基于發(fā)展物理核心素養(yǎng)的探究式教學(xué)設(shè)計

田雯+++高翔

摘 要：探究式物理教學(xué)設(shè)計有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究方法和強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)探究意識，幫助學(xué)生養(yǎng)成終身發(fā)展所需的必備品格與關(guān)鍵能力，形成學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；核心素養(yǎng)；教學(xué)設(shè)計

《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》指出：“科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一.將科學(xué)探究列入內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，旨在將學(xué)習(xí)重心從過分強(qiáng)調(diào)知識的傳承和積累向知識的探究過程轉(zhuǎn)化，從學(xué)生的被動接受知識向主動獲取知識轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神.”“學(xué)生在科學(xué)探究活動中，通過經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究時的相似過程，學(xué)習(xí)物理知識與技能，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和方法.”

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：通過初中課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生對科學(xué)探究的過程有了一定的體驗(yàn)，并具有了初步的科學(xué)探究能力.高中階段的物理課應(yīng)該在這個基礎(chǔ)上，更加關(guān)注學(xué)生在科學(xué)探究過程中的學(xué)習(xí)質(zhì)量，進(jìn)一步加深對科學(xué)探究的理解，提高科學(xué)探究的能力[1].

物理課程作為自然科學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)課程，它包括物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度和責(zé)任四個方面的物理核心素養(yǎng)內(nèi)容.這四個方面的關(guān)系如圖1所示.

從圖1來看，實(shí)驗(yàn)探究是形成核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)和起點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)探究可以逐漸形成物理觀念，發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.其他三個方面的核心素養(yǎng)在形成的過程中，相互影響、相互促進(jìn)、共同發(fā)展.

一、實(shí)際問題解決 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)

科學(xué)思維素養(yǎng)包括模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.學(xué)生通過物理課程的學(xué)習(xí)，不僅要能夠解析“模型化”的物理試題，更要有利用科學(xué)知識和方法解釋生活中的物理現(xiàn)象，解決學(xué)習(xí)和工作中問題的意識和能力.

例如：在《力的分解應(yīng)用》一節(jié)中，筆者在課堂教學(xué)中設(shè)計了山路十八彎、鋒利的斧刃、耕犁牽引桿的調(diào)整三個聯(lián)系實(shí)際生活的問題，如表1.

教學(xué)設(shè)計的基本思路是要通過自然界及社會生活、生產(chǎn)中實(shí)際問題的分析、綜合、簡化和抽象，形成物理學(xué)研究的物理模型，再利用數(shù)學(xué)工具變成可以定量分析的數(shù)學(xué)問題，最后利用物理知識解釋和解決問題.過程如圖2所示.

在本節(jié)課中，教師引導(dǎo)學(xué)生首先從山路十八彎、鋒利的斧刃、耕犁牽引桿的調(diào)整的實(shí)際問題出發(fā)，忽略次要因素，突出主要因素，抽象出斜面上重力分解模型、劈力的分解模型和傾斜拉力分解模型.其次，按照力的實(shí)際作用效果分解力，并用平行四邊形法則作出力分解的平行四邊形.第三，在平行四邊形中，利用數(shù)學(xué)知識列出分力和合力的關(guān)系.第四，利用分力與合力的關(guān)系式和數(shù)學(xué)函數(shù)知識、物理知識，討論、分析和解決山路為什么是十八彎、斧頭鋒利就容易劈開物件、耕犁的牽引桿長短為什么會影響耕地質(zhì)量和效率等問題.最后，再和實(shí)際問題做對照，評估和反饋問題解決的合理性.

物理課堂教學(xué)應(yīng)該為學(xué)生創(chuàng)造真實(shí)、復(fù)雜的問題情境，鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生剖析問題、簡化問題、建立物理模型，并運(yùn)用適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q問題.學(xué)生面對一個客觀真實(shí)的實(shí)際問題，很難找到直接效仿的模型，需要通過獨(dú)立思考，不斷嘗試，對問題進(jìn)行探索.要經(jīng)過對物理模型分解、簡化、抽象等思維過程，進(jìn)行推導(dǎo)、驗(yàn)算、評估和反饋等，這樣可以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的目的[2].

