核心素養(yǎng)視角下初中物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的實(shí)施策略

徐磊

(泰州市野徐初級中學(xué)，江蘇 泰州 225300)

0 引言

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）中提出物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括“物理觀念”、“科學(xué)思維”、“科學(xué)探究”和“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”?！皩?shí)驗(yàn)探究”是“科學(xué)探究”素養(yǎng)的有機(jī)組成部分，對應(yīng)著學(xué)生借助物理實(shí)驗(yàn)解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)探究要求開展嚴(yán)密的計(jì)劃與操作，從具體現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)不變規(guī)律，集中體現(xiàn)了物理課程的科學(xué)性，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵途徑。本文擬結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，探討如何在核心素養(yǎng)視角下開展初中物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)。

1 初中物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的現(xiàn)狀思考

實(shí)驗(yàn)法是重要的科學(xué)探究方式，在初中物理教學(xué)中具有舉足輕重的地位。[1]通過參與實(shí)驗(yàn)活動，學(xué)生將親歷提出問題、獲取證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)結(jié)論等過程，進(jìn)而發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)。但是，目前教師在開展實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)時，大多僅將其視為驗(yàn)證知識的途徑，強(qiáng)調(diào)通過實(shí)驗(yàn)活動加深學(xué)生對結(jié)論的印象，但是實(shí)驗(yàn)探究過程的價值則受到忽略。在部分實(shí)驗(yàn)課堂中，雖然學(xué)生全程參與了實(shí)驗(yàn)操作，但是學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性沒有得到調(diào)動，在實(shí)踐中只是被動地完成教師的要求。這樣的實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)以知識為導(dǎo)向，未體現(xiàn)出探究的精髓，不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)后，僅僅掌握了結(jié)論和具體實(shí)驗(yàn)的操作方式，但是對實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)原理沒有認(rèn)識。而且，學(xué)生獲得的經(jīng)驗(yàn)無法遷移運(yùn)用在其他實(shí)驗(yàn)中。教師要將實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的重心從“知識導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變?yōu)椤八仞B(yǎng)導(dǎo)向”，從實(shí)驗(yàn)探究過程中發(fā)掘豐富的學(xué)習(xí)空間，讓學(xué)生通過開展實(shí)驗(yàn)發(fā)展核心素養(yǎng)。

2 核心素養(yǎng)下開展初中物理實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)的案例分析

核心素養(yǎng)的發(fā)展是學(xué)生持續(xù)積累和內(nèi)化經(jīng)驗(yàn)的過程，如果教師每次實(shí)驗(yàn)探究活動中滲透核心素養(yǎng)，學(xué)生便可不斷提升探究能力。以下結(jié)合蘇科版九年級教材中的“探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，說明具體教學(xué)策略。

2.1 教材與學(xué)情分析

“探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)是蘇科版九年級物理第十四章《歐姆定律》中的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)本節(jié)課程之前，學(xué)生已了解本實(shí)驗(yàn)中的四個核心概念：導(dǎo)體、電流、電壓、電阻，并且接觸過本實(shí)驗(yàn)中要使用的器材，具備基本的操作經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生通過參與探究串并聯(lián)電路電壓特點(diǎn)、參與改變電流大小等活動，初步掌握了有關(guān)電路圖的知識。但是，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的理解能力不強(qiáng)，基于實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)不足，對實(shí)驗(yàn)信息的收集、處理能力也有待提高。在這樣的學(xué)情基礎(chǔ)之下，要完成一個全新的實(shí)驗(yàn)探究活動，仍具備一定難度。教師要針對學(xué)情施教，引導(dǎo)學(xué)生自主思考探究方法，將既有經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用于本次探究中，并通過探究實(shí)踐升華經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展核心素養(yǎng)。

