淺析核心素養(yǎng)視域下落實科學探究的策略

沈程娟

(蘇州市吳江區(qū)盛澤第二中學 江蘇 蘇州 215000)

《義務教育物理課程標準(2022年版)》指出,物理課程的課程理念旨在提高全體學生的核心素養(yǎng),培養(yǎng)學生適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力,其課程性質是一門以實驗為基礎的自然科學課程,具有基礎性、實踐性等特點.學生在教師的引導性經(jīng)歷與科學家類似的探究過程中,主動構建物理觀念、發(fā)展科學思維,養(yǎng)成嚴謹認真、實事求是的科學態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學精神.因此,科學探究既是物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標之一,更是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的重要載體.科學探究能否在課堂中真正落地生根,對學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)至關重要.下面,筆者就部分教師對科學探究在理解和實施上存在的一些誤區(qū)展開探討,并結合具體教學實例,淺析有效落實科學探究、充分發(fā)揮物理課程育人價值的策略.

1 走出認識誤區(qū) 正確認識科學探究式教學

科學探究是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想與假設、設計實驗與制定方案、獲取與處理信息、基于證據(jù)得出結論并作出解釋,以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力[1].因此對科學探究的理解不應囿于形式上的一種課程類型、一個教學環(huán)節(jié),而是學生在教師的啟發(fā)引導下以自主、合作、探究的學習方式內化知識、發(fā)展思維、領悟科學方法進行的各種活動,其本質在于學生關鍵能力和必備品格的獲得.

1.1 科學探究概念偷換

作為教師的教學目標和教學方式、學生的學習目標和學習內容,科學探究在形式上應該是豐富多彩的,除了通常意義上理解的實驗探究,查閱資料、評論結果、理論分析解決問題、思辨現(xiàn)象問題都是科學探究.學生在這些活動中發(fā)展高階思維,提升核心素養(yǎng).

新課標指出,“實驗探究”包含測量類和探究類學生必做實驗[1].教師在觀念上都認可這兩類實驗在培養(yǎng)學生能力素養(yǎng)方面的重要地位,在行動中也積極踐行實驗教學,但教學效果并不盡如人意.究其原因,一方面在測量類實驗中,教師常常只強調動手操作的實踐性,而忽視了測量過程中涉及的思維方法和科學態(tài)度.比如在用電流表和電壓表測量小燈泡電阻的實驗中,教師在教學時往往將電路的設計連接和測量作為教學的重點,而弱化了實驗數(shù)據(jù)的分析討論,簡單以結論的形式告知學生由于燈絲電阻受溫度影響,因此不能多次測量求平均值.另一方面,在探究類必做實驗中,教師認為一些實驗事實顯而易見,眾所周知,沒有必要讓學生重走一遍前人的“足跡”,將探究實驗簡化為一個又一個的現(xiàn)象演示,或轉為驗證性實驗,落實了雙基,卻忽視了更本質的素養(yǎng)要求.

1.2 科學探究模式僵化

科學家們在探索自然奧秘的過程中,既有共性,更有個性.科學探究除了具有實踐性特點外,本身還具有引導學生模仿科學家研究活動的特征.部分教師在教學實踐中拘泥于固定的探究形式,按部就班地進行各要素的探究活動,探究活動模式化,缺失活動的重難點、興奮點,不利于激發(fā)學生的探究興趣,培養(yǎng)學生對探究本質的理解.問題、證據(jù)、解釋、交流等科學探究的共性要素,在每次探究中的取舍、側重、順序應不盡相同,靈活滲透在教材和教學的各個方面.通過一階段一系列的探究活動,使所有要素對應的探究能力都得到培養(yǎng),從而促進素養(yǎng)目標的達成.

1.3 科學探究有形無神

在初中物理的探究學習中,學習目標常常涉及具體的物理概念、規(guī)律.因此,教師容易將關注點放在知識目標的達成上,使得學生的發(fā)展疲乏,缺乏持續(xù)動力.學生頭腦中的物理概念或規(guī)律可能會隨著時間的推移而淡忘,留下的是他在探究學習中發(fā)展的思維能力、創(chuàng)新精神以及內化的科學態(tài)度、科學精神.這些正是促進學生全面發(fā)展的持續(xù)動力.物理教學不是為知識而教,而是以知識為載體,使學生內化科學素養(yǎng),從而才能使其從真正意義上解決學習、生活、工作中的問題,為其終身發(fā)展奠定基礎.

