以核心素養為導向的中學物理探究實驗教學改革淺析

王維

【摘 要】2016 年6月3日，世界教育創新峰會（WISE）與北京師范大學中國教育創新研究院在北京師范大學共同發布了《面向未來：21 世紀核心素養教育的全球經驗》研究報告。報告中提到全球各國關注的焦點：面向未來，社會到底需要什么樣的人？他們應該具備哪些素養？如何培養未來的公民，以使他們能夠更好地適應21世紀的生活和工作？現在，當今世界各國教育都在聚焦對于人的核心素養的培養[1]。核心素養是指學生借助學校教育所形成的解決問題的素養與能力。新課程改革呼喚高度重視對學生核心素養的培養，實驗探究是中學物理學科核心素養的重要內容，觀察是物理實驗探究教學的切入點，實驗探究是中學物理教學閃光點，思維是中學物理實驗探究教學的發散點。

【關鍵詞】中學物理實驗探究教學；課程改革；核心素養

一、問題的提出

二十一世紀是“知識社會”的時代，在知識社會里，基礎教育最需要培育學生的“創造性”學力，而“創造性”學力的育成不僅僅是靠知識的習得與再現的“記憶型”學力，更要靠能動的“思考型”學力。因此，隨著時代的發展許多發達國家的教育目標出現了變革，在學科的知識技能之上，強調了批判性思維、決策能力、問題解決、自我調整等高階認知能力和溝通、協調等社會技能，以及反省性思維、自律性、協作性、責任感等人格特征與態度。對“核心素養”的研究也就越來越受到各國教育界的高度重視。經濟合作與發展組織（OECD）于2005年提出的“核心素養”結構模型，就是希望解決：基礎教育培養的學生應具備哪些最核心的知識、能力與情感態度，才能確保學生適應未來的社會，才能在滿足個人發展需求的同時去推動社會的進步。

教育部在2014年3月印發的《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》（以下簡稱《意見》）中首次提出了“核心素養體系”概念，并將這一概念擺在深化基礎教育課程改革、落實立德樹人目標的基礎地位，成為我國新一輪基礎教育課程改革的靈魂。

《意見》強調要根據學生的成長規律和社會對人才的需求，把對學生德智體美全面發展總體要求和社會主義核心價值觀的有關內容具體化、細化，深入回答“培養什么人、怎樣培養人”的問題。因此，本次的中學課程改革就要提出學生發展的核心素養體系，給出“核心素養”的概念界定。明確指出：“學生在接受相應學段的教育過程中，應逐步形成適應個人終身發展與社會發展的人格品質和關鍵能力”。根據《意見》要求，教育部課程中心組織中學各學科《課程標準》研制組研究制定中學各學科的學業質量標準，明確提出學生在各年級各學科的學習中應達成的核心素養要求。

“核心素養體系”是不同學段育人目標和任務的依據。根據《意見》的要求，在提出“核心素養體系”后，這一體系自然也就成為中學各學科《課程標準》的修訂依據，也自然成為中學物理核心素養提出的依據。

二、實驗探究能有效促進中學學生科學素養的提升

物理學作為一門基礎自然科學，其所有內容都有實驗基礎、邏輯思維和教學表達這三種要素。物理學主要有四個特點：（1）物理學是一門與生活實踐聯系密切、應用廣泛的基礎科學。（2）是一門帶有方法論性質的科學。（3）是一門實驗科學。（4）是一門嚴密、定量的精密理論科學。基礎教育階段，物理學是一門生活氣息濃厚的學科，較其它學科，它與實驗和生活實踐聯系更為密切，所以探究學習的觀念和方法更容易與物理課堂教學相結合，有效推進素質教育。

中學物理學科核心素養包括物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任四個方面，實驗探究是中學物理學科核心素養的重要內容，指在教師的引導下，讓學生積極主動參與到科學實驗探索過程中，教師引導學生模擬科學家分析問題、解決問題的過程，使學生體會到科學家如何面對疑難情境，學會搜集和加工需要的新資料，最終達到問題解決的探究過程，從而獲得在真實生活情境中發現問題、分析問題、解決問題的能力的教學活動，最終實現學生的創新精神和實踐能力的培養目標以及教師提高教育教學水平和質量。在此階段的物理教學不僅要注重科學知識的傳授和技能的訓練，更要注重對學生學習興趣、探究能力、創新意識以及科學態度、科學精神等方面的培養[2]。

1、中學物理實驗探究的教學模式

探究教學基本模式：導入→探究→應用→拓展→總結

由于教學目標、教學內容特點，教學資源條件及學生知識、能力基礎等差異，教學模式在具體應用上可呈現出一定的變化，主要是課堂環節的增減和環節順序的變化。所以中學物理實驗探究教學通常按下列模式組織實施：

提出問題→猜想與假設→制定計劃與設計實驗→進行實驗與搜集數據

→分析與論證→評估→合作與交流

2、中學物理實驗探究教學策略

（1）觀察是物理實驗探究教學的切入點。

中學物理實驗學習離不開科學探究，而觀察是科學探究的一種最基本手段。物理實驗探究學習是從發現問題開始的，而問題的發現又源于觀察。培養學生的觀察能力的首要措施就是教師要適時提出或引導學生自己提出一些有價值、有興趣的問題，或向學生介紹一些有趣的知識，使學生樂于去觀察、去發現問題。

