huì)掉下來(lái)，因?yàn)轱L(fēng)是持續(xù)的，乒乓球像是被吸住一樣;（6）改變漏斗口的方向，上、下、左、右，用鼓風(fēng)機(jī)在漏斗的管口持續(xù)吹風(fēng)，球都不會(huì)飛出去.

教師：乒乓球沒(méi)有掉下來(lái)，這是什么原因？

學(xué)生分析：向下吹氣時(shí)，乒乓球雖然受重力，卻沒(méi)有掉下來(lái)，說(shuō)明乒乓球除了受到豎直向下的重力，肯定還受到一個(gè)向上的力，因此就存在向上的壓強(qiáng).當(dāng)氣流方向改變時(shí)，只要?dú)怏w流動(dòng)，這個(gè)壓強(qiáng)就存在.

學(xué)生有依據(jù)的猜想：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)比，沒(méi)吹氣，氣流小;吹氣，氣流大，改變的是空氣流動(dòng)的速度，這個(gè)壓強(qiáng)是否是由于吹氣產(chǎn)生？氣體產(chǎn)生的這個(gè)壓強(qiáng)的大小和氣體流動(dòng)的速度大小有什么樣的關(guān)系？

設(shè)計(jì)意圖：乒乓球?qū)嶒?yàn)，很常見(jiàn)，對(duì)它進(jìn)行充分挖掘、小小改進(jìn)，將這個(gè)實(shí)驗(yàn)的營(yíng)養(yǎng)發(fā)揮到極致，最大限度提高它的作用和價(jià)值.學(xué)生認(rèn)真體會(huì)這六個(gè)過(guò)程，（1）（2）（3）步的體驗(yàn)引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，（4）（5）（6）步學(xué)生的思維開(kāi)始從表象進(jìn)行躍遷，從“有感”到“有思”，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對(duì)比和分析引發(fā)學(xué)生的問(wèn)題和思考.六步連貫的體驗(yàn)，使學(xué)生清晰地感悟到有、無(wú)氣流和氣流流速的變化使球的狀態(tài)發(fā)生改變，從而順暢地把流體壓強(qiáng)與流速建立起聯(lián)系.這六步連貫的體驗(yàn)，為學(xué)生的思維找到立足點(diǎn)，也為學(xué)生的思維遞進(jìn)鋪設(shè)了臺(tái)階，有利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展.

5.2 探得清晰——自制實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行科學(xué)探究

學(xué)生：分組實(shí)驗(yàn)，分四個(gè)組，分別用四套實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行科學(xué)的探究實(shí)驗(yàn).

學(xué)生：學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.通過(guò)觀察、分析、交流，歸納總結(jié)出結(jié)論：流體流速大的地方，壓強(qiáng)小;流體流速越大，壓強(qiáng)越小.

設(shè)計(jì)意圖：以往這個(gè)環(huán)節(jié)一般會(huì)采取讓學(xué)生吹紙條或吹硬幣等有趣的小實(shí)驗(yàn)，但這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象無(wú)法顯示壓強(qiáng)的大小，也無(wú)法完成三次實(shí)驗(yàn)對(duì)比，得出因變量和自變量之間大小關(guān)系的結(jié)論.教師自制教具，為學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究提供條件，并且操作方便、現(xiàn)象明顯，化抽象為形象，將抽象的過(guò)程顯性化，降低思維難度，便于分析、歸納出結(jié)論，使學(xué)生獲得成功的喜悅并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維.實(shí)驗(yàn)過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力和用科學(xué)的語(yǔ)言進(jìn)行完整表述的能力;采取小組合作、大組交流的方式進(jìn)行，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，感悟與他人合作的重要性.

5.3 用得喜悅——小實(shí)驗(yàn)，大應(yīng)用

5.3.1 是真是假

師：給出四個(gè)現(xiàn)象如圖1所示，讓學(xué)生用剛剛得出的結(jié)論去進(jìn)行判斷真假.

（1）將兩張自由下垂的紙平行放置，在兩張紙的中間向下吹氣，兩張紙會(huì)向外飛起，這是真的嗎？

（2）火車站或地鐵站的站臺(tái)上都畫有黃色的安全線.是為了警告乘客，當(dāng)火車經(jīng)過(guò)時(shí)，不要越過(guò)此線，否則會(huì)有生命危險(xiǎn).這是真的嗎？

（3）將塑料軟管的一端放在彩色的紙屑上，使勁搖動(dòng)軟管的另一端，彩紙會(huì)被吸入管中，這是真的嗎？

（4）在水中平行放置兩條小船，在兩條小船中間水平噴水，兩條小船會(huì)被水沖向兩邊，這是真的嗎？

學(xué)生：學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)如圖2所示，并進(jìn)行分析判斷.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)動(dòng)手操作，觀察真實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再根據(jù)探究得到的規(guī)律，判斷真假.其目的不僅是鞏固所學(xué)知識(shí)，深化解決問(wèn)題的能力，也適時(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育，增強(qiáng)安全意識(shí)，使學(xué)生知道不能跨過(guò)站臺(tái)的安全線、不能靠近高速行駛的列車、不能讓兩船并列行駛等規(guī)定是建立在物理規(guī)律的基礎(chǔ)上，不尊重規(guī)定是很危險(xiǎn)的.另一個(gè)重要方面是通過(guò)鑒別出兩個(gè)偽現(xiàn)象，使學(xué)生體會(huì)“學(xué)科學(xué)”“用科學(xué)”“信科學(xué)”的價(jià)值，只有形成科學(xué)價(jià)值觀，才能有效破除各類騙術(shù)，提高全民族科學(xué)素養(yǎng).

