情景教學促進學科核心素養(yǎng)中“科學探究”的達成

白亞君

摘 要：以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”一課教學為載體，重點融入情景教學，在傳統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)上引入實際問題的探究，通過與實驗有關(guān)的各種情景的設(shè)定，使學生準確、快速地找到抓手解決問題，完成實驗誤差分析和體驗，促成科學探究的達成，有效地培養(yǎng)物理學科的核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：物理學科;核心素養(yǎng);科學探究;情景教學;體驗

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）15-0038-03

作者簡介：白亞君（1976-），女，河北人，本科，中學一級教師.研究方向：中學物理學科教學.

我國新一輪的課程改革，著重強調(diào)自主學習、合作學習和探究學習，科學探究成為科學教學的主要目標之一.近幾年的中高考改革在試題上更是逐漸體現(xiàn)出對學生自身綜合能力的考查，特別是中考改革中新增加的案例分析更是需要學生具備一定的科學探究和思維的能力，因此培養(yǎng)學生建構(gòu)基本的探究能力和習慣尤為重要.筆者以 “探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”一課為例，突破傳統(tǒng)實驗方式，在鉤碼質(zhì)量不斷增加，出現(xiàn)a-F圖像發(fā)生彎曲時，由學生自己發(fā)現(xiàn)問題并運用所學的知識和器材尋求解決問題的方式，發(fā)揮學生的主觀能動性，形成一定的分析、處理能力，及培養(yǎng)團結(jié)協(xié)作精神，建構(gòu)學生的基本科學探究素養(yǎng).

1 創(chuàng)設(shè)經(jīng)驗情景，發(fā)現(xiàn)物理問題，形成猜想與假設(shè)

1.1 生活中的啟示，看一看、說一說

視頻播放：十字路口紅燈變綠燈時各種類型車子啟動的場景，讓學生觀察不同車子啟動的快慢受什么因素的影響，并結(jié)合上一節(jié)學習的知識通過分析、猜想加速度與什么物理量有關(guān).學生會觀察到啟動的時候電瓶車和摩托車非?？欤f明運動狀態(tài)改變快，加速度大;而公交車啟動很慢，說明運動狀態(tài)改變慢，加速度小.

1.2 新舊知識銜接，想一想、推一推

通過前面一節(jié)牛頓第一定律的學習，學生能夠想到力是改變運動狀態(tài)的原因，再結(jié)合描述物體運動狀態(tài)改變的物理量是加速度，從而推斷出影響物體加速度大小的物理量是物體受到的力，但發(fā)現(xiàn)公交車啟動時的牽引力應(yīng)該大于電瓶車，為什么公交車啟動反而慢呢？學生帶著問題再次思考運動狀態(tài)的改變的難易程度即慣性還與物體的質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量大的物體運動狀態(tài)難改變，質(zhì)量越小的物體運動狀態(tài)越容易改變，而電瓶車的質(zhì)量小于公交車，所以推斷出加速度應(yīng)該還與物體的質(zhì)量有關(guān).

1.3 運用數(shù)學思維，猜一猜、列一列

數(shù)理結(jié)合是學好物理的關(guān)鍵，物理的規(guī)律都是構(gòu)建在一定的數(shù)學模型上的.經(jīng)過前面的觀察、推理，讓學生通過猜想構(gòu)建加速度與力和質(zhì)量之間關(guān)系的基本數(shù)學模型，依據(jù)牽引力越大運動狀態(tài)改變越快，猜想出加速度與力可能是正比關(guān)系;依據(jù)公交車比電瓶車啟動慢，猜想加速度與質(zhì)量可能是反比關(guān)系，建構(gòu)出三者之間基本的數(shù)學關(guān)系，列出簡單的表達式，為后續(xù)的研究提供方向.

通過觀察情境提出問題是科學探究的前提，否則探究則無從談起.學生首先能夠通過質(zhì)疑形成問題，再進一步地思考，就是對問題的成因進行猜想，對問題的可能結(jié)果作出假設(shè).科學猜想并不是隨意的猜測，它是指能結(jié)合自己原有的知識和經(jīng)驗，并依據(jù)所看、所想，對情境中觀察到的先行的成因或結(jié)果作出與之相關(guān)的假設(shè)并進行解釋的過程.所以在物理教學中培養(yǎng)學生的猜想能力，增強學生運用自己原有的知識和經(jīng)驗去審視所發(fā)現(xiàn)事實的意識，并提升學生觀察、分析新的事件，且在其中尋找與原有知識和經(jīng)驗類型相似的特點和規(guī)律的能力，這將有助于學生物理探究的建構(gòu)，提升物理核心素養(yǎng).

