基于核心素養(yǎng)的物理實驗教學(xué)改進(jìn)

廖曉婷?李奇云

摘 要｜從核心素養(yǎng)的四個方面：物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任出發(fā)，對“浮力”這節(jié)實驗課的幾個教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用進(jìn)行了學(xué)科融合方面的改進(jìn)和分析，以期達(dá)到提高實驗課程教學(xué)效果和提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞｜浮力；核心素養(yǎng)；跨學(xué)科綜合

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1 引言

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育中逐漸形成的實現(xiàn)個人價值和社會價值所必備的品格和關(guān)鍵能力，主要表現(xiàn)為物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，這也是我們現(xiàn)階段教學(xué)目標(biāo)的指向。

跨學(xué)科綜合的物理打破了單一封閉的學(xué)科觀念，它不但強(qiáng)調(diào)了物理學(xué)科能力的重要性，同時也強(qiáng)調(diào)了跨學(xué)科的綜合能力的重要性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力和創(chuàng)造力。

本文從新課改倡導(dǎo)的促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展出發(fā)，以具體學(xué)科之間相互融合的視角對“浮力”這一實驗課程的教學(xué)進(jìn)行分析與改進(jìn)，以期幫助學(xué)生提高物理學(xué)科的核心素養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力。

2 借助跨學(xué)科知識，提高核心素養(yǎng)

2.1 借助生活經(jīng)驗和情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，明確物理觀念

物理觀念是指從物理角度形成關(guān)于事物的基本認(rèn)知，是以物理方式解釋解決自然現(xiàn)象和實際問題的前提。利用生活中的簡單模型，更容易引起學(xué)生主動觀察與思考，將簡單的環(huán)節(jié)交給學(xué)生，讓學(xué)生產(chǎn)生“我能做得更好”的想法，激發(fā)他們求知的欲望。力具有一定的抽象性，力的方向的不可視，在探究浮力的方向和定義時，借助貼近生活的小實驗，將浮力的方向可視化，如圖1，幫助學(xué)生建立深刻形象的物理概念。取石塊和乒乓球固定在細(xì)長紅線的兩端，放入燒杯加清水至乒乓球浮起來并浸沒在水中，引導(dǎo)學(xué)生觀察細(xì)線方向，墊高燒杯一側(cè)，觀察細(xì)紅線的方向變化，引導(dǎo)學(xué)生得出物體所受浮力的方向是豎直向上的。在這一實驗中教師提供簡單的演示實驗，更多的是讓學(xué)生聯(lián)系生活中的所見所聞來對老師的實驗進(jìn)行補(bǔ)充和完善，從而深化學(xué)生對這一概念的理解，教學(xué)相長，教師在幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺的同時，也收獲了很多教學(xué)設(shè)計的新思路。

2.2 借助跨學(xué)科教具，培養(yǎng)科學(xué)思維能力

科學(xué)思維是指從物理角度觀察分析和認(rèn)識客觀事物本質(zhì)的屬性和內(nèi)在規(guī)律的方式，是一種基于客觀經(jīng)驗構(gòu)建理想模型的抽象概括的過程。

在探究“物體的沉浮條件”時，借助一些跨學(xué)科教具，巧用化學(xué)裝置來開發(fā)具有創(chuàng)新意義的物理實驗，培養(yǎng)學(xué)生透過現(xiàn)象把握科學(xué)本質(zhì)的能力即科學(xué)思維的能力。向?qū)W生拋出問題，為什么氫氣球可以漂浮在空中并不斷上升？教師組織學(xué)生進(jìn)行自主的小組合作實驗，如圖2所示，活用化學(xué)知識解釋物理原理。實驗器材：啟普發(fā)生器，肥皂水，稀硫酸，鋅粒。實驗原理：利用化學(xué)的方法制取氫氣吹泡泡，引導(dǎo)學(xué)生觀察泡泡的運動方向，進(jìn)而歸納出氫氣球上浮的原因是往氫氣球中注入比空氣密度小的氫氣，使得氫氣球上升。這樣做不但加強(qiáng)了學(xué)科之間知識的連貫性，也同時增加學(xué)習(xí)理科的趣味性。

在探究物體的沉浮條件時，教師要明確學(xué)生已有的錯誤的某些前概念例如“輕者浮，重者沉”或者“浮物浮力大，沉物浮力小”等，教師要嘗試?yán)醚菔拘嶒?，糾正學(xué)生的錯誤的觀念。在這里最好是使用直觀的數(shù)據(jù)顯示浮力大小的定量變化以達(dá)到更好的教學(xué)效果，例如應(yīng)用DIY技術(shù)，傳感器能連續(xù)地記錄并顯示數(shù)據(jù)的變化，給學(xué)生以更直觀的實驗體驗。

2.3 創(chuàng)設(shè)問題情境，尊重學(xué)生猜想，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

科學(xué)探究是指能用所學(xué)的物理知識解釋自然現(xiàn)象與解決實際問題，即了解抽象的物理概念和規(guī)律，并能用這些概念解釋和描繪自然現(xiàn)象。在實驗探究環(huán)節(jié)，以顯著的演示實驗效果構(gòu)建問題鏈引導(dǎo)學(xué)生對實驗現(xiàn)象進(jìn)行猜想假設(shè)，同時尊重并且?guī)ьI(lǐng)學(xué)生驗證她們的每一個猜想，增強(qiáng)她們的實驗探究能力。

