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

任振穎 張東林

摘? ?要：在物理課堂中，普遍存在看實(shí)驗(yàn)、講實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象;對(duì)知識(shí)的強(qiáng)化記憶，習(xí)題訓(xùn)練，使得學(xué)生在遇到新情境時(shí)顯得茫然無(wú)措，找不到方法，解決不了問(wèn)題。為了學(xué)生的發(fā)展，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標(biāo)是教育改革的必然。義務(wù)教育物理課程是一門(mén)注重實(shí)驗(yàn)的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，是落實(shí)物理課程目標(biāo)，全面提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。對(duì)此，在物理課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中做了一些初步的探索和嘗試。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué);探索實(shí)踐;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）6-0011-5

1? ? 引? 言

物理核心素養(yǎng)主要由“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(gè)方面構(gòu)成，而“科學(xué)思維”是核心素養(yǎng)的靈魂。如何培養(yǎng)和提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的思維，是每個(gè)教師必須關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)這幾年不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，是落實(shí)物理課程目標(biāo)，全面提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。在教學(xué)中我們應(yīng)該充分挖掘、開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)課程資源，創(chuàng)造性地開(kāi)展教學(xué)，“真做實(shí)驗(yàn)，做真實(shí)驗(yàn)”，讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究方法，提高分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

通過(guò)大量聽(tīng)評(píng)課后發(fā)現(xiàn)，大部分教師在教學(xué)中落實(shí)核心素養(yǎng)存在“兩張皮”的現(xiàn)象，總是緊緊圍繞知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。在物理課堂中看實(shí)驗(yàn)，講實(shí)驗(yàn)，把重點(diǎn)放在了讓學(xué)生如何“記住”，“落實(shí)”核心素養(yǎng)變成了反復(fù)的習(xí)題訓(xùn)練。這樣的教學(xué)雖是在傳授知識(shí)，總結(jié)解題技巧，但卻是對(duì)學(xué)生思維能力最大的扼殺。其結(jié)果是，當(dāng)學(xué)生遇到新情境時(shí)，往往顯得茫然無(wú)措。如何在教學(xué)中滲透、落實(shí)核心素養(yǎng)仍是難點(diǎn)，過(guò)去的教學(xué)模式難以改變。筆者認(rèn)為，在一節(jié)課的設(shè)計(jì)之初就要把培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)作為物理教學(xué)的重要目標(biāo)，把“以知識(shí)為主”轉(zhuǎn)變成“以知識(shí)為線索”，通過(guò)實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生建立概念，尋找規(guī)律，提高能力，發(fā)展思維。并且，要組織部分教師同課共備，從培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)出發(fā)去設(shè)計(jì)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。本文以“焦耳定律”為例，在挖掘?qū)嶒?yàn)功能培養(yǎng)學(xué)生思維方面做了一些探索和嘗試，從以下四個(gè)方面談一談如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，點(diǎn)亮學(xué)生思維的星星之火。

2? ? 有效提升學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐探索

首先，本節(jié)課的設(shè)計(jì)始終圍繞學(xué)生，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生感受、觀察、體驗(yàn)、探究、合作、交流、評(píng)估、創(chuàng)新，使其學(xué)科核心素養(yǎng)得到發(fā)展。

核心目標(biāo)：促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

授課教師：教學(xué)設(shè)計(jì)—說(shuō)課—針對(duì)設(shè)計(jì)修改—微格展示—針對(duì)具體環(huán)節(jié)修改—試講—針對(duì)學(xué)生反應(yīng)教學(xué)改進(jìn)—正式講—反思—整體改進(jìn)。

共備組成員：課題規(guī)劃—建立團(tuán)隊(duì)—學(xué)情調(diào)查—教學(xué)診斷—研討規(guī)劃教學(xué)目標(biāo)—個(gè)性化設(shè)計(jì)教學(xué)—試講—學(xué)生調(diào)研—研討教學(xué)改進(jìn)—正式講—學(xué)生調(diào)研—主講教師/聽(tīng)課教師訪談—專家點(diǎn)評(píng)—反思—總結(jié)交流，所有教師都能有所感悟，共同進(jìn)步。

2.1? ? 開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)功能，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)

教師熟悉三維目標(biāo)，但是在教學(xué)中往往重視“知識(shí)與技能”目標(biāo)，而對(duì)“過(guò)程與方法”和“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”的目標(biāo)沒(méi)有落在實(shí)處。在一節(jié)課的備課環(huán)節(jié)，可以圍繞三維目標(biāo)落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。要充分挖掘能夠培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，力爭(zhēng)創(chuàng)造條件為學(xué)生的思維發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)。從物理核心素養(yǎng)的角度出發(fā)，針對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行的教學(xué)設(shè)計(jì)如圖1所示。

在這個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)功能，

展現(xiàn)精彩、有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為學(xué)生思維提供感性認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生興趣。分組實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)過(guò)程，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、思辨、創(chuàng)新的能力。拓展應(yīng)用，緊密聯(lián)系學(xué)生日常，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力，同時(shí)感悟?qū)W習(xí)物理既有趣又有用。

