高中物理實(shí)驗(yàn)深度復(fù)習(xí)路徑研究

張嘉弘

浙江省海寧市第一中學(xué)，浙江 嘉興 314400

高中物理實(shí)驗(yàn)是全面反映學(xué)生物理核心素養(yǎng)的主要載體，也是浙江物理選考的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)板塊作為學(xué)生在物理選考中必爭的戰(zhàn)略主陣地，在實(shí)際教學(xué)中投入了大量的精力。但在高三復(fù)習(xí)后階段，很多學(xué)生沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)板塊學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的相應(yīng)要求，即科學(xué)探究素養(yǎng)水平不達(dá)標(biāo)，主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面：第一，學(xué)生在聽講組合型實(shí)驗(yàn)試題的分析中，對不同實(shí)驗(yàn)的組合不能有效區(qū)分和聯(lián)系，缺乏完整的實(shí)驗(yàn)知識體系；第二，無論是學(xué)生間的橫向比較，還是個(gè)別學(xué)生的自我縱向比較，學(xué)生對每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的掌握程度有較大差異，缺乏扎實(shí)的問題解決能力；第三，在平時(shí)單獨(dú)輔導(dǎo)面批時(shí)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的理解和對自己的評估出現(xiàn)偏差，缺乏準(zhǔn)確的自我認(rèn)知。

通過長期的高三教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、對教材的研究以及對師生的采訪調(diào)查，從板塊架構(gòu)、實(shí)際教學(xué)和學(xué)習(xí)評價(jià)三個(gè)層面對此問題分析總結(jié)如下：

首先，是板塊架構(gòu)碎片化。不同版本的物理教材都是以顯性的物理學(xué)知識結(jié)構(gòu)編寫的，而學(xué)生實(shí)驗(yàn)往往穿插于教材各部分，用于輔助物理教學(xué)。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的體系具有一定的隱蔽性，呈現(xiàn)碎片化架構(gòu)，在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中缺少結(jié)構(gòu)化的整合。

其次，是實(shí)際教學(xué)機(jī)械化。高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)教學(xué)過程中，由于教學(xué)時(shí)間緊湊和社會期望壓力，無論是教師還是學(xué)生，往往愿意把時(shí)間花在講題、刷題上，總是以實(shí)驗(yàn)的習(xí)題操練完全代替真實(shí)的體驗(yàn)探索，策略單一，教學(xué)機(jī)械化，使實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)喪失了系統(tǒng)化的導(dǎo)向。

最后，是學(xué)習(xí)評價(jià)片面化。在長期的復(fù)習(xí)過程中，紙筆測試是教師最常用的評價(jià)方式，而評價(jià)的結(jié)果就是測試的分?jǐn)?shù)。學(xué)生依據(jù)這個(gè)表面化的結(jié)果，片面地認(rèn)知學(xué)習(xí)的掌握情況，從而在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中忽視了綜合化的學(xué)習(xí)考量。

1 實(shí)驗(yàn)深度復(fù)習(xí)實(shí)踐路徑

基于以上思考，筆者嘗試以任務(wù)驅(qū)動為教學(xué)方法，設(shè)置“建構(gòu)型”“探究型”和“評價(jià)型”任務(wù)，并通過結(jié)構(gòu)化整合、系統(tǒng)化導(dǎo)向和綜合化考量三個(gè)對應(yīng)的教學(xué)策略，引導(dǎo)并輔助學(xué)生完成具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，最終達(dá)成完善知識體系、豐富實(shí)驗(yàn)思維和升華自我認(rèn)知的對應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)提升科學(xué)探究素養(yǎng)要素水平的高中物理復(fù)習(xí)教學(xué)路徑。為實(shí)踐該教學(xué)路徑，擬定了高中物理實(shí)驗(yàn)深度復(fù)習(xí)路徑的研究框架，如圖1所示。