2 體驗實驗情景，進行探究體驗，激發(fā)對科學的好奇心和求知欲

“猜一猜”“列一列”的課堂體驗，以生活中學生的真實感受導(dǎo)入，把以前學習的知識結(jié)合實際運用到科學思維中，通過上述一系列活動，學生已經(jīng)做好了科學探究的準備.接下來，教師引導(dǎo)“加速度與力和質(zhì)量都存在著關(guān)系，那么通過實驗探究應(yīng)采用什么方法？怎樣利用現(xiàn)有的實驗器材測定物體的加速度？怎樣分別改變物體所受的拉力和物體的質(zhì)量？”學生通過實驗設(shè)計、相關(guān)方案的制定，從中獲取并處理信息，并基于證據(jù)分析、論證而得出結(jié)論，同時對探究的過程及結(jié)果進行分析、交流、反思、改進等，從中體會科學規(guī)律的簡潔性和普適性，激發(fā)學生探索科學奧秘的熱情.

實驗探究：用控制變量法，分別改變物體受到的拉力和物體的質(zhì)量，研究加速度與兩者的關(guān)系，通過數(shù)據(jù)表格和圖像分析得出結(jié)論.要求：運動的軌道要保持水平并盡量光滑，用鉤碼的重力作為拉動小車的動力，通過在小車上加配重片以改變小車質(zhì)量，用DIS的位移傳感器測定小車運動的加速度.

2.1 實驗一：質(zhì)量一定時，用DIS研究加速度與力的關(guān)系

步驟：（1）用天平測小車的質(zhì)量M.

（2）測鉤碼的重力（作為小車的拉力），每個鉤碼5g，一共4個.

（3）安裝傳感器，將細線連接小車，跨過滑輪系住小鉤碼，釋放小車測定加速度.

（4）將上述測得的數(shù)據(jù)記錄在表格中.

（5）保持小車質(zhì)量不變，改變鉤碼的個數(shù)重復(fù)實驗.

（6）處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，并利用實驗數(shù)據(jù)畫出a-F圖像（如圖1）.

2.2 實驗二：拉力一定時，用DIS研究加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系

步驟：（1）測鉤碼的重力（作為小車的拉力），只懸掛一個鉤碼.

（2）用天平測小車的質(zhì)量M，每個配重片的質(zhì)量為50g，一共4個.

（3）安裝傳感器，將細線連接小車，跨過滑輪系住小鉤碼，釋放小車測定加速度.

（4）將上述測得的數(shù)據(jù)記錄在表格中.

（5）保持F不變，改變小車的質(zhì)量（在小車上逐一添加配重片）重復(fù)實驗.

（6）處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，并利用實驗數(shù)據(jù)畫出a-m圖像（如圖2）.

學生討論：得到a-m圖像能否驗證之前加速度與質(zhì)量的關(guān)系？引導(dǎo)學生畫出a-1/m圖像進行驗證（如圖3）.

3 組織交流情景，鍛煉獨立思維，增強協(xié)同意識與合作精神

學生活動：通過實驗數(shù)據(jù)及圖像分析得出結(jié)論.

學生通過對實驗數(shù)據(jù)的分析和對圖像的解讀，在之前實驗學習的基礎(chǔ)上，運用控制變量的描述方法，總結(jié)得出實驗結(jié)論，從而完成對之前猜想的驗證.結(jié)論的總結(jié)可以通過學生以個體為單位，其他學生補充;或以小組為單位，通過組內(nèi)討論，形成比較完善的表述后，再派代表來陳述.學生在總結(jié)的同時，通過交流、討論，獲得最嚴密、最完善的結(jié)論.

4 創(chuàng)設(shè)實際情境，培養(yǎng)嚴謹態(tài)度和求實精神

嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的精神是科學進步和發(fā)展的必要條件，而有些物理實驗都是在一定的近似條件下才得出的結(jié)論，當條件變化時往往就不再符合既定的規(guī)律了，這也是數(shù)學公式和物理規(guī)律最本質(zhì)的區(qū)別，物理規(guī)律只有在一定的條件下才能符合數(shù)學的規(guī)律關(guān)系.本實驗在前面老師只給了學生4個小鉤碼，現(xiàn)在讓學生兩組合在一起做實驗，每組再加5個鉤碼，再次測量物體質(zhì)量不變時加速度與力的關(guān)系，因為DIS軟件的圖像擬合默認是直線，所以教師教學生用Excel表格來畫圖像，更能反映真實情況.學生做的圖像如圖4所示.這時發(fā)現(xiàn)在拉力較大的情況下，圖像不再是完美的直線，而是發(fā)生了彎曲.組織學生討論圖線彎曲的原因，是不是說明加速度與力不再成正比了？這也就是物理學中實驗的一個非常重要的部分——誤差討論.