2 落實科學探究的教學策略

2.1 過程與結果并重 知識與思維并行

葉圣陶先生說“教材無非是個例子”.由于教學具有時空限制,不少教師受功利主義影響,教死書,死教書,按部就班完成教材的實驗探究.這種急功近利的教學看似面面俱到,得到了物理規(guī)律或結論,卻在思維的發(fā)展上走了捷徑,學生的認識只停留在記憶和簡單理解的層面,教材的價值和功能沒有得到充分的挖掘.

如在“探究平面鏡成像的特點”的教學時,大多數(shù)教師是照本宣科,首先讓學生回憶照鏡子的情景,完成“提出猜想”環(huán)節(jié),對“像和物等大”“像到平面鏡的距離等于物到平面鏡的距離”進行了猜測,在“設計實驗環(huán)節(jié)”,提出問題:“怎樣確定像的位置?”“怎樣比較像和物的大小?”在提出問題后,和學生詳細介紹“實驗與記錄”環(huán)節(jié)涉及的實驗器材,演示每一步的操作,在演示過程中引導學生回答上述兩個問題,最后組織學生分組實驗記錄數(shù)據(jù),分析討論得到平面鏡的成像特點.整個過程四平八穩(wěn),大多數(shù)學生都能順利完成探究得到結論,但學生主動參與了嗎?學生的思維激活了嗎?答案是否定的.要使科學探究真正落實,教師要對教材進行充滿睿智的個性化解讀,用教材教,激活并維持學生的情感活動和思維活動,特別是高階思維,主動參與到探究活動中來.

平面鏡成像學生有很豐富的生活經(jīng)驗,因此,本節(jié)課教學的難點不在于實驗結論,而在于方案的設計過程.“怎樣確定像的位置”和“怎樣比較像和物的大小”這兩個問題是學生設計實驗的關鍵所在,是整個環(huán)節(jié)的重點和難點.怎樣引導才能激發(fā)學生的興奮點,培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力,促進思維發(fā)展,是教師在設計教學時需要突破的卡點.在此環(huán)節(jié)筆者設計了一個模擬照鏡子的游戲,引導學生進行探究.首先請學生根據(jù)自己照鏡子的經(jīng)驗,為教師挑選一位最適合充當教師的像這個角色的學生,并說說理由.在挑選的過程中,學生們已經(jīng)完成了關于“物像大小”的猜想.接著,請臺下學生當裁判,教師和這位學生一起表演照鏡子活動,完成“向后走、向前走、揮動左手說聲嗨,舉起右手點個贊”的表演,在歡樂的氛圍中學生的情緒情感被調動起來,思維開始觸發(fā),直觀感受鏡面對稱的過程中,思考“等距”問題.“下面,請出一面大鏡子,看看同學們?yōu)槲姨暨x的像真的合適嗎?”教師背對學生照鏡子,請角色扮演的同學走到鏡子后方他認為的像該在的位置.教師問學生:這個“假像”和“真像”像嗎?學生的興奮點開始出現(xiàn).通過鏡子只能看到“真像”,怎么辦?換玻璃板.學生在現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題,積極思考,主動解決問題.換用茶色玻璃板后,教師繼續(xù)問:這個“假像”和“真像”像嗎?學生不知不覺中使用重疊法指揮“假像”移動位置,找到教師像的位置,并與“假像”進行比較.緊接著,介紹學生實驗的實驗器材,組織學生利用實驗器材設計實驗方案,進行實驗記錄數(shù)據(jù).教師通過一個愉快而充滿認知沖突的游戲為學生的探究搭建“腳手架”,激發(fā)學生的思維,促使學生主動參與到學習中來,實現(xiàn)知識與思維之間的銜接和整合,促進學生核心素養(yǎng)的協(xié)調發(fā)展.

2.2 以情境促思考 以情境助探究

在科學探究中創(chuàng)設合理的情境,有利于激發(fā)學生的學習興趣,引起學生積極的態(tài)度體驗和行為體驗.在教學實踐中,教師往往走入情境創(chuàng)設的誤區(qū),盲目追求情境的量,窄化情境的質.熱鬧探究的背后是思維的缺失.有效的探究情境,應能觸發(fā)學生思維的興奮點,使之在司空見慣處追根問底,在思維定式中標新立異,在山窮水盡時柳暗花明.