圖1 任務(wù)驅(qū)動：高中物理實(shí)驗(yàn)深度復(fù)習(xí)路徑研究框架

2 具體實(shí)施的過程和策略

2.1 建構(gòu)型任務(wù)：通過結(jié)構(gòu)化整合，完善知識體系

任何學(xué)科的知識都有其內(nèi)在的結(jié)構(gòu)體系，只有完成對零散知識的整理，才能看到整體的知識體系，領(lǐng)悟其內(nèi)在的知識邏輯。物理實(shí)驗(yàn)也不例外，通過引導(dǎo)學(xué)生整理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)器材，區(qū)分和聯(lián)系實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識與器材，完善高中物理實(shí)驗(yàn)知識的結(jié)構(gòu)性框架。

2.1.1 分類歸納多樣化內(nèi)容

教材是最基本、最重要的復(fù)習(xí)資源，引導(dǎo)學(xué)生回歸教材，將高中階段所有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行歸類?？刹捎孟拗菩裕ㄈ绨础皩W(xué)科領(lǐng)域分類”“學(xué)習(xí)功能分類”等）和非限制性兩種歸類方式，而非限制性的分類必須滿足兩個(gè)基本原則，即“有序有用原則”和“無疑惑無爭議原則”，如圖2所示。例如，按實(shí)驗(yàn)方法分類，力學(xué)、電學(xué)等多個(gè)實(shí)驗(yàn)都可納入控制變量法應(yīng)用類，說明該實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用的廣泛性和針對性，這樣的分類滿足“有序有用原則”。

圖2 分類梳理圖

2.1.2 分型組合多角色器材

實(shí)驗(yàn)器材是物理實(shí)驗(yàn)的基本單元，引導(dǎo)學(xué)生從基本單元入手整理，將主要的實(shí)驗(yàn)器材按拍檔組合型（如“板車組合”等）、單兵作戰(zhàn)型（如“雙縫干涉儀”等）和輔助測量型（如“螺旋測微器”“秒表”“安培表”等）來分類，如圖3所示。其中，按照組合名稱可讓學(xué)生深刻理解這些器材的使用方式，為后續(xù)深度復(fù)習(xí)作鋪墊。

圖3 分型組合圖

對于“輔助測量型”器材，不僅需要讓學(xué)生掌握測量讀數(shù)的方式，還需要進(jìn)一步理解其測量的原理，如游標(biāo)卡尺、多用電表等。

山洪溝治理工程應(yīng)遵循自然規(guī)律，首先要達(dá)到設(shè)計(jì)的防洪標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)兼顧維護(hù)各類生物適宜棲息環(huán)境和生態(tài)景觀完整性的功能。岸坡防護(hù)設(shè)計(jì)除應(yīng)考慮傳統(tǒng)的技術(shù)要求外，還要兼顧生物棲息地加強(qiáng)和改善生態(tài)環(huán)境的需求，有條件時(shí)可引入一些具有較大的孔隙率和較強(qiáng)的透水性的結(jié)構(gòu)形式，以改善生物的生長發(fā)育條件，如有植被的堆石、石籠、混凝土空心塊、生態(tài)磚、魚巢磚等。

2.2 探究型任務(wù)：通過系統(tǒng)化導(dǎo)向，豐富實(shí)驗(yàn)思維

每個(gè)實(shí)驗(yàn)都是一個(gè)物理規(guī)律的探索過程，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的步驟都蘊(yùn)含著豐富的物理思想，同時(shí)這些實(shí)驗(yàn)之間也有著千絲萬縷的聯(lián)系。通過縱向分步拓展和橫向三維關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)化研學(xué)，把局部的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行發(fā)散擴(kuò)充，使結(jié)構(gòu)化的知識體系框架具有豐富的思維內(nèi)涵。

2.2.1 單一實(shí)驗(yàn)縱向分步拓展

物理實(shí)驗(yàn)由問題與方案設(shè)計(jì)、器材選擇與使用、數(shù)據(jù)獲取與記錄、數(shù)據(jù)處理與分析、報(bào)告撰寫與交流5個(gè)環(huán)節(jié)組成，本措施主要針對具體實(shí)驗(yàn)的前3個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行使用，如圖4所示。

