基于學(xué)科核心素養(yǎng)的探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

摘? ?要：物理教師應(yīng)怎樣設(shè)計(jì)、實(shí)施分組實(shí)驗(yàn)以落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)？文章以“探究小燈泡的伏安特性曲線”為例，在分析討論的基礎(chǔ)上，從教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施方面給出了具體、可操作的建議。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);科學(xué)探究;探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）7-0073-4

1? ? 問題的提出

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。物理學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括“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[1]。那怎樣讓核心素養(yǎng)落到實(shí)處？這些素養(yǎng)的發(fā)展與形成，不是一蹴而就的，而是循序漸進(jìn)、逐步形成的。在培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的過程中需要載體，課程內(nèi)容是課堂教學(xué)的承載，也是核心素養(yǎng)落實(shí)的主要載體[2]。物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，是教師進(jìn)行情境教學(xué)的活動(dòng)載體，是學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程、發(fā)展科學(xué)思維、提升科學(xué)探究能力的載體，是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑和方式。因此，物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和科學(xué)態(tài)度等方面具有重要地位。

在探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生是知識的主動(dòng)構(gòu)建者，教師是學(xué)習(xí)知識的引導(dǎo)者、指導(dǎo)者，是教學(xué)活動(dòng)的參與者、探究伙伴，是學(xué)習(xí)過程的評價(jià)者[3]。探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程具有開放性、自主性、探索性等特點(diǎn)。

為了讓物理學(xué)科核心素養(yǎng)在實(shí)踐中落地，筆者對探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施進(jìn)行思考，將“自主、合作、探究”學(xué)習(xí)方式應(yīng)用到探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)和操作環(huán)節(jié)，希望能有借鑒的意義。

2? ? 探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)策略

物理學(xué)科中科學(xué)探究是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和制訂方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力，主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素[1]。通過這些要素培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，可以提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)，達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)的育人功能。進(jìn)行探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)實(shí)施時(shí)，具體可從以下幾方面入手。

2.1? ? 開展小組分工合作，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識

教師可以根據(jù)學(xué)生的層次和特點(diǎn)，對學(xué)生進(jìn)行合理分組，4～6人組成一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組[4]，每組有學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)生，有擅長動(dòng)手操作的學(xué)生，有樂于組織協(xié)調(diào)的學(xué)生……每一位學(xué)生在小組中承擔(dān)一定分工，還要合作共同完成某項(xiàng)預(yù)習(xí)任務(wù)（搜集有關(guān)證據(jù)、提出問題、思考老師留的問題）或探究方案設(shè)計(jì)。這樣學(xué)生不僅發(fā)展了個(gè)性，還能懂得尊重他人，學(xué)會(huì)交流與合作。他們優(yōu)勢互補(bǔ)，“兵教兵”相互討論學(xué)習(xí)。學(xué)生以自學(xué)為基礎(chǔ)，生生互學(xué)，用所學(xué)的知識幫助同伴解疑釋難、解決問題，在教與學(xué)的交互作用過程中慢慢“生成”新知[5]。學(xué)生在不斷和別人討論的過程中形成更高層次的認(rèn)識，讓他們在不同的意見中學(xué)會(huì)傾聽、汲取，擴(kuò)充原來自己并不完善的想法，這才是一個(gè)完整的教育[6]。小組分工合作既發(fā)展了學(xué)生的語言表達(dá)能力，又能讓其體驗(yàn)合作所收獲的喜悅，主動(dòng)建構(gòu)知識，培養(yǎng)其團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

2.2? ? 內(nèi)化核心素養(yǎng)，確立探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)

教學(xué)活動(dòng)以知識為載體進(jìn)行教學(xué)，但不應(yīng)僅僅只落到知識層面上，而應(yīng)落到思維層面、探究層面、育人價(jià)值層面上。