5.3.2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)，問(wèn)題引領(lǐng)

給每個(gè)小組派發(fā)任務(wù)單，上面有任務(wù)也有一些資料，學(xué)生通過(guò)閱讀和實(shí)驗(yàn)，完成任務(wù)單上的任務(wù).簡(jiǎn)要內(nèi)容如下：

（1）上升的水柱.你是否能用今天學(xué)習(xí)的規(guī)律使管中的水柱升高？你能解釋生活中一些噴霧器的原理嗎？

（2）管中的小球.自制模擬洞穴，當(dāng)兩個(gè)管口相平時(shí)，對(duì)管口吹氣;觀察管內(nèi)的小球運(yùn)動(dòng)情況;提高一側(cè)管口，讓風(fēng)分別從兩側(cè)管口各吹過(guò)一次，對(duì)比觀察管內(nèi)的小球運(yùn)動(dòng)情況.非洲草原犬鼠的洞穴有兩個(gè)出口，一個(gè)是平的，而另一個(gè)則是高高隆起的圓形土堆.當(dāng)?shù)孛嫔嫌酗L(fēng)吹過(guò)，就會(huì)給犬鼠帶去習(xí)習(xí)涼風(fēng)，你是否能解釋其中的原因？

（3）誰(shuí)飛得高.一個(gè)平的泡沫板，一個(gè)流線型的泡沫板，用專用器材對(duì)其吹風(fēng).觀察平的泡沫板、流線型的泡沫板正、反放置時(shí)泡沫板的情況.幾十噸重的飛機(jī)可以升空，自由地飛翔，是什么力使龐大而沉重的飛機(jī)攀升到空中，并能保持在空中飛行？汽車尾翼、暴風(fēng)時(shí)灰雁的倒飛姿勢(shì)又與之有什么相同和不同之處？

學(xué)生：進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)如圖3所示，認(rèn)真觀察，積極思考，嘗試解決問(wèn)題.

設(shè)計(jì)意圖：三組小實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，對(duì)比強(qiáng)烈，易于激發(fā)學(xué)生的思維，引起學(xué)生的好奇心和探索自然的愿望.這些豐富的實(shí)驗(yàn)器材都是身邊的物體，如：塑料軟管、泡沫、紙盒、乒乓球、紙張、吸管等.學(xué)生用身邊熟悉的廢舊物品，卻能做出很多有意思的實(shí)驗(yàn)，也強(qiáng)烈地激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)也為他們的再創(chuàng)造、創(chuàng)新進(jìn)行無(wú)形的引領(lǐng).小組討論用所學(xué)結(jié)論去解釋現(xiàn)象，從犬鼠洞穴的通風(fēng)問(wèn)題，暴風(fēng)時(shí)灰雁的倒飛姿勢(shì)，感嘆大自然的神奇，并以物理學(xué)視角認(rèn)識(shí)自然、理解自然，建構(gòu)關(guān)于自然界的物理圖景.而飛機(jī)機(jī)翼、灰雁倒飛、汽車尾翼又有內(nèi)在聯(lián)系，灰雁倒飛、汽車尾翼是對(duì)飛機(jī)機(jī)翼倒置的應(yīng)用，具有相似性.在使學(xué)生保持對(duì)自然界好奇的基礎(chǔ)上，發(fā)展對(duì)科學(xué)的探索興趣，從而產(chǎn)生將科學(xué)技術(shù)應(yīng)用于日常生活、社會(huì)實(shí)踐的意識(shí)，使學(xué)生欣喜地發(fā)現(xiàn)物理無(wú)處不在，真的是既有趣，又有用.

6 結(jié)語(yǔ)

本節(jié)課通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)情境的創(chuàng)設(shè)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新與豐富的教具，增強(qiáng)學(xué)生的體驗(yàn)，使學(xué)生的注意力緊緊凝聚在課堂，促進(jìn)學(xué)生在觀察和實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出合理猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和獲取證據(jù)等能力的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的思維，并感悟“流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系”與“社會(huì)、技術(shù)及環(huán)境”之間的關(guān)系.將核心素養(yǎng)與新課改理念落實(shí)在教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)理念與整體框架如圖4所示.

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（收稿日期：2021-05-19）