圖4 個(gè)體研究導(dǎo)向圖

在問題與方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主要導(dǎo)向線性思維的培養(yǎng)。通過問題引導(dǎo)讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的底層邏輯（如“實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁础薄皩?shí)驗(yàn)原理是什么”“需要測定哪些物理量”“為什么要測量這些物理量”等），在此基礎(chǔ)上梳理具體的實(shí)驗(yàn)操作過程，從而理解教材的實(shí)驗(yàn)方案的合理性。在此環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生思考是否可采用其他實(shí)驗(yàn)原理，并以此原理再設(shè)計(jì)方案。如“驗(yàn)證機(jī)械能守恒”實(shí)驗(yàn)可引導(dǎo)學(xué)生采用平拋運(yùn)動、單擺等替換自由落體運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)活化實(shí)驗(yàn)原理、擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)方案的目的。

在器材選擇與使用環(huán)節(jié)，主要導(dǎo)向?qū)嵺`操作的體驗(yàn)。通過觀看學(xué)生實(shí)驗(yàn)的微視頻，再學(xué)習(xí)規(guī)范操作，教師安排充足的課時(shí)，讓學(xué)生帶著自己的問題回歸實(shí)驗(yàn)室，具身體會規(guī)范的操作過程。在此環(huán)節(jié)，可以讓學(xué)生在安全限度內(nèi)有意識地進(jìn)行非規(guī)范性操作，如在“測量玻璃折射率”實(shí)驗(yàn)中把玻璃磚放歪，從而在實(shí)踐中體驗(yàn)不同操作的可行性或造成的影響。

在數(shù)據(jù)獲取與記錄環(huán)節(jié)，主要導(dǎo)向器材變換的觀念。通過創(chuàng)設(shè)意外實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生經(jīng)歷教材參考器材的缺失困境。如電學(xué)實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)設(shè)電表缺失等情境，啟發(fā)學(xué)生從數(shù)據(jù)獲取的原理出發(fā)，尋找替代器材或改裝現(xiàn)有器材，從而完成數(shù)據(jù)的獲取。在突破困境的過程中，逐步打破數(shù)據(jù)獲取的觀念局限性，同時(shí)更新對實(shí)驗(yàn)測量器材的認(rèn)知。

根據(jù)對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和器材的結(jié)構(gòu)化整合，可以感受到不同實(shí)驗(yàn)之間存在著各種聯(lián)系，因此要將實(shí)驗(yàn)有機(jī)無縫銜接起來。本措施主要從實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法三個(gè)維度入手關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)，如圖5所示。

圖5 組合研究導(dǎo)向圖

一材多聯(lián)，主要從使用器材的角度，提取幾個(gè)使用相同或相似器材的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。如“紙帶類”實(shí)驗(yàn)等，從而讓學(xué)生對比分析這些實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)思路、操作細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)獲取等方面的異同，強(qiáng)化學(xué)生對實(shí)驗(yàn)器材作用和使用方法的掌握。

一理多聯(lián)，主要從實(shí)驗(yàn)原理的角度，將某個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理遷移到其他實(shí)驗(yàn)。如“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”中測初速度的實(shí)驗(yàn)原理，可以遷移到“驗(yàn)證動量守恒定律”和“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，從而讓學(xué)生根據(jù)原理的改變重新設(shè)計(jì)教材實(shí)驗(yàn)，不僅加深學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的理解，并且促進(jìn)學(xué)生靈活運(yùn)用知識的能力。

一法多聯(lián)，主要從實(shí)驗(yàn)方法的角度，將某些經(jīng)典的、常用的實(shí)驗(yàn)方法提取出來，并分析使用該方法的前提，從而讓學(xué)生將典型案例關(guān)聯(lián)起來。如提取“控制變量法”，使用前提則是“研究三個(gè)以上變量問題”，然后可將力學(xué)、電學(xué)等測量多個(gè)量的實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來，強(qiáng)化學(xué)生對實(shí)驗(yàn)方法的領(lǐng)會和掌握，提高學(xué)生發(fā)散聯(lián)想的能力。

2.3 評價(jià)型任務(wù)：通過綜合化考量，升華自我認(rèn)知

評價(jià)不僅是指對實(shí)驗(yàn)或者學(xué)生作出結(jié)論，而且是指作出評價(jià)結(jié)論的過程。在該過程中學(xué)生不僅要對實(shí)驗(yàn)本身作出分析、判斷，還要對自己的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)作出學(xué)習(xí)評價(jià)。通過綜合化的考量手段，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)和對自身的認(rèn)知升華。