二、綜合實(shí)踐活動 培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和合作精神

綜合實(shí)踐活動指的是，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理科學(xué)探究實(shí)踐活動，通過學(xué)生自己的設(shè)計和實(shí)踐操作，逐漸形成利用科學(xué)思維方法解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識和合作精神.

例如：利用“運(yùn)動概念”的活動設(shè)計（此內(nèi)容參考了《物理：原理與問題》），引導(dǎo)學(xué)生活動[3].（活動方案略）

學(xué)生初次完成這樣的任務(wù)，顯得有些稚嫩.在制定實(shí)驗(yàn)計劃的過程中，學(xué)生必須明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵阎獥l件.要完成任務(wù)就必須要提出具體任務(wù)，學(xué)生要提出自己的猜想和假設(shè).還要考慮實(shí)驗(yàn)的方法、裝置與器材和實(shí)驗(yàn)中的變量及控制方法.在這個過程中，學(xué)生逐漸學(xué)會了把研究的猜想與假設(shè)落實(shí)到具體的操作方案上來.同學(xué)之間相互交流研究計劃，尋找計劃中的不當(dāng)之處，并預(yù)料它在探索中所產(chǎn)生的不良后果等.

在實(shí)驗(yàn)探究過程中，學(xué)生遇到了困難，并想辦法解決.

如：困難一，米尺長度過短，無法一次準(zhǔn)確測量長度.

解決方案：我們用標(biāo)記物每2m做一次標(biāo)記，反復(fù)使用米尺，測量出距離.

困難二，跑的同學(xué)過快而不能測出時間.

解決方案：一個計時，喊“三、二、一”.走或跑得慢些（伽利略用斜面代替豎直運(yùn)動，減小重力對速度影響，就是讓運(yùn)動變慢）.

困難三，沒有標(biāo)記工具.

解決方案：利用跑道邊雨漏之間的等間距，解決被測路程長度不足.從樹叢旁找來較為平直的樹枝充當(dāng)起點(diǎn)和終點(diǎn)線.彎道利用運(yùn)動場上標(biāo)好的線輔助實(shí)驗(yàn)測量.

學(xué)生在探究中遇到了困難，但能在實(shí)踐中找到解決的辦法.這些都有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，在實(shí)踐中要考慮數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和嚴(yán)密性，也有利于發(fā)展學(xué)生的批判性思維.

活動結(jié)束后，學(xué)生各自都談了自己的感受.

首先我們提出了問題并猜想，跑得越快時間越短.接著我們設(shè)計了實(shí)驗(yàn)方案（用米尺測量10m和50m距離，然后讓幾個同學(xué)分別走、慢跑、加速跑，用秒表測量時間），并收集了6組數(shù)據(jù).分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)物體運(yùn)動速度越快，用時越短（路程相等時）.最后經(jīng)論證，我們通過了該結(jié)論.

再進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)其中有一些地方不準(zhǔn)確.和其他組交流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)論并完善我們的結(jié)論.在設(shè)計的物理模型中我們忽略空氣對實(shí)驗(yàn)的影響.自己動手實(shí)驗(yàn)，動腦思考問題，很有趣味性，并要求團(tuán)隊(duì)有較強(qiáng)的協(xié)作能力.

從這些談話中我們發(fā)現(xiàn)，在綜合實(shí)踐活動中，學(xué)生經(jīng)歷了與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究時的相似經(jīng)歷，學(xué)到了物理知識與技能，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神.在活動中，學(xué)生不斷變化自己的角色，不僅有利于發(fā)展學(xué)生的合作精神，更重要的是有利于學(xué)生探究能力的全面發(fā)展.

