核心素養(yǎng)下的高中物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

陸喜紅

【摘要】新教材實(shí)施以來，高中物理實(shí)驗(yàn)數(shù)量明顯增加，課標(biāo)對實(shí)驗(yàn)的要求越來越高.文章對驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了比較，闡述了實(shí)驗(yàn)教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)上功不可沒.以變壓器的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，介紹探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一般教學(xué)模式.并對核心素養(yǎng)下的高中物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了一些想法.

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng);高中物理：實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中無處不在.不管是物理觀念的獲得還是科學(xué)方法的總結(jié)、科學(xué)思維的提升，或是科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的形成都離不開實(shí)驗(yàn).

1 核心素養(yǎng)下的高中物理探究性實(shí)驗(yàn)

物理核心素養(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.而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)和提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)是一個(gè)很好的陣地.

傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)主要采用的是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn).它是由步驟驅(qū)使的，針對已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng).通常實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，如方案、器材等都由教師給定，學(xué)生只要按照所給的實(shí)驗(yàn)步驟依次完成實(shí)驗(yàn)，看實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否與預(yù)期相同就可以了.而探究性實(shí)驗(yàn)是在問題驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生通過探究過程來總結(jié)規(guī)律，得出結(jié)論.這樣，學(xué)生根據(jù)科學(xué)探究的一般步驟，認(rèn)識科學(xué)思想觀念，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，并在潛移默化中獲取知識.因此，探究性實(shí)驗(yàn)?zāi)茏尭嗟膶W(xué)生不斷地提出問題，解決問題，在實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)上更加具有開放性，多樣性，參與度.

鑒于實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的重要性，在2019版人民教育出版社的物理新教材中學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)由老教材的12個(gè)增加到新教材的21個(gè)，其中探究性實(shí)驗(yàn)8個(gè)、測量類實(shí)驗(yàn)9個(gè)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)2個(gè)，觀察類實(shí)驗(yàn)1個(gè)，制作類實(shí)驗(yàn)1個(gè).

2 探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一般教學(xué)模式

現(xiàn)結(jié)合科學(xué)探究活動(dòng)構(gòu)成要素，將探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程策略設(shè)計(jì)如表1.

2.1 提出問題

提出問題是進(jìn)行探究的起點(diǎn).教師可以通過設(shè)計(jì)具有設(shè)疑激趣功能的問題情境或體驗(yàn)活動(dòng)，通?？梢允锹?lián)系學(xué)生生活實(shí)際的實(shí)例，將學(xué)生的注意力集中在所要研究的問題上.學(xué)生通過對情境的觀察與體驗(yàn)，提出相關(guān)的科學(xué)問題，引出探究.

2.2 假設(shè)猜想

在第一步的基礎(chǔ)上學(xué)生利用現(xiàn)有的知識儲(chǔ)備對其進(jìn)行一些合理的預(yù)測和猜想.一方面，它集中了學(xué)生的思維.另一方面，要提出猜想與假設(shè)，學(xué)生需要調(diào)用篩選已學(xué)知識和探究問題進(jìn)行整合.教師指導(dǎo)學(xué)生做出猜想與假設(shè)的一個(gè)方法是讓小組的每一個(gè)成員各自作出預(yù)測，然后相互交流，最后各個(gè)小組形成一個(gè)共同預(yù)測.

2.3 設(shè)計(jì)方案

通過小組討論形成一個(gè)或幾個(gè)比較科學(xué)、合理的實(shí)驗(yàn)方案.主要包括實(shí)驗(yàn)采用的原理及方法、需要的實(shí)驗(yàn)器材，具體的實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表等.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案使得第二步中的假設(shè)猜想具體化，程序化.

2.4 實(shí)驗(yàn)研究

根據(jù)設(shè)計(jì)的方案，學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)探究.在此過程中，教師可以在學(xué)生遇到困難時(shí)加以幫助.此過程充分發(fā)揮學(xué)生的主體能動(dòng)性，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng).

2.5 分析論證

學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象進(jìn)行整理、歸納，最終得出科學(xué)結(jié)論.其中，處理數(shù)據(jù)是科學(xué)探究的一個(gè)重要組成部分，只有通過處理和分析數(shù)據(jù)，學(xué)生才會(huì)對探究的現(xiàn)象有深刻的理解.教師在這個(gè)過程中可以組織小組展示，在小組的交流討論中得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

2.6 評估交流

學(xué)生通過評估交流對探究方案或是實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行必要的反思和改進(jìn).學(xué)生在反思中提高科學(xué)探究能力.教師在這個(gè)過程中，要鼓勵(lì)學(xué)生大膽地用已有的科學(xué)知識和較為準(zhǔn)確的語言表述自己的探究成果.

3 變壓器的教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，引出課題（物理從生活中來）

情境1 通過觀察兩張圖片（一張變電站，一張燈火通明的廣場），提出問題：發(fā)電廠輸出的電能通過高壓輸電送到我們這里，而我們?nèi)粘Ｓ玫亩际?20V的電壓，如何進(jìn)行變壓呢？這需要有一個(gè)什么設(shè)備？

情境2 通過觀察一張有各種變壓器的圖片和一個(gè)平常用的手機(jī)充電器，提出問題：生產(chǎn)生活中有各種變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高壓降為低壓.變壓器是如何工作的呢？

設(shè)計(jì)意圖 情境1通過學(xué)生初中已知的高壓輸電到實(shí)際用電220V，形成沖突，引出課題.情境2讓學(xué)生體會(huì)到變壓器隨處可見，引起學(xué)生一探究竟的求知欲望.

