核心素養(yǎng)視角下的高中物理實驗情境創(chuàng)設(shè)策略 ①

李池華

(廣東省英德市第一中學(xué)，廣東 清遠(yuǎn) 513000)

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個方面。[1]物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，是在實驗基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，物理實驗是幫助學(xué)生建構(gòu)物理概念、理解物理規(guī)律的重要途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、遷移能力、創(chuàng)新能力的重要手段，更是培養(yǎng)學(xué)生良好科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的重要途徑。

1 實驗教學(xué)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑

物理實驗對培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)有著重要的作用與價值。通過實驗探究，學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象提出問題，分析問題的產(chǎn)生原因，研究問題的解決方法，設(shè)計問題的解決方案，在此過程中促進問題解決能力、分析論證能力、創(chuàng)造性思維能力等高階能力的發(fā)展，提升“科學(xué)思維”能力。學(xué)生分析情境問題后設(shè)計實驗方案，選擇實驗器材，進行實驗操作并獲取實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的處理結(jié)果得出結(jié)論，在實驗過程中學(xué)生之間分工合作、討論交流，落實“科學(xué)探究”的培養(yǎng)要求。實驗中根據(jù)客觀的實驗現(xiàn)象提出研究的問題，經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的實驗操作，基于實驗證據(jù)獲得物理知識，再將物理知識應(yīng)用于社會和生活，這正是“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”培養(yǎng)目標(biāo)的具體落實。[2]

2 創(chuàng)設(shè)實驗情境培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的策略

2.1 在實驗情境中培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力

觀察是指人迅速、敏銳地發(fā)現(xiàn)事物細(xì)節(jié)和特征等方面的能力，是人對客觀事物的一種生動的感性認(rèn)識形式?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)基于仔細(xì)的觀察，科學(xué)探究源于問題，而問題在很大程度上源于對身邊事物的觀察與思考，觀察是收集科學(xué)事實、形成科學(xué)認(rèn)識的基礎(chǔ)，是檢驗假說和理論的重要方法。

例1：在“平拋運動”教學(xué)中，實驗器材如圖1所示，請按下列要求進行不同形式的實驗操作并完成相關(guān)的觀察。

圖1

(1) 在實驗裝置中有幾個小球？

(2) 每個小球在釋放后分別做什么運動？

(3) 將A球和B球同時釋放，你觀察到了什么現(xiàn)象？

(4) 將A球和C球同時釋放，你觀察到了什么現(xiàn)象？

(5) 將三個小球同時釋放，你觀察到了什么現(xiàn)象？

觀察能力具有層次性，學(xué)生對以上問題的回答表征了不同水平層次的觀察能力(表1)。

表1

在同一個情境中，有時只有一個現(xiàn)象發(fā)生，有時會有多個現(xiàn)象同時發(fā)生；有些現(xiàn)象是顯性的，有些是隱性的。觀察什么？怎么觀察？實驗前教師要對學(xué)生進行引導(dǎo)，并針對實驗現(xiàn)象提出有依據(jù)的猜測，使觀察有目的、有計劃、有重點。通過演示實驗情境的創(chuàng)設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生由單一的觀察到全面的觀察，由表層的觀察到深層的觀察，讓學(xué)生思考：觀察到的物理現(xiàn)象能夠說明什么問題？

2.2 在實驗情境中提升學(xué)生的思維品質(zhì)

在實驗教學(xué)中巧妙設(shè)計實驗情境，運用實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)與學(xué)生的原有認(rèn)知形成鮮明對比，產(chǎn)生強烈的思維沖突，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，進而引導(dǎo)學(xué)生思考沖突背后的原因，自主構(gòu)建對物理概念和規(guī)律的認(rèn)識，提升思維品質(zhì)。

例2：如圖2所示在“力的平行四邊形定則”實驗中，實驗時先用一個彈簧測力計把橡皮筋的結(jié)點拉到某一位置O，為了引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，用兩個彈簧測力計成零度把橡皮筋結(jié)點拉到O點，得出分力與合力的關(guān)系為F=F1+F2；最后用兩個彈簧測力計互成角度也把橡皮筋結(jié)點拉到O點，得出F≠F3+F4，與學(xué)生之前得出的合力與分力的結(jié)論發(fā)生沖突。