2.2 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

教師對實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)目標(biāo)的把握，對教學(xué)效果有直接的影響。結(jié)合教材的特征，可設(shè)計(jì)如下的教學(xué)目標(biāo)：（1）知道導(dǎo)體中電流與電壓、電阻的定量關(guān)系，并了解如何通過控制變量法，研究一個量隨兩個量變化的定量關(guān)系；（2）能夠用電壓表、電流表、電阻等器材組裝電路，測量一段導(dǎo)體的電壓與電流，獲取和記錄不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；（3）積極參與交流討論、合作探究、評估反思，形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。在以上教學(xué)目標(biāo)體系中，融入了“科學(xué)探究”的核心素養(yǎng)，可以幫助教師更好地把握教學(xué)重心。

2.3 教學(xué)策略

“探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，就是初中物理電學(xué)模塊中重要的科學(xué)定律——?dú)W姆定律。在核心素養(yǎng)視角下，開展本次結(jié)論的重點(diǎn)不在于要驗(yàn)證歐姆定律，而是要以本實(shí)驗(yàn)提升學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究方面的綜合能力。教師要從實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)出發(fā)，搭建支持學(xué)生發(fā)展的支架，可開展如下教學(xué)活動。

2.3.1 提出問題，展開科學(xué)猜想

疑問是探究的動力，有了疑問才會產(chǎn)生以實(shí)驗(yàn)求知的必要性。教師可以將新課與舊知關(guān)聯(lián)起來，基于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”提問，調(diào)動學(xué)生的認(rèn)知沖突。在本次實(shí)驗(yàn)課中，教師提問：“在調(diào)光燈電路中，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，那么應(yīng)如何選擇這個電阻？”對于本問題，僅僅憑借學(xué)生已有的知識無法解答。學(xué)生在思考過程中，會發(fā)現(xiàn)必須了解電流與電壓、電阻之間的關(guān)系，才能解開疑難。當(dāng)學(xué)生的思維走上新的路徑時，教師便可以提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)，鼓勵學(xué)生通過設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以上物理量之間的關(guān)系。

在提出問題之后，則要開展猜想活動。教師針對實(shí)驗(yàn)任務(wù)鼓勵學(xué)生猜想，并要求學(xué)生說明自己基于何種經(jīng)驗(yàn)或推理作出猜想。在開展本次實(shí)驗(yàn)課時，許多學(xué)生提出在串聯(lián)電路中可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)電壓越大時燈泡也越亮，因此可推測電壓和電流同步增大、同步減小，因此猜想電壓與電流成正比或電壓與電流的平方成正比。教師則將學(xué)生提出的猜想記錄在教學(xué)板中，以備后期對比檢驗(yàn)?？茖W(xué)猜想是有價值的思維訓(xùn)練活動，能夠讓學(xué)生在開展實(shí)驗(yàn)探究時更為積極地思考。

2.3.2 思考方法，明確實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)是講求方法的活動，其中融入了不變的科學(xué)探究原理。只有基于科學(xué)探究原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，才能夠保障實(shí)驗(yàn)結(jié)論的有效性。在開展“探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時，教師提出問題：“在開展這個實(shí)驗(yàn)時，要測量哪些物理量？”引導(dǎo)學(xué)生厘清實(shí)驗(yàn)中具體的物理量及相互關(guān)系。其次，教師再次提問：“怎樣才能確定哪些因素沒有影響，哪些因素有影響以及怎樣影響？”對于探究三變量之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生此前已有一定經(jīng)驗(yàn)，因此提出可開展兩步實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)時只變動一個因素，其他因素保持不變，然后記錄其他兩個量和變動量之間的關(guān)系。當(dāng)學(xué)生回答后，教師提出“控制變量法”的概念，讓學(xué)生系統(tǒng)性地了解這種實(shí)驗(yàn)探究方法。通過這種方式，學(xué)生明確了實(shí)驗(yàn)原理，觸及了實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)，能夠在自身思維的牽引之下開展實(shí)驗(yàn)探究。[2]