3.2 問題驅(qū)動(dòng)，形成概念

師問1 觀察實(shí)驗(yàn)桌上的可拆式變壓器，回答問題：變壓器由什么構(gòu)成？

師問2 接通學(xué)生電源，小燈泡會(huì)發(fā)光嗎？

教師追問3 原、副線圈相互絕緣，小燈泡發(fā)光是誰提供的電壓？

師問4 變壓器的工作原理是什么？

師問5 變壓器在工作過程中能量實(shí)現(xiàn)了怎樣的轉(zhuǎn)化？

師問6 如果原線圈改接直流電，小燈泡會(huì)發(fā)光嗎？為什么？

設(shè)計(jì)意圖 通過一個(gè)小實(shí)驗(yàn)和6個(gè)問題串，逐步深入，充分提升學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維的核心素養(yǎng)，學(xué)生在不知不覺中解決了變壓器的構(gòu)造和原理問題.

3.3 實(shí)驗(yàn)探究，獲得規(guī)律

提出問題 副線圈電壓與哪些因素有關(guān)？

假設(shè)猜想 學(xué)生提出了這幾項(xiàng)：原線圈所加電壓，原線圈的匝數(shù)及副線圈的匝數(shù).

設(shè)計(jì)方案 通過學(xué)生自主設(shè)計(jì)和小組討論，基本確定了利用控制變量法，測量原副線圈上的電壓并設(shè)計(jì)了記錄表，確定電壓與匝數(shù)間的關(guān)系.甚至有學(xué)生提出不用現(xiàn)成的變壓器匝數(shù)，而嘗試自己繞制線圈.

實(shí)驗(yàn)研究 學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究.下面就是那個(gè)提出自己繞制線圈的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)圖和數(shù)據(jù)記錄表，如表2.

分析論證 由實(shí)驗(yàn)1得出U2∝n2；由實(shí)驗(yàn)2得出U2∝U1；由實(shí)驗(yàn)3得出U2∝1n1，綜合這三組數(shù)據(jù)我們可以說U2∝n2U1n1，如果寫成等式的話就是U2=kn2U1n1.k值是多少呢？如何來確定k值？學(xué)生提出可以代一組數(shù)據(jù)計(jì)算k值.計(jì)算得k約為1，得出結(jié)論在誤差允許范圍內(nèi)U1U2=n1n2.我們只是做了幾組數(shù)據(jù)，對于其他的匝數(shù)比是否也成立呢？帶著這樣的疑問，學(xué)生從理論上應(yīng)用電磁感應(yīng)定律推出了原副線圈上的電壓與匝數(shù)的關(guān)系，與實(shí)驗(yàn)相符.

評估交流 通過組間交流發(fā)現(xiàn)有些組實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)誤差較大，k值與1相差較遠(yuǎn)，學(xué)生帶著這樣的疑問，通過分析及教師引導(dǎo)得出理想變壓器的概念.并推導(dǎo)原副線圈上的電流關(guān)系.

設(shè)計(jì)意圖 實(shí)驗(yàn)探究的結(jié)論是本節(jié)課的重點(diǎn)與難點(diǎn).本設(shè)計(jì)依照探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一般教學(xué)模式，學(xué)生在整個(gè)流程中提升了科學(xué)思維與科學(xué)探究的核心素養(yǎng).

3.4 知識運(yùn)用，提升素養(yǎng)（物理到生活中去）

教師通過3個(gè)與生活生產(chǎn)密切相關(guān)的情境，使學(xué)生在解決問題的過程中體會(huì)學(xué)習(xí)物理是有用的.

情境問題1 請你計(jì)算一下手機(jī)充電器里的變壓器的原、副線圈匝數(shù)比是多少？

情境問題2 觀察手機(jī)的無線充電，簡要說明無線充電的原理？你覺得充電基座的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的？（拆一個(gè)給學(xué)生看看）

情境問題3? 閱讀課本科學(xué)漫步中的電壓互感器和電流互感器部分，回答問題：如何區(qū)分電壓互感器和電流互感器？給出線路中的電壓、電流值及所給的電壓表、電流表量程，學(xué)生計(jì)算互感器的匝數(shù)比.

設(shè)計(jì)意圖 情境問題1與引入新課的情境問題2，起到前后呼應(yīng)，學(xué)以致用的效果.情境問題2是當(dāng)前很多學(xué)生見過或是用過的無線充電技術(shù)，讓學(xué)生見識一個(gè)隱形的變壓器，其本質(zhì)還是變壓器的原理.通過情境問題3讓學(xué)生認(rèn)識電壓電流互感器，并會(huì)利用規(guī)律進(jìn)行簡單計(jì)算.

4 結(jié)語

培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)應(yīng)該在教學(xué)中進(jìn)行整體設(shè)計(jì).物理實(shí)驗(yàn)形象地展示了知識的研究過程，提供了大量的促使學(xué)生產(chǎn)生思維活動(dòng)的感性材料，特別有助于培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維和科學(xué)探究.針對不同的物理實(shí)驗(yàn)，也可以針對科學(xué)探究和科學(xué)思維中的不同要素進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)需要注意下面幾點(diǎn)：（1）認(rèn)真研讀教材，充分挖掘每個(gè)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的地位和作用，以及所要達(dá)成的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo).（2）教師必須先做一遍實(shí)驗(yàn).這樣能切實(shí)體驗(yàn)和掌握實(shí)驗(yàn)的全過程，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的對策.（3）以學(xué)生為主體，鼓勵(lì)學(xué)生提出質(zhì)疑和設(shè)計(jì)不同的方案.同時(shí)，必須嚴(yán)格貫徹操作規(guī)范，杜絕弄虛作假.

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