引導(dǎo)學生從實驗的原理出發(fā)分析原因：首先在前面實驗時，我們是將鉤碼的重力直接作為拉動小車運動的拉力了，那么這兩個力真的相等嗎？如果不相等，問題在哪里？為什么之前鉤碼重力比較小時結(jié)論是成立的，而鉤碼重力變大時就不成立了？如果找到誤差的原因，我們能不能將實驗進行改進，使誤差減??？

物理學是一門實驗科學，而物理實驗更有助于培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實事求是的精神.所以，實驗的過程中更要讓學生深深地感悟到嚴謹和求實的重要性，引領(lǐng)學生在實驗中如實記錄、客觀對待所獲取的數(shù)據(jù)，并遵循基本的學術(shù)道德規(guī)范.只有尊重事實，才能發(fā)現(xiàn)問題，真正找到解決問題的辦法.

5 問題解決，促進物理核心素養(yǎng)的達成

發(fā)現(xiàn)問題的目的是為了最后解決問題，同學通過對原理的分析，發(fā)現(xiàn)鉤碼拉動小車加速運動時，鉤碼自己也在加速，實際上鉤碼的重力使車和鉤碼都沿繩產(chǎn)生了加速度.所以實際上：mg=（m+M）a，而我們之前列的關(guān)系式是mg=Ma，發(fā)現(xiàn)兩者在mM的時候是沒有太大差別的，也就是接近正比關(guān)系，但是當m逐漸增大時，m不能再被忽略掉，就出現(xiàn)了偏離正比的曲線.同學們通過對于上述誤差的分析，借用實驗室的現(xiàn)有設(shè)備，發(fā)現(xiàn)只要能直接測出拉動小車加速運動的力，所有的問題就會迎刃而解了.而實驗室中剛好有可以測量拉力的傳感器，如果將傳感器連接在小車和鉤碼之間的細線上，或者是傳統(tǒng)一點，在細線和鉤碼之間加一個彈簧秤，直接測出拉動小車的力就可以了（如圖5）.學生找到問題、解決問題，再次嘗試，最后得出了理想的、不受鉤碼重力大小限制的直線，同時也對前面的實驗結(jié)論進行了完善，加入mM的成立條件，圓滿地達成了科學探究素養(yǎng)的目標.

科學探究能力的培養(yǎng)，應(yīng)該滲透在整個物理教學過程中.無論是物理知識的教學，還是物理問題的解決，都應(yīng)引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并依據(jù)問題收集和選擇相關(guān)的信息，通過證據(jù)、運用邏輯，對問題給出合理的解釋，準確地表述問題解決的過程和得出的結(jié)果.學生能力的提升與發(fā)展，是與他們在學習中的行為緊密聯(lián)系的.要想提升和發(fā)展某種能力，就必須經(jīng)歷與之相關(guān)的過程.要使學生發(fā)展科學探究能力，就必須在教學過程中讓學生經(jīng)歷問題的發(fā)現(xiàn)與提出的過程，實施證據(jù)收集和解釋的行為，經(jīng)歷表述解決問題的過程，教學設(shè)計要融入情境設(shè)計，讓學生能親身感受，真正實現(xiàn)把培養(yǎng)學生科學探究能力的目標落實到學生探究的行為上，很好地促進了物理核心素養(yǎng)的達成.

6 結(jié)束語

科學探究是人們認識和了解自然，并從中獲取知識的主要方式，更是學生學習自然科學的一種重要方法.它是對學生的一種綜合的、關(guān)鍵的科學能力和素養(yǎng)的培養(yǎng).在探究的環(huán)節(jié)中融入情景教學，能讓學生迅速地進入情境、獲取信息、發(fā)現(xiàn)問題，讓學生獲得探究的抓手，教師在旁引導(dǎo)、輔助，設(shè)計好需要的情境，為學生提供施展的舞臺，可以高效地促進學生物理核心素養(yǎng)的達成.

參考文獻：

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（收稿日期：2021-04-28）