2.3.3 制訂方案，畫出實(shí)驗(yàn)電路

在經(jīng)過科學(xué)猜想和對方法的思考后，實(shí)質(zhì)上已經(jīng)有了實(shí)驗(yàn)方案的雛形。教師通過師生共同交流的方式，完成對實(shí)驗(yàn)方案的制訂。教師引導(dǎo)學(xué)生用口頭表達(dá)的方式說明實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、猜想、材料和步驟，然后將完整的實(shí)驗(yàn)方案用多媒體展示出來。在實(shí)驗(yàn)方案中包含實(shí)驗(yàn)電路，電路的精確性對實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果至關(guān)重要，畫實(shí)驗(yàn)電路也是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵途徑。因此，教師將畫實(shí)驗(yàn)電路的任務(wù)，交給學(xué)生自己去完成 教師針對易錯點(diǎn)進(jìn)行講解，和學(xué)生一起討論本實(shí)驗(yàn)的電路圖中應(yīng)當(dāng)包含哪些要素。然后讓學(xué)生在草稿紙上畫，再讓一名學(xué)生在教學(xué)板上展示實(shí)驗(yàn)電路，并共同分析。本實(shí)驗(yàn)中用到的電路圖具體如圖1 所示。

圖1 電路表

2.4 開展探究，親歷實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)探究是實(shí)際展開操作的環(huán)節(jié)，其目標(biāo)在于獲取和處理信息，分析各變量之間的關(guān)系，進(jìn)而形成結(jié)論。實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)親歷性，即要讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體，真正動手操作和動腦思考，體驗(yàn)探究的全過程。

2.4.1 合作實(shí)驗(yàn)，獲取信息

實(shí)驗(yàn)探究對學(xué)生的綜合能力有很高的要求，學(xué)生既要具備動手能力，又要具備清晰的思維。因此，可以小組合作的方式開展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在四至五人的小組內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)、獲取信息。小組合作可以起到同伴互助的作用，學(xué)生之間可以在方法上相互提示，并讓操作中的錯誤得到及時發(fā)現(xiàn)。在學(xué)生動手開展實(shí)驗(yàn)之前，教師運(yùn)用多媒體展示本實(shí)驗(yàn)的流程圖，以此引導(dǎo)學(xué)生有條不紊地開展實(shí)驗(yàn)。不過，電學(xué)實(shí)驗(yàn)中要注意的細(xì)節(jié)繁多。因此，當(dāng)學(xué)生在自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，教師在不同的小組間巡視，幫助學(xué)生解決個別化問題，提示學(xué)生注意一些操作事項(xiàng)，如留意電路中的正負(fù)極、使用正確的電壓表接入按鈕等等。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中進(jìn)行觀察，然后獲取信息，將觀察到的數(shù)據(jù)填入表格。

2.4.2 分析論證，處理信息

實(shí)驗(yàn)操作是獲取信息的過程，但是信息本身并代表實(shí)驗(yàn)結(jié)論，要對信息進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理，從中提煉變量之間的關(guān)系，才能獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在“探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，教師讓學(xué)生報告實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如一個小組實(shí)驗(yàn)第一步驟中使用R=5Ω定值電阻，分別獲取了三組數(shù)據(jù)：U=1V，I=0.2A；U=1.5V，I=0.3A；U=2V，I=0.4A。在第二步驟中將電壓定為1.5V，分別獲取了三組數(shù)據(jù)：R=5Ω，I=0.3A；R=10Ω，I=0.15A；R=15Ω，A=0.1。教師用投影儀展示三份學(xué)生實(shí)驗(yàn)報告，然后和學(xué)生一起分析數(shù)據(jù)，獲得結(jié)論：導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，與導(dǎo)體的電阻成反比。在用文字表述實(shí)驗(yàn)結(jié)論后，教師使用Excel 表格處理當(dāng)R=5Ω條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用一個函數(shù)圖像來表示U、I、R 之間的關(guān)系，進(jìn)而以圖像形式表征實(shí)驗(yàn)結(jié)論。用圖像展示結(jié)論后，便完成了猜想、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、分析論證的全部探究環(huán)節(jié)。此時，教師再用一個PPT 頁面，介紹本次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的變量關(guān)系便是歐姆定律。學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，了解了相互關(guān)聯(lián)的各流程，不僅掌握了學(xué)科知識本身，而且提升了探究能力。