在探究浮力大小與什么因素有關(guān)時，讓學(xué)生感受將乒乓球和籃球壓入水中后兩只手的不同，學(xué)生猜想浮力大小可能與物體體積有關(guān)，這時候再讓學(xué)生將大小不同的兩個空塑料瓶同時壓入水中，一只手上的大瓶子沒入水的部分比另一只手的小瓶子少，提問學(xué)生哪只手感受的浮力大，學(xué)生得出小瓶子感受的浮力大，從而猜想物體所受浮力大小與物體體積無關(guān)，而可能與物體浸沒在液體中的體積有關(guān)。

再次創(chuàng)造情境，將雞蛋放入裝有清水的燒杯中，觀察雞蛋沉入水底，引導(dǎo)學(xué)生分析雞蛋的受力情況，得出物體所受浮力的大小還與重力有關(guān)，與以往的直接注入鹽水不斷攪拌不同，通過往燒杯中注入飽和的鹽水以達(dá)到更快改變清水密度的目的，引導(dǎo)學(xué)生觀察雞蛋緩慢上浮的現(xiàn)象，提出問題引導(dǎo)學(xué)生猜想影響物體的沉浮的因素還包括所浸沒的液體的密度。

探究學(xué)生對于物體浸在液體中的深度對物體浮力大小的影響的猜想，引導(dǎo)學(xué)生用已有的器材資源進(jìn)行實驗設(shè)計和分組實驗，這里要提問學(xué)生讓他們意識到設(shè)計實驗時控制變量的關(guān)鍵。由學(xué)生提出將石塊浸沒在水中不同的幾個深度并記錄其所受浮力的大小變化，驗證得知深度對于物體所受浮力大小無影響。

在整個探究過程中充分的尊重學(xué)生的猜想，做到驗證她們的每個猜想，讓他們感受到意見被證實的成就感或者感受當(dāng)不合理的猜想被推翻時的茅塞頓開，培養(yǎng)她們尊重實驗事實的習(xí)慣，面對一些容易混淆的概念，做一些與常識有沖突的實驗，有利于培養(yǎng)她們透過事物的表面屬性思考問題的本質(zhì)應(yīng)用科學(xué)的研究方法解決實際問題的能力。

2.4 借助跨學(xué)科情境，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通常表示學(xué)生的科學(xué)精神，批判性思維，創(chuàng)新意識，合作精神，實踐能力和社會責(zé)任感等的發(fā)展。

在浮力這一章節(jié)的實驗中，從認(rèn)識浮力到應(yīng)用浮力解決生活實際問題，每一步的實驗探究設(shè)計都需要通過實例來鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際解決生活問題的能力，在實驗中不妨也加入一些名人史學(xué)研究經(jīng)歷，以期能讓學(xué)生在感受他們孜孜不倦的科學(xué)探究精神的同時，借鑒他們的研究方法和應(yīng)用物理知識解決生活難題的智慧。鼓勵他們養(yǎng)成勤于思考的習(xí)慣。例如阿基米德利用物體浸沒水中排開液體的體積來測量皇冠是否為純金的故事，阿基米德利用觀察到的生活中洗澡時排開水的現(xiàn)象產(chǎn)生了一系列猜想并通過排水法巧妙地解決了國王拋出的難題，同時也誕生了阿基米德原理，學(xué)生在應(yīng)用阿基米德原理時想到的不再只是一串簡單的公式和食之無味的實驗數(shù)據(jù)，而是一幅生動的歷史圖景，增加了學(xué)習(xí)物理的趣味性，能促進(jìn)學(xué)生加強(qiáng)生活常識與物理知識點之間的聯(lián)系。

3 結(jié)論

實驗教學(xué)是物理學(xué)科教學(xué)最重要且最有趣的環(huán)節(jié)之一，也可以說是最具有物理學(xué)科特色的環(huán)節(jié)，新課標(biāo)中更是有要求物理教學(xué)的開展要做到“從生活走向物理，從物理走向社會”。實驗教學(xué)的自然實驗就能輕而易舉地穿插其中。本文對于“浮力”各個教學(xué)環(huán)節(jié)的改進(jìn)主要圍繞“生活實驗”和學(xué)科融合展開，堅持“以人為本”“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”的教學(xué)觀，利用一些跨學(xué)科工具和生活情境，設(shè)計問題情境，幫助學(xué)生深刻認(rèn)識浮力的定義，探究浮力大小的影響因素的本質(zhì)，使學(xué)生注意到生活中的一些看似不經(jīng)意的沉浮現(xiàn)象，并能用所學(xué)知識揭示現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。在訓(xùn)練學(xué)生在應(yīng)用知識解決生活的實際問題這一塊的能力的同時，鍛煉她們的語言表達(dá)能力，形成良好的道德品質(zhì)與心理素質(zhì)，提高她們的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的同時，兼顧各個學(xué)科之間的融合，打破以往的單一的知識應(yīng)用的教學(xué)習(xí)慣，加強(qiáng)相關(guān)學(xué)科之間的聯(lián)系和互動。

參考文獻(xiàn)

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Improvement of Physics Experiment Teaching Based on Core Literacy

—Taking Buoyancy Teaching as an Example

Liao Xiaoting Li Qiyun

Hunan University of Technology， Yueyang

Abstract： Starting from the four aspects of core literacy： physics concepts， scientific thinking， scientific exploration， scientific attitude and responsibility， this paper improves and analyzes the application of “buoyancy” in several teaching stages of the experimental course in? terms of subject integration， in order to improve the teaching effect of the experimental course and enhance the core literacy of students in the subject.

Key words： Buoyancy; Core competencies; Interdisciplinary integration