在“光的直線傳播”的教學中,學生由于在小學科學課上已經(jīng)有了豐富的感性知識,“熟知”光的直線傳播,因此,在通過手影游戲幫助學生觸發(fā)已有知識后,若是按照通常的做法演示光在空氣中、水中的直線傳播路徑,并不能激發(fā)學生的學習興趣.緊接著教師提問:“光在介質中真的一定沿直線傳播嗎?”然后演示光不沿直線傳播的情景.帶有明顯導向性的提問使得本該起著促進糾正錯誤頑固前概念的強烈認知沖突被緩和弱化了.啟思型情境出現(xiàn)的時機非常重要.略微調整情境的先后順序,優(yōu)化探究情境,可能會帶來意想不到的效果.在游戲導入新課引出“光沿直線傳播”后,教師馬上打算通過演示去驗證學生的想法,但是讓光穿過上下不均勻的糖水,視覺上的極大反差使得學生異常驚訝,思維上產(chǎn)生沖突,并主動投入到學習中來.教師用玻璃棒拌勻糖水后,光又變回了直線.通過兩次對比實驗,學生開始主動糾正完善腦中的“已有經(jīng)驗知識”,從認知失衡狀態(tài)通過自我建構達到新的平衡狀態(tài).

在“歐姆定律的應用”這節(jié)內容中,教材安排了兩個獨立的版塊:“運用歐姆定律測量電阻”和“運用歐姆定律進行簡單的計算”.一個是實驗測量版塊,一個是計算版塊,在這兩個看似關聯(lián)不大的版塊間,正是任務情境大顯身手之處[2].作為前一節(jié)教材中導圖里小明提出問題“在調光電路中,如果電源電壓大于燈泡允許的電壓,就需要串聯(lián)一個定值電阻,如何選擇這個電阻?”的回應,創(chuàng)設一個任務情境:每組均有6 V電源、電流表、電壓表、開關、導線、標明規(guī)格的小燈泡、標明規(guī)格的鎳鉻絲、剪刀、刻度尺等,請學生剪合適長度的鎳鉻絲作為保護電阻,使小燈泡能在電路中正常發(fā)光.再請學生們測一測,比比誰剪取的鎳鉻絲的阻值與理論值最接近.通過一個任務情境的設置將一個測量實驗和理論計算綜合成一個問題解決性質的探究過程.基于核心素養(yǎng)養(yǎng)成的教學,要求教師注重給學生創(chuàng)設富有挑戰(zhàn)性的任務情境,在探究中學習知識技能,綜合運用知識解決問題,并將科學思維、科學態(tài)度與精神內化于心.

2.3 注重挖掘探究的育人價值

核心素養(yǎng)視域下的科學探究不是為了探究而探究,也不是為了知識而探究,而是以知識作為育人載體,在學生主動建構內化知識的過程中,培養(yǎng)學生樂學善學、勤于思考的品質,促使學生形成良好的學習習慣,具有學會學習的能力.在經(jīng)歷與科學家類似的探究過程中,培養(yǎng)嚴謹認真、求實創(chuàng)新、持之以恒的科學精神,以及在認識科學本質,了解科學、技術與環(huán)境、社會關系的基礎上培養(yǎng)家國情懷并推動可持續(xù)發(fā)展的科學責任與態(tài)度.

例如“牛頓第一定律”的探究可以將物理學史與實驗相結合,讓學生從角色扮演中切身經(jīng)歷理論發(fā)展的過程.在“人推動小車,風吹動枝葉”這些日?，F(xiàn)象中,引導學生經(jīng)歷與亞里士多德類似的憑借直覺與思維的探究過程,充分暴露部分學生的前概念“力是維持物體運動的原因”,緊接著引導學生針對此理論進行思辨,在討論中突出此理論遇到的困難,提出新的假說“阻力對物體運動有影響”,從而進行與伽利略類似的觀察-假說-實驗驗證-推理的科學實驗過程.學生重新體驗科學家研究問題的思維和方法,使得科學方法和科學精神、科學態(tài)度的學習不再是借助歷史故事的空洞講授,而是鮮活的經(jīng)歷內化過程.物理學在建立知識體系的過程中,除了凝練出大量的科學方法和科學思想,更升華出豐富的文化內涵,是科學與人文的和諧統(tǒng)一.又如在“凸透鏡成像規(guī)律”的探究中,通過“天宮課堂”的水球實驗激發(fā)學生的學習興趣,潤物細無聲地弘揚民族精神,增強學生的“四個自信”;在“電磁波”的學習中,引領學生在麥克斯韋統(tǒng)一電與磁的電磁場理論中領略物理的統(tǒng)一之美;在“光的反射”“力的作用是相互的”的學習中,意識到物理是從紛繁表象中領略簡潔對稱之美,尋求本質的科學特征.