教師基于提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)的理念安排教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將教育目的和培養(yǎng)目標(biāo)具體化。首先，要依據(jù)教科書中的教學(xué)內(nèi)容分析這一節(jié)所能體現(xiàn)的核心素養(yǎng)要素。教師需要對學(xué)生、課程、科技、生活應(yīng)用等多方面進(jìn)行研究整合，結(jié)合教材內(nèi)容內(nèi)化學(xué)科核心素養(yǎng)，明確這節(jié)課的學(xué)業(yè)要求，將物理內(nèi)容與學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)對應(yīng)起來。其次，應(yīng)該確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。確定核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)時(shí)，教師要關(guān)注不同年級學(xué)生應(yīng)該達(dá)到的水平，關(guān)注物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)中不同年級的差異性，明確適合學(xué)生年齡特征和物理學(xué)科特征的核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)[2]。教師需要清楚哪些內(nèi)容是學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)可以學(xué)會(huì)的，哪些問題是要經(jīng)過合作討論才能解決的。

以“探究小燈泡的伏安特性曲線”實(shí)驗(yàn)為例，在初中階段，學(xué)生已學(xué)過歐姆定律和串、并聯(lián)電路等知識。結(jié)合核心素養(yǎng)要求和教學(xué)內(nèi)容，可以確定實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)如下：

實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：（1）能在他人幫助下制訂科學(xué)探究方案，設(shè)計(jì)電路測小燈泡的電壓和電流，可能出現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路方案不同，如圖1甲、乙、丙、丁四種方案，能使用基本器材連接電路，通過實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)，描繪小燈泡的I-U特性曲線。然后發(fā)現(xiàn)非線性特征，并分析其主要原因（學(xué)科核心素養(yǎng)科學(xué)探究水平3）。（2）根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)電路方案完成同樣的探究任務(wù)，實(shí)現(xiàn)各小組之間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)共享，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，形成合理的結(jié)論，交流和反思探究過程和結(jié)果，分析不同實(shí)驗(yàn)方案得到數(shù)據(jù)之間的差異，教師引導(dǎo)學(xué)生，總結(jié)出滑動(dòng)變阻器接法的選擇原則和伏安法測電阻內(nèi)外接法的選擇原則（學(xué)科核心素養(yǎng)科學(xué)探究水平4）。

學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）根據(jù)先學(xué)導(dǎo)學(xué)單自主學(xué)習(xí)、小組合作，設(shè)計(jì)測小燈泡的電壓和電流的實(shí)驗(yàn)電路。（2）小組合作，按照電路圖連接好器材。（3）小組分工合作，分組實(shí)驗(yàn)探究，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（4）描繪小燈泡的伏安特性曲線，發(fā)現(xiàn)特征，嘗試用已有的物理知識進(jìn)行解釋。

2.3? ? 設(shè)計(jì)情境問題或活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題

確立教學(xué)目標(biāo)后需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問題情境或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，以活動(dòng)為載體，讓學(xué)生進(jìn)入真實(shí)物理情境，能從中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。設(shè)計(jì)問題時(shí)應(yīng)從學(xué)生現(xiàn)有知識水平、學(xué)習(xí)起點(diǎn)出發(fā)，關(guān)注學(xué)情，設(shè)置適合學(xué)生水平的問題，最好能設(shè)置認(rèn)知沖突，“以惑為誘”或“以問促學(xué)”。

2.4? ? 設(shè)計(jì)先學(xué)導(dǎo)學(xué)單，指導(dǎo)學(xué)生自主先學(xué)

教師設(shè)計(jì)先學(xué)導(dǎo)學(xué)單（包含情境問題，自主先學(xué)的任務(wù)），課前發(fā)給學(xué)生，引領(lǐng)學(xué)生自主先學(xué)，指導(dǎo)學(xué)生有目的地自主學(xué)習(xí)。創(chuàng)設(shè)情境問題，讓學(xué)生主動(dòng)思考所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容，通過搜集有關(guān)資料獲得感知，形成感性認(rèn)識，并小組內(nèi)討論交流，制訂實(shí)驗(yàn)探究方案，見表1。

2.5? ? 分組實(shí)驗(yàn)探究時(shí)教師及時(shí)給予指導(dǎo)