2.2? ? 利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，構(gòu)建物理模型，發(fā)展抽象思維

初始設(shè)計(jì)的引課環(huán)節(jié)，如表1所示。

首先，教師在引課設(shè)計(jì)上注重創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，也與后面的內(nèi)容銜接，但實(shí)驗(yàn)器材的出現(xiàn)比較突兀，也忽視了在這一環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)更多的功能。這個(gè)器材的設(shè)計(jì)本身就是一種模型的利用，可卻沒(méi)有在合適的機(jī)會(huì)使學(xué)生感受模型建立的過(guò)程和物理模型在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中的重要作用。

物理學(xué)中很多概念和規(guī)律都是從實(shí)際生活中總結(jié)、簡(jiǎn)化、抽象出來(lái)的，在課堂上利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)生活中學(xué)生熟悉且與物理概念和規(guī)律相關(guān)的生活情境，學(xué)生有目的地審視生活中的情境，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步將生活情境簡(jiǎn)化、抽象，構(gòu)建出物理模型，進(jìn)而逐步建立物理概念和規(guī)律。引課環(huán)節(jié)的改變讓學(xué)生體會(huì)了利用模型可以解釋所觀察的現(xiàn)象或事實(shí)，有利于發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象與物理規(guī)律。模型建構(gòu)是科學(xué)思維的要素之一，發(fā)展學(xué)生模型建構(gòu)的思維能力是發(fā)展學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一個(gè)重要方面。

2.3? ? 經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)建的原始過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生探索、分析、推理能力

在實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，學(xué)生經(jīng)過(guò)一年半物理的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案已經(jīng)不是難點(diǎn)，對(duì)于控制變量法，學(xué)生已經(jīng)比較熟練地掌握，能夠正確判斷自變量、控制變量及因變量。本實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于學(xué)生對(duì)“如何觀察或測(cè)量電流產(chǎn)生熱量的多少”的理解，這也是實(shí)驗(yàn)探究的關(guān)鍵點(diǎn)，所以把重點(diǎn)和難點(diǎn)落在實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)建過(guò)程。在教學(xué)中，大多數(shù)教師的處理方式都是直接呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)器材，為學(xué)生講解如何使用。這樣做的結(jié)果是，教師講得很清楚，學(xué)生卻很懵懂，對(duì)焦耳定律的實(shí)驗(yàn)原理仍然不清晰，思維混亂。所以，讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)建過(guò)程，就可以讓學(xué)生從旁觀者變成探索者，深入了解焦耳定律得出的全過(guò)程，而且這個(gè)環(huán)節(jié)也可以很好地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維：發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—展開(kāi)思維—評(píng)估交流—迸發(fā)思維—解決問(wèn)題—提升思維，教師做了如下嘗試：（真實(shí)課堂情境）

教師提問(wèn)：如何觀察、比較或測(cè)量電流產(chǎn)生熱量的多少？

生：用溫度計(jì)測(cè)量。

師：如何測(cè)？（引導(dǎo)學(xué)生觀察引課時(shí)的實(shí)驗(yàn)器材，如圖2所示）。

生：直接用溫度計(jì)接觸導(dǎo)體。

生：不可以，溫度計(jì)在測(cè)量溫度時(shí)液泡要完全浸在被測(cè)物體中。

生：把電阻絲纏在液泡上。

生：液泡會(huì)不會(huì)炸？

生：溫度計(jì)測(cè)的是溫度，不是熱量。

……

討論陷入僵局。

教師引導(dǎo)：當(dāng)我們遇到不容易直接觀察或測(cè)量的物理量時(shí)，可以怎么處理？請(qǐng)大家交流、討論。

生：轉(zhuǎn)化法，轉(zhuǎn)化成容易直接觀察或測(cè)量的物理量。

生：第一個(gè)轉(zhuǎn)化，把測(cè)量電阻絲的Q 轉(zhuǎn)化為測(cè)量電阻絲周圍空氣的Q 。第二個(gè)轉(zhuǎn)化， Q=cmΔt，當(dāng)c、m一定時(shí)，Q與Δt成正比，把測(cè)量熱量轉(zhuǎn)化為測(cè)量溫度。

教師此時(shí)進(jìn)行激勵(lì)性評(píng)價(jià)，肯定學(xué)生們的各種提案，此時(shí)也是學(xué)生思維迸發(fā)的高潮，學(xué)生暢所欲言，通過(guò)討論相互激發(fā)靈感，即啟發(fā)學(xué)生思維的過(guò)程。

