基于核心素養(yǎng)理念的初中物理主題探究式實驗教學(xué)

莊曉紅

(江蘇省啟東市鶴城初級中學(xué),江蘇 啟東 226200)

物理作為一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,科學(xué)探究能力是當下物理學(xué)科核心素養(yǎng)之一[1].以筆者長期的一線教學(xué)經(jīng)驗來看,基于核心素養(yǎng)理念開展初中物理主題探究式實驗可以幫助教師更好地實現(xiàn)教學(xué)目標,提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).在具體實踐過程中,要從以下四點出發(fā).

1 教師引導(dǎo)有側(cè)重

物理學(xué)科《義務(wù)教育課程標準(2022年版)》指出要想讓學(xué)生掌握主題探究式實驗教學(xué),教師可以從如下的思維程序出發(fā)：提出問題—猜想與假設(shè)—設(shè)計實驗—進行實驗—收集數(shù)據(jù)—分析與論證—評價—交流總結(jié)[2].主題探究式實驗作為一種需要教師引導(dǎo)學(xué)生獨立完成并發(fā)現(xiàn)知識的活動,在實際操作過程中一定要有側(cè)重點.

以人教版九年級《串聯(lián)和并聯(lián)》這一節(jié)的探究式實驗為例,教師的教學(xué)重點可以放在“猜想與假設(shè)”這一環(huán)節(jié)上.學(xué)生在這一章節(jié)的初始階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過簡單的電路結(jié)構(gòu),會畫簡單的電路圖.在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中,教師在課堂初始階段可以展示出實驗設(shè)備甲、乙兩個箱子,均有兩個燈泡、一個開關(guān)和電源.閉合和斷開開關(guān),再取下其中一個燈泡,要求學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象.學(xué)生觀察燈泡的工作情況后可以快速回答：閉合開關(guān),兩燈都亮;斷開開關(guān),兩燈都滅;取下其中一個燈泡,甲中的另一個燈泡不發(fā)光;乙中的另一個燈泡仍發(fā)光.教師可以順勢提出問題：同樣的兩個燈泡,一個開關(guān),為什么取下其中的一個燈泡會出現(xiàn)不同現(xiàn)象?學(xué)生回答：是因為燈泡的連接方式不同.教師由此可以引入串聯(lián)和并聯(lián)的探究式實驗并引導(dǎo)學(xué)生思考猜想：如圖1用一個電源、兩個燈泡、一個開關(guān)和一些導(dǎo)線組成電路,要想讓兩個小燈泡都發(fā)光,可以有幾種接法?

圖1 探究式實驗器材

學(xué)生按座位分為不同小組,完成這一探究活動時,自然會有不同的猜想。

教師讓學(xué)生設(shè)計電路,培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計簡單電路的能力,通過引導(dǎo)學(xué)生思考猜想,盡可能在全班范圍內(nèi)出現(xiàn)如圖2和圖3連接方式,從而明確串聯(lián)電路與并聯(lián)電路的區(qū)別以及開關(guān)在這兩種電路中的作用.

圖2 兩個燈泡串聯(lián)示意圖及電路圖

圖3 兩個燈泡并聯(lián)示意圖及電路圖

“猜想和假設(shè)”是培養(yǎng)學(xué)生認知新事物能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié).教師在引導(dǎo)學(xué)生開展探究式實驗設(shè)計時,一定要基于學(xué)生的認知水平,讓學(xué)生充分猜想和假設(shè)以此提高學(xué)生的探究能力和實驗操作能力[3].

再比如,在學(xué)習(xí)人教版物理九年級“電流與電壓和電阻關(guān)系”探究式實驗時,教師的引導(dǎo)可以放在“分析與論證”環(huán)節(jié)上.在探究電流與電壓的關(guān)系時,學(xué)生測得了6組電壓—電流值并將數(shù)據(jù)填入如下表格.

表1 電流隨電壓變化情況

記錄完表格后分析數(shù)據(jù),觀察電阻一定時,電壓與電流存在怎樣的關(guān)系.在分析時,我們可以采取圖像法,做出電阻一定時,電流與電壓變化的圖像.如下圖4.

圖4 電流和電壓的變化關(guān)系圖像

通過分析圖像可以得出結(jié)論：在電阻一定時,通過導(dǎo)體的電流和導(dǎo)體兩端的電壓成正比.得出這一結(jié)論后,我們可以控制定值電阻的阻值不變,移動滑片改變定值電阻兩端的電壓,觀察電流表的示數(shù),多次測量,論證結(jié)論.

主題探究式實驗教學(xué)的核心不只是為了得到實驗結(jié)論,更主要的是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的核心素養(yǎng).“分析與論證”是指學(xué)生將收集到的數(shù)據(jù)和信息與已有知識結(jié)合、重組并得出結(jié)論.在這一過程中,學(xué)生可以借助多種方法或工具(如電腦設(shè)備、圖像)分析處理相關(guān)數(shù)據(jù),找到數(shù)據(jù)間的關(guān)鍵特征并作出解釋.