課前教師要了解學(xué)情，對于學(xué)生可能遇到的困難，教師要有分析、有預(yù)判。例如，學(xué)生不會(huì)連接電路，電壓表（電流表）不會(huì)讀數(shù)等。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究時(shí)，教師巡回指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，提醒學(xué)生注意安全，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、解決每個(gè)小組遇到的個(gè)性化問題，防止因?yàn)榇嬖趯W(xué)習(xí)困難使學(xué)生失去探究的興趣。

2.6? ? 注重多元評價(jià)，關(guān)注發(fā)現(xiàn)和解決問題的過程性評價(jià)

“價(jià)值引領(lǐng)、素養(yǎng)導(dǎo)向、能力為重、知識為基”的高考評價(jià)理念[7]，需要通過活動(dòng)載體落實(shí)到教學(xué)之中。教學(xué)中生生、師生互評也是活動(dòng)的一種。生生互評學(xué)生先學(xué)會(huì)傾聽，然后經(jīng)過思維加工去點(diǎn)評別人的觀點(diǎn)，提出自己的不同見解，這個(gè)活動(dòng)促使學(xué)生學(xué)會(huì)尊重別人，經(jīng)信息輸入和認(rèn)知加工后，理清思路，概括觀點(diǎn)，最后把自己的觀點(diǎn)講出來。既實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，又可以培養(yǎng)學(xué)生觀點(diǎn)概括、問題表述和問題解決以及表達(dá)、交流等綜合能力。教師應(yīng)該及時(shí)肯定、表揚(yáng)學(xué)生在過程中的表現(xiàn)，以鼓勵(lì)學(xué)生的探究熱情。在學(xué)生相互點(diǎn)評不到位、不完善時(shí)，教師的補(bǔ)充則是“畫龍點(diǎn)睛”，使生生、師生合作探究活動(dòng)上升到新高度，完成課堂生成。

下文結(jié)合“探究小燈泡的伏安特性曲線”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對課堂教學(xué)實(shí)施進(jìn)行闡述。

3? ? 探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施

3.1? ? 準(zhǔn)備階段——導(dǎo)學(xué)單引領(lǐng)學(xué)生自主先學(xué)

實(shí)驗(yàn)之前，教師指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)教材或查閱資料，結(jié)合初中學(xué)過的有關(guān)知識，根據(jù)先學(xué)導(dǎo)學(xué)單上的任務(wù)單（見表1），有目的地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和思考。教師只指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材選修3-1的第47頁，教師“導(dǎo)而不答”，不直接給出答案，留出足夠的思考時(shí)間，讓學(xué)生自己思考。接著，實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)學(xué)生交流討論，生生互學(xué)，合作完善答案，每個(gè)實(shí)驗(yàn)小組拿出最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)探究方案，以備課堂交流展示。此處可以落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，搜集和選擇有用信息的能力，與同學(xué)交流合作的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。

3.2? ? 探究階段——交流展示，生生互學(xué)，教師助學(xué)，開展分組實(shí)驗(yàn)探究

課堂開始，小組派代表到教室前面交流展示自己小組設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖，別的小組點(diǎn)評補(bǔ)充，思維碰撞，生生互評，老師適時(shí)匯總出四種方案（如圖1）。

接著，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)探究，根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖，實(shí)物連線?；瑒?dòng)變阻器的分壓接法是難點(diǎn)，教師巡視不同小組的連線，在學(xué)生遇到困難時(shí)及時(shí)給予幫助、指導(dǎo)，適時(shí)解決實(shí)驗(yàn)小組遇到的問題。接著，教師利用PPT投射出操作注意事項(xiàng)，學(xué)生調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器測量電壓和電流，記錄在表2中。

設(shè)計(jì)表格時(shí)，不給出U=0時(shí)I=0點(diǎn)，留作后面探究的生長點(diǎn)，讓學(xué)生自己探索發(fā)現(xiàn)、總結(jié)。

3.3? ? 總結(jié)階段——處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，描點(diǎn)作I-U特性曲線，形成結(jié)論