三、失敗實(shí)驗(yàn) 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神

有關(guān)科學(xué)精神和態(tài)度的核心素養(yǎng)表現(xiàn)為對科學(xué)研究的熱情和實(shí)事求是的態(tài)度.學(xué)生通過物理課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)該能夠領(lǐng)悟物理學(xué)研究過程中表現(xiàn)出來的尊重事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)研究態(tài)度，能在學(xué)習(xí)、生活和工作中堅(jiān)持做到實(shí)事求是.

例如：學(xué)習(xí)變壓器的結(jié)構(gòu)后，介紹變壓器的理想化結(jié)構(gòu)的三個要點(diǎn)：①線圈電阻不計；②閉合鐵芯，無漏磁；③無渦流.

由此得到E1=U1，E2=U2

然后用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，當(dāng)原線圈匝數(shù)為800匝，副線圈匝數(shù)為400匝，原線圈輸入電壓為16V，輸出電壓為多少伏？

引導(dǎo)學(xué)生們得出輸出為8V，教師滿懷信心地接通電源，可實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察發(fā)現(xiàn)電壓表的示數(shù)卻只有4V，這時教師有點(diǎn)慌了.檢查電路連接、電壓輸出等.學(xué)生也忙著檢查，突然一個聲音打破了寧靜：“鐵芯沒有閉合！”這時引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)剛才演示可拆的兩個線圈時，把閉合鐵芯可拆的鐵塊拿掉了，而實(shí)驗(yàn)前沒有恢復(fù).這時教師沒有急著糾正實(shí)驗(yàn)，而是引導(dǎo)學(xué)生想“這個鐵塊真能起到我們預(yù)想的作用嗎？它放在變壓器上，到底起到了什么作用？”學(xué)生思考后爭先回答：“閉合鐵芯”“使磁沒有損失.”

教師又進(jìn)一步引導(dǎo)追問：“電壓減小，說明能量減少，有能量損失.那么，請問，能量到哪里去了呢？”

學(xué)生回答：“漏磁，損失了磁場能.”

經(jīng)過與學(xué)生探討分析后，教師把鐵塊放到原位置上，使鐵芯閉合.再接通電源，發(fā)現(xiàn)電壓表的指針穩(wěn)穩(wěn)地滑過4V的位置，直到8V的位置.此時全班同學(xué)歡欣鼓舞，臉上洋溢著滿足的笑容，顯露出得意的神情，并體會到了思考探討的成功.

在教學(xué)中，出現(xiàn)了意想不到的問題，然后經(jīng)過觀察、提問、試探、分析、得到結(jié)論的過程正是一個科學(xué)探究的過程，這種過程真實(shí)地呈現(xiàn)給了學(xué)生.而且學(xué)生在其中積極思考、分析并能提出建設(shè)性的意見和建議.在一些失敗的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師從正面引導(dǎo)，分析造成失敗的原因，激發(fā)了學(xué)生探究問題的興趣.失敗和挫折的經(jīng)歷留給學(xué)生深刻的印象，加深了對知識的理解，并培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.在教學(xué)中多創(chuàng)造一些這樣的“失敗”，學(xué)生就會多一些對不同現(xiàn)象的質(zhì)疑和多方面多角度的研究意識，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，找到實(shí)驗(yàn)成功所需的條件，讓他們在失敗中重新?lián)P起風(fēng)帆，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神.

科學(xué)探究的過程充滿著創(chuàng)造性，洋溢著科學(xué)的精神，滲透著科學(xué)的思想方法.科學(xué)探究的學(xué)習(xí)活動，有利于知識、技能、方法、態(tài)度、情感在學(xué)生自身人格中的內(nèi)化，使學(xué)生的核心素養(yǎng)得以全面提升.科學(xué)的核心是探究，教育的重要目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，科學(xué)探究的教學(xué)設(shè)計正是科學(xué)和教育的結(jié)合.

參考文獻(xiàn)：

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［2］邢紅軍.高中物理高端備課［M］.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2014：116-126.

［3］保羅·齊策維茨.物理：原理與問題［M］.仲新元，譯.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2005：48-61.