2 學(xué)生操作要規(guī)范

基于核心素養(yǎng)的主題探究式實驗教學(xué)要求將學(xué)生視為課堂的主體,要求學(xué)生根據(jù)教師提供的條件明確探究目標,掌握探究方法,交流探究內(nèi)容,總結(jié)探究結(jié)果,完成探究任務(wù).而要想實現(xiàn)這些目標,教師就必須保證學(xué)生在實驗操作環(huán)節(jié)做到有規(guī)有范.從提出問題、發(fā)現(xiàn)問題開始,著重關(guān)注學(xué)生設(shè)計實驗方案、收集實驗數(shù)據(jù)的能力,再引導(dǎo)學(xué)生分析論證得到實驗結(jié)論,最后注重學(xué)生交流合作,總結(jié)、評估與反思[4].在整個實驗操作環(huán)節(jié)中,教師要盡可能為學(xué)生創(chuàng)造思考環(huán)境,要求每個學(xué)生都能參與到思考探究的過程中.

以“串聯(lián)和并聯(lián)”這一節(jié)的主題探究式實驗教學(xué)為例,學(xué)生在實驗開始前需要知道“開關(guān)的正確使用方法”“電池的正確連接方法”等.在連接電路時,學(xué)生要注意開關(guān)要斷開,不能直接將電源的正負極用導(dǎo)線連接起來,在連接電路后,需要檢查電路連接無誤,然后才能閉合開關(guān),觀察燈泡的發(fā)亮情況.

3 教師拓展要延伸

3.1 拓展實驗方式

在人教版八年級下冊“探究物體沉浮的條件”這一章節(jié)的探究式實驗中,教師可以拓展實驗方式,將視角放在生活中常見的物體上設(shè)計實驗方案.例如,我們將土豆和蘋果一起放在水里,可以觀察到土豆在水中下沉,而蘋果漂浮在水面上.把蘋果浸沒在水中,一松手,蘋果又向上浮起.土豆在水中下沉,即土豆在水中向下運動,蘋果浸沒在水中上浮,即蘋果在水中向上運動,這說明物體的運動情況不同,受力情況也不相同.我們知道,土豆和蘋果在水中都受到兩個力——自身的重力和水的浮力,當物體浸沒液體中時,若重力大于浮力,物體下沉;若重力小于浮力,物體上浮;若重力等于浮力,物體懸浮,當物體漂浮在液面上時,它所受到的重力等于浮力.換言之,浸在液體中的物體,其浮沉情況取決于物體所受到的重力和浮力之間的大小關(guān)系.

3.2 拓展實驗結(jié)論

在人教版物理八年級下冊“杠桿的平衡條件”這一章節(jié)的探究式實驗中,教師可以提出問題串,拓展實驗結(jié)論.在學(xué)習(xí)本章節(jié)知識點之前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了平衡狀態(tài)以及平衡力的概念,在此基礎(chǔ)上總結(jié)得出杠桿處于靜止或勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài)時,杠桿就是平衡狀態(tài).由天平的調(diào)節(jié)原理我們可以知道：天平靜止時左右兩端的力的大小等于鉤碼的重力,此時杠桿兩端受到的這兩個力大小并不相等,仍然處于平衡狀態(tài),這是為什么呢?有的學(xué)生通過觀察發(fā)現(xiàn)這兩個力離支點的距離不相同,那么影響杠桿平衡的因素到底是什么呢?教師可以引導(dǎo)學(xué)生圍繞這四個問題進行分析,并以天平的調(diào)節(jié)為例論證杠桿平衡的條件.

問1：為什么實驗要保持杠桿水平平衡?

問2：如何調(diào)節(jié)杠桿水平平衡?

問3：為什么選擇杠桿的中點作為支點?

問4：本次實驗中多次實驗的目的是什么?

學(xué)生邊操作邊思考杠桿水平平衡和杠桿中點作為支點的原因,教師鼓勵學(xué)生設(shè)計實驗方案,親自動手拓展實驗結(jié)論：杠桿的平衡與力的大小和力臂的大小有關(guān).接著以提問方式做課堂練習(xí),訓(xùn)練學(xué)生的物理思維.

4 課堂評價有標準

在實驗評價環(huán)節(jié),教師不能僅憑實驗結(jié)果進行評價,還要觀察學(xué)生在實驗操作的過程中是否存在問題,進而對學(xué)生開展綜合性評價.教師也可以讓學(xué)生開展自我評價、互相評價,多角度思考.以筆者經(jīng)驗,基于核心素養(yǎng)理念的主題探究式實驗教學(xué)課堂的評價體系如下表2.課堂評價可以采取打分制,總分100分.通過這一量化評價表,任課教師可以清楚發(fā)現(xiàn)自己在本課實驗教學(xué)中存在哪些問題并及時改進.

表2 探究式實驗評價量化表

5 結(jié)束語

科學(xué)探究不僅是一種能力,更是物理學(xué)習(xí)的重要方式.在科學(xué)探究的過程中,讓學(xué)生掌握分析數(shù)據(jù)、綜合比較、抽象概括、實踐檢驗和創(chuàng)新能力.文章從以上四點出發(fā)搭建探究式實驗課堂,以更好地讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗方案和分析數(shù)據(jù)的能力,讓學(xué)生通過分析論證得出實驗結(jié)論,感受結(jié)論定理產(chǎn)生的思維過程.