2.3.1 圖文并舉數(shù)據(jù)反思評價(jià)

數(shù)據(jù)的分析和結(jié)論的表述是實(shí)驗(yàn)評價(jià)的重要組成部分，也是學(xué)生學(xué)會反思實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)過程。該過程分兩步進(jìn)行，即圖線擬合與分析闡述。

線性圖線擬合是讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)類型（探究類屬規(guī)律未知，應(yīng)用類和驗(yàn)證類屬規(guī)律已知），對實(shí)際記錄的數(shù)據(jù)嘗試擬合圖線，如圖6所示。在此環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生明確圖線擬合處理數(shù)據(jù)的優(yōu)勢（直接評價(jià)并剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)），同時(shí)深刻感悟線性擬合的意義（可方便探索物理量之間的函數(shù)規(guī)律）。

圖6 圖線擬合操作流程

依據(jù)分析闡述就是讓學(xué)生根據(jù)擬合后的圖線，解釋圖線斜率、截距、面積等物理意義；并嘗試用規(guī)范的術(shù)語闡述物理規(guī)律，進(jìn)一步分析圖線的瑕疵問題（如實(shí)驗(yàn)圖線與理論圖線的偏差等）；反思實(shí)驗(yàn)誤差的來源，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程的缺陷（包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題或人為操作問題），從而促使學(xué)生全面客觀地評價(jià)實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果。

2.3.2 主客并行生本素養(yǎng)評價(jià)

評價(jià)要以學(xué)生發(fā)展為本，并基于物理核心素養(yǎng)，采用素養(yǎng)要素評價(jià)量表自我評價(jià)和客觀紙筆測試評價(jià)兩種方式，全面及時(shí)了解復(fù)習(xí)狀況，尋找存在的問題，有效地彌補(bǔ)漏洞。

主觀量表自評是針對科學(xué)探究素養(yǎng)中證據(jù)、解釋、交流三個(gè)要素進(jìn)行量表設(shè)計(jì)，并給予對應(yīng)的素養(yǎng)水平相應(yīng)的具體分值（如水平1對應(yīng)1分）。如表1所示，引導(dǎo)學(xué)生對照量表，根據(jù)自身情況自行評價(jià)估分，最后把得分相加得到科學(xué)探究素養(yǎng)總分。該量表得分范圍為5分至25分，要達(dá)到物理選考要求，則得分應(yīng)在20分左右。

客觀紙筆測評是針對階段性的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)，設(shè)計(jì)與物理核心素養(yǎng)要求、課程內(nèi)容要求以及學(xué)業(yè)質(zhì)量相吻合的專項(xiàng)測試小卷，并進(jìn)行紙筆測試，在客觀上評價(jià)學(xué)生是否達(dá)到物理選考水平。測試題主要以浙江選考真題實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，適當(dāng)改編與整合，問題設(shè)置一定的梯度，突出測試功能，有效收集科學(xué)探究素養(yǎng)要素水平信息，真實(shí)反映學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展水平。

表1 科學(xué)探究素養(yǎng)評價(jià)表

3 結(jié)束語

學(xué)生通過完成“建構(gòu)型”“探究型”和“評價(jià)型”的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行深度復(fù)習(xí)，有效發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)的具體要素，提高實(shí)驗(yàn)板塊的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平。與此同時(shí)，教師在實(shí)施“結(jié)構(gòu)化整合”“系統(tǒng)化導(dǎo)向”和“綜合化考量”三大深度復(fù)習(xí)策略的過程中，逐步精準(zhǔn)地理解科學(xué)探究素養(yǎng)要素的水平層次要求，進(jìn)而準(zhǔn)確地把握物理實(shí)驗(yàn)選考要求與科學(xué)探究素養(yǎng)中各要素質(zhì)量水平的對應(yīng)關(guān)系，形成以任務(wù)驅(qū)動為教學(xué)方法的高中物理深度復(fù)習(xí)的教學(xué)路徑。