2.5 交流評估，培養(yǎng)反思能力

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后開展交流評估，可以為學(xué)生提供回望實(shí)驗(yàn)過程的機(jī)會，培養(yǎng)學(xué)生的反思能力。雖然成功地完成了實(shí)驗(yàn)，但是學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時大多遇到過一些問題。在交流評估環(huán)節(jié)中，教師鼓勵學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)中遇到的問題并分析原因，以此共享探究經(jīng)驗(yàn)。如有的學(xué)生沒有調(diào)節(jié)滑動變阻器保證電壓表示數(shù)不變，記錄了發(fā)生變化的電壓值，導(dǎo)致對變量關(guān)系的判斷失誤；有的實(shí)驗(yàn)小組發(fā)現(xiàn)在開頭閉合前，電流表的指針發(fā)生反偏。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)原因在于電流表未調(diào)零。學(xué)生的集體交流，讓實(shí)驗(yàn)操作中的錯誤更容易被發(fā)現(xiàn)。師生共同分析差異的來源，認(rèn)為可能是源于材料的出廠規(guī)格差異或測量儀的讀數(shù)誤差。通過充分討論實(shí)驗(yàn)中的問題，有助于學(xué)生留意電路實(shí)驗(yàn)中的誤區(qū)，并形成更加縝密的科學(xué)思維。學(xué)生可從交流評估環(huán)節(jié)中討論的內(nèi)容中提煉要點(diǎn)，加入實(shí)驗(yàn)報告中。

3 教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)反思

教學(xué)實(shí)踐經(jīng)歷對教師而言是寶貴的教研資源，可從中提煉教學(xué)注意事項(xiàng)?；仡櫤头此肌疤骄客ㄟ^導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，可以從中總結(jié)以實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

3.1 促進(jìn)學(xué)生主動開展探究

核心素養(yǎng)視角下的實(shí)驗(yàn)探究課中，應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生成為課堂的主人，促進(jìn)學(xué)生主動開展探究。[3]教師要調(diào)動“學(xué)”的能動性，讓學(xué)生自主進(jìn)行計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)、記錄、分析與反思。因此，教師一方面要注重“激發(fā)興趣”，讓學(xué)生在求知欲的牽引下主動參與探究。

3.2 培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)器材操作能力

使用實(shí)驗(yàn)器材完成實(shí)驗(yàn)操作，是一項(xiàng)重要的核心素養(yǎng)，在很大程度上能夠說明學(xué)生探究能力的高低。合理使用實(shí)驗(yàn)器材不僅僅是細(xì)節(jié)上的問題，而且還與學(xué)生對物理知識的掌握程度有關(guān)。在開展實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)時，教師要充分利用實(shí)驗(yàn)操作中的各個環(huán)節(jié)，讓學(xué)生正確掌握實(shí)驗(yàn)器材的操作方法。[4]

3.3 以實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維

物理實(shí)驗(yàn)是以科學(xué)思維為基礎(chǔ)的，思維的有效性保障了實(shí)驗(yàn)本身的有效性。因此，教師在開展實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)時，不僅停留于讓學(xué)生學(xué)會操作具體的實(shí)驗(yàn)，更要以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過程中應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會如何分析問題和解決問題，在實(shí)驗(yàn)猜想、數(shù)據(jù)分析等方面形成個性化的感悟。只有當(dāng)學(xué)生理解物理實(shí)驗(yàn)中包含的思想和方法時，核心素養(yǎng)才會得到提升。