圖2

在保證相同作用效果的情況下，設(shè)置如表2所示的問題，引導(dǎo)學(xué)生在排除錯誤判斷的同時尋找新的方法，換個角度思考往往就是創(chuàng)新思維的開始。

表2

學(xué)生在實驗中的發(fā)現(xiàn)與已有認(rèn)知相沖突，從而對現(xiàn)有認(rèn)知的科學(xué)性和合理性提出疑問，萌發(fā)新的猜想，并在接下來的實驗中主動探究，尋找答案，這是激發(fā)學(xué)生積極思考、培養(yǎng)高階思維能力的有效途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、創(chuàng)新精神的具體體現(xiàn)。

2.3 在實驗情境中訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維

科學(xué)思維方法是人們認(rèn)識客觀規(guī)律和解決實際問題的重要方法，是連接知識與能力的橋梁，是促進學(xué)生的思維發(fā)展和落實核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)鍵。在物理實驗教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生重視研究物理問題的思路和方法，為他們探究未知問題提供基本的方法和必要的幫助，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

圖3

例3：在“自由落體運動”教學(xué)中，學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗，認(rèn)為“重的物體下落得快”，容易猜想物體的質(zhì)量是影響下落快慢的因素?？赏ㄟ^如圖3所示的實驗驗證這一猜想，實驗?zāi)康氖球炞C物體的質(zhì)量是否會影響下落的快慢，所以實驗中應(yīng)采用控制變量法和對比法，保持兩物體從相同高度、由靜止釋放，然后通過3次實驗進行對比，得出結(jié)論。實驗過程中采用科學(xué)的方法，從不同角度落實核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求(表3)。

表3 實驗內(nèi)容及落實的核心素養(yǎng)要素

在物理教學(xué)中顯化科學(xué)思維方法的教育，它不但可以提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，也可以進一步促進學(xué)生物理觀念的形成，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。[3]中學(xué)物理實驗教學(xué)要注重在實驗情境中滲透科學(xué)思維方法，讓學(xué)生經(jīng)歷問題分析后運用相應(yīng)的方法進行問題研究，在循序漸進的實驗過程中領(lǐng)悟科學(xué)方法，潛移默化地養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣。

2.4 在實驗情境中養(yǎng)成學(xué)生的科學(xué)態(tài)度

物理實驗是養(yǎng)成學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、提高他們的社會責(zé)任感的有效途徑，實驗過程在一定程度上就是科學(xué)研究的過程，在體驗實驗過程時要讓學(xué)生體會其中的思想方法和人文精神。

例如在“探究自由落體運動”等實驗中，科學(xué)家都善于從看似平常的現(xiàn)象中細(xì)心地觀察與思考，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，具有嚴(yán)謹(jǐn)求實的品質(zhì)和百折不撓的毅力；有懷疑和批判的精神，不迷信權(quán)威，敢于挑戰(zhàn)權(quán)威，在事實的基礎(chǔ)上提出新觀點、新理論；運用創(chuàng)新的思維和實驗方法，通過理論分析與實驗論證，基于證據(jù)和邏輯推理得出結(jié)論。在中學(xué)物理實驗教學(xué)中學(xué)生的活動應(yīng)是多方面的，既有思維過程，又有動手操作，學(xué)會分工合作，尊重他人，培養(yǎng)學(xué)生重實踐、重事實、重證據(jù)的科學(xué)態(tài)度，并把實事求是的科學(xué)態(tài)度融入平時的學(xué)習(xí)和生活之中。教師要充分發(fā)揮物理實驗的育人功能，讓學(xué)生形成正確的歷史觀、人文觀、科學(xué)觀，落實立德樹人根本任務(wù)。

3 結(jié)語

基于核心素養(yǎng)的物理教學(xué)，要讓學(xué)生親身經(jīng)歷實驗探究過程，在實驗情境中形成物理觀念；讓學(xué)生在不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的過程中進行深層探究，從而感悟科學(xué)研究方法和知識的發(fā)生過程，培養(yǎng)批判性思維、問題解決能力、創(chuàng)造性思維等高階思維能力；[4]養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實事求是的科學(xué)態(tài)度，在獲得知識的同時形成必備品格和關(guān)鍵能力，切實提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。