師：把溫度計(jì)放在哪兒測(cè)好呢？

生：放在導(dǎo)體附近，越近越好。

生：那也不行，有熱損耗。

師（啟發(fā)）：我們轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵是什么？

生：Q 要等于Q。

生：把被測(cè)量的空氣與周圍的空氣分離開(kāi)，只測(cè)附近的。

生：空氣流動(dòng)性強(qiáng)，散熱快?？梢园呀饘俳z放在水中，就像熱得快，測(cè)量電阻絲周圍水的溫度。

生：再把它們隔絕起來(lái)，加保溫的東西。

實(shí)驗(yàn)器材的模型呼之欲出，如圖3所示。至此，學(xué)生能夠充分明白這個(gè)奇怪實(shí)驗(yàn)器材的來(lái)龍去脈。這個(gè)過(guò)程雖然耗費(fèi)時(shí)間，但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，這個(gè)過(guò)程是學(xué)生最投入、思維最活躍的過(guò)程，參與度很高，點(diǎn)亮了學(xué)生的思維。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)也加深了理解，也應(yīng)該是這節(jié)課最有意義的環(huán)節(jié)。課程標(biāo)準(zhǔn)指出，科學(xué)探究旨在讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行相似的探究過(guò)程，主動(dòng)獲取物理知識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗(yàn)科學(xué)探究樂(lè)趣，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

2.4? ? 通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)估，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思辨、創(chuàng)新能力

本節(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師通過(guò)自制教具，把演示實(shí)驗(yàn)改成了分組實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生創(chuàng)造了動(dòng)手、動(dòng)腦的機(jī)會(huì)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生能關(guān)注探究活動(dòng)中出現(xiàn)的新問(wèn)題;有吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的意識(shí);并有嘗試改進(jìn)探究方案的愿望。學(xué)生自動(dòng)分組討論，收集并展示實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：

（1）加熱空氣的實(shí)驗(yàn)中，環(huán)境溫度、溫度計(jì)玻璃泡與電阻絲距離、電阻絲的疏密程度都可能會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。

（2）溫度變化慢，加熱時(shí)間有些長(zhǎng)。

（3）如果液體或氣體過(guò)多時(shí)，可能會(huì)有溫差。

（4）熱損失的問(wèn)題。

（5）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不好，誤差較大。

基于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，嘗試解決兩個(gè)問(wèn)題：一是對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn);二是對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的改進(jìn)。

（1）實(shí)驗(yàn)中不能用手觸碰容器。

（2）可以給瓶子弄個(gè)隔熱層。

（3）盡量減少被測(cè)氣體或液體，可換小瓶子。

（4）瓶子溫度較低及瓶口封的不嚴(yán)，可以用科學(xué)課的膠槍封住瓶口。

（5）讀數(shù)時(shí)盡量做到同時(shí)。

（6）更換測(cè)量液體反復(fù)實(shí)驗(yàn)，改變熱量多少的呈現(xiàn)方式（有學(xué)生提到杯子遇到熱水變色）。

課后，教師帶領(lǐng)科學(xué)活動(dòng)小組學(xué)生落實(shí)改進(jìn)措施，進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)后，數(shù)據(jù)圖像對(duì)比如圖4所示。

在實(shí)驗(yàn)不斷改進(jìn)的過(guò)程中，學(xué)生既能體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程的艱辛，也能體會(huì)到成功的喜悅。在評(píng)估環(huán)節(jié)中，可能很多學(xué)生的想法不著邊際，但什么能比學(xué)生大膽質(zhì)疑，不斷創(chuàng)新，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見(jiàn)解更可貴的。學(xué)生們能想、敢想，積極參與，充滿學(xué)習(xí)熱情就是最大的收獲。同時(shí)，在這個(gè)過(guò)程中教師應(yīng)該用激勵(lì)性評(píng)價(jià)，即激發(fā)學(xué)生的探索熱情，使學(xué)生圍繞所需完成的任務(wù)不斷思考、探索、實(shí)驗(yàn)、改進(jìn)、創(chuàng)新，形成一股持續(xù)的鉆研精神——正是這節(jié)課的可貴之處。

3? ? 結(jié)? 語(yǔ)

通過(guò)這節(jié)課的實(shí)踐，深刻體會(huì)到，教師應(yīng)該逐步實(shí)現(xiàn)從“教物理”向“教探索”轉(zhuǎn)變，最終實(shí)現(xiàn)“支持孩子們自己去探索”。要想讓學(xué)生動(dòng)起來(lái)，首先教師要?jiǎng)悠饋?lái);要想讓學(xué)生創(chuàng)新，首先教師要?jiǎng)?chuàng)新。只要走在教育改革的路上，就應(yīng)該不斷地進(jìn)行探索和實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭玉英，姚建欣，張玉峰.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的物理學(xué)科能力研究[M]. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[3]張玉峰，秦曉文，等.科學(xué)素養(yǎng)領(lǐng)域的教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究與案例[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2019.

[4]秦曉文.基于核心素養(yǎng)的中學(xué)物理教師專業(yè)發(fā)展策略[J].中學(xué)物理， 2019，37（05）：2-5.

[5]彭前程.積極探索基于核心素養(yǎng)理念下的物理教學(xué)[J]. 中學(xué)物理，2016，34（03）：1-2.

[6]張紅明.利用物理課堂教學(xué)進(jìn)行科學(xué)思維培養(yǎng)的實(shí)踐初探[J].物理通報(bào)，2019（10）：50-53.

[7]李建.淺談初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中科學(xué)思維的培養(yǎng)——以“光的直線傳播”教學(xué)為例[J].物理之友，2019，35（09）：15-16.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）