四種方案分別得出的小燈泡的I-U特性曲線，如圖2。

比較甲、乙、丙、丁四種方案的曲線，發(fā)現(xiàn)后兩種方案小燈泡獲得的最小電壓為1.8 V（學(xué)生電源4 V擋，滑動(dòng)變阻器最大阻值為20 Ω），無法獲得0～1.8 V時(shí)小燈泡的電壓值，只能描出1.8～3 V之間的伏安特性曲線，該段直線表示這個(gè)區(qū)間小燈泡的電阻不變;而前兩種方案卻能讓小燈泡獲得0～3 V時(shí)小燈泡的電壓值，伏安特性曲線更完整，說明甲、乙方案電路中測量電壓范圍大。曲線在0.3 V左右發(fā)生彎曲，為減小誤差，在0.3 V左右測繪點(diǎn)要密集。

綜合四種方案可以得出結(jié)論：

（1）圖線是一條曲線，它的斜率隨電壓的增大而減小，這表明小燈泡的電阻（斜率倒數(shù)）隨電壓（溫度）升高而增大。

（2）燈泡兩端電壓在額定電壓附近變化（小燈泡接近正常發(fā)光）時(shí)，曲線的斜率幾乎不變，即燈絲的電阻值變化很小。一般情況下可忽略這個(gè)變化，認(rèn)為阻值不變。隨即教師提問“為什么白熾燈常常在打開開關(guān)時(shí)燒壞”，以解決生活中的實(shí)際問題，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識。

3.4? ? 反思創(chuàng)新階段——對探究過程與結(jié)果進(jìn)行交流和反思，質(zhì)疑創(chuàng)新，提升素養(yǎng)

引導(dǎo)學(xué)生深度思考：丙、丁方案為什么不能測得0～1.8 V的數(shù)據(jù)？甲、乙方案電路圖的區(qū)別在哪里？大膽放手讓學(xué)生充分討論，仔細(xì)分析、比較特性曲線，學(xué)生自己總結(jié)出滑動(dòng)變阻器分壓接法和限流接法的區(qū)別，并深刻體會(huì)到“要求電路中電壓（電流）從0連續(xù)變化時(shí)必須用分壓接法”。教師順勢演示滑動(dòng)變阻器的兩種實(shí)物接線，借助實(shí)物情境強(qiáng)化理解。還發(fā)現(xiàn)甲、乙方案電流表接的位置不同，哪種誤差更小呢？學(xué)生討論，教師引導(dǎo)，電壓表看作能讀出電壓的大阻值“電阻”，電流表看作能讀出電流的小阻值“電阻”，在電路中把電壓表、電流表看作一個(gè)“電阻”，生生、師生交流后得出：Rx>>RA時(shí)用內(nèi)接法，Rx<

4? ? 探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)的操作思路

探究式分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，教師是“導(dǎo)演”，學(xué)生是“演員”。教師結(jié)合學(xué)科核心素養(yǎng)和科學(xué)探究要素精心設(shè)計(jì)探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)（解決為什么教、教什么的問題）和學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)（解決學(xué)什么的問題），設(shè)計(jì)導(dǎo)學(xué)案和上課環(huán)節(jié)（解決怎樣教的問題），引領(lǐng)學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。課堂上小組交流展示，出現(xiàn)多種實(shí)驗(yàn)方案，老師不直接肯定或否定設(shè)計(jì)方案，讓學(xué)生按照自己的設(shè)計(jì)去實(shí)驗(yàn)探究，讓學(xué)生去感受和體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過程，然后大家把不同方案得到的結(jié)果拿到一起比較孰優(yōu)孰劣，形成統(tǒng)一認(rèn)識。如此，不僅能加深學(xué)生對所學(xué)物理知識的理解，更能培養(yǎng)其知識建構(gòu)的能力。

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（欄目編輯? ? 李富強(qiáng)）

收稿日期：2020-06-02

基金項(xiàng)目：本文為2018年江蘇省基礎(chǔ)教育前瞻性教學(xué)改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“普通高中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室支撐理科深度學(xué)習(xí)的教學(xué)改革實(shí)踐建構(gòu)”（蘇教基函【2018】6號）的研究成果。

作者簡介：張學(xué)慶（1978-），男，中學(xué)一級教師，主要從事高中物理教學(xué)工作，曾獲2018年度江蘇省中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說課比賽一等獎(jiǎng)，被評為2019年度全國中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能手。