（2）實驗探究是中學物理教學的閃光點。

物理教師應按照物理學科特點，以實驗為基礎，創造條件，使教學活動圍繞著實驗來進行，并盡可能保留探究的性質，把教學活動變成“模擬的科學發現過程”。經分析發現，教材中的學生實驗，有的已為學生做好了設計方案，主要是培養學生的實際動手操作能力和對實驗結果的分析能力，有的則只給學生提出了問題，其余部分如制定計劃、實施計劃、分析結果、得出結論等完全要靠學生自己去獨立完成，這對培養學生的綜合實踐能力很有積極的作用。

（3）思維是中學物理實驗探究教學的發散點。

中學生思維發展迅速，主要特點是抽象邏輯思維開始占相對優勢，而好奇心和探究求知事物是他們的天性。中學生富于想象力和觀察力，常常提出一些新設想、新見解，或樂于嘗試一些新方法，在思維方面表現出更多的創造性。而中學物理實驗的探究教學，正是要在課堂教學中抓住學生的這些心理特征，使他們的發展思維始終處于活躍狀態，學生的思維活躍了，才能掌握知識，發展智力。

（4）中學物理實驗探究具有很強的問題性、開放性和探究性。

探究學習中，圍繞問題的提出和解決問題，組織學生開展學習活動，是以問題為載體，整個學習活動以問題的發現和解決自成序列。所以，中學物理實驗探究教學應具有很強的問題性教學策略。由于要研究的問題來源廣泛，所以它是一種開放式的學習，應具有很強的開放性教學策略。教學的本質對學生來說是對未知事物的探究，通過科學探究活動，學生不僅可以學到知識，還可以體驗科學探究的過程，加深對知識的體驗，從而提高探究能力。所以，中學物理實驗探究教學應具有很強的探究性教學策略。

（5）選好探究課題是中學物理實驗探究教學的基礎。

①根據教學目標選擇課題。在探究教學中確定是否用探究教學，哪些內容用探究教學，教師應有明確的目標意識，根據目標的側重點選擇教學方法。一般來說，強調過程與方法目標的內容更應進行探究教學。

②根據學生已有的知識和能力基礎確定探究課題。一個有難度但又能讓學生獲得成功且又足以引發探究的問題才能激發學生的求知欲望，并能就現象發生的原因和方式提出一些相關的問題，也只有適合于學生又有意義的課題才能開展有收獲的探究活動。

③充分考慮具體的教學資源條件選擇課題。在確定課題時，應充分考慮學生獲得信息的可能渠道：圖書、資料、網絡等。物理中，很多假設需要實驗來驗證，實驗器材，哪怕是自制器材的可能性都應納入考慮范圍，或者提供給學生獲得實驗器材的可能渠道及線索。

④根據學生的生活、活動經驗選擇課題。與日常生活密切相關的問題是最能激發學生探究熱情的課題，特別是學生在活動中通過觀察、思考獲得的問題，教師應充分予以重視，并大膽鼓勵學生積極探究。同時教師在確定課題時又必須充分考慮學生的生活經驗，特別是城、鄉學生的生活環境有很大的差異，就是同一區域的不同學生也存在差異，為此，教師應深入調查了解，根據實際情況確定課題。

（6）激發探究熱情是中學物理實驗探究教學的關鍵。

探究學習的重要特征之一就是有廣泛的參與性，學生有興趣，求知欲強，都樂于參加。所以創設情景、目標激勵、成功體驗等是激發研究熱情的有效方法。

①創設問題“情景”，要求提出的問題有較強的趣味性與誘導性。一節新課，如何導入是關鍵。“問題導入法”是教師常用之法，然而探究學習提出的問題，不但要有“思考性、趣味性”，還要有“承上啟下”的作用，更重要的是應該能引入研究的契機，引入知識的生長點。

②創設“實驗”情景，讓學生探究實驗奧秘的欲望。研究物理規律，多數是要通過實驗來完成的，但教學中必須避免“驗證性”實驗，因為那樣還是將課本知識、結論強加給學生，而不能通過探究使學生自己建構本節課的知識體系。

三、中學物理實驗探究的方式

1.演示實驗讓學生自主設計完成

傳統的演示實驗教學，只是讓學生看教師表演，先是“教師做，學生看”，后是“教師講，學生聽”，缺乏對知識深入引導和研討，阻礙了學生主動學習和親自探索知識，如能將一些演示實驗進行改進，讓學生去自主探索，經過分析、討論，透過現象看本質，則會從中悟出很多課本上學不到的知識。例如：在研究焦耳定律的演示實驗中，我是這樣處理的：提前在課前布置預習本節課，以思考題的方式向學生展示本節課的演示實驗課題──研究電流通過導體產生的熱量與哪些因素有關，要求學生利用自習課時間，實施以下過程：

1.1自主設計實驗方案

設計實驗方案關鍵是讓學生考慮好實驗原理，怎樣將電流通過導體產生的熱量變為可以觀察比較的對象。學生們充分發揮想象，不同的實驗方案達十余種，有的甚至比教材上的方案還簡單易行，有的讓火柴梗吸收電熱升溫達到著火點而燃燒，有的讓燒瓶里的空氣受熱膨脹而使玻璃管的紅水柱上升，有的讓燈絲發熱升溫而發光……這樣表演性演示實驗變為開放性研究實驗，極大激發了學生學習和研究物理知識的積極性，培養了學生的發散思維和創造性思維能力。

1.2自主選擇實驗器材

在完成設計后，有的同學到實驗室借實驗儀器，有的學生找老師幫忙安裝實驗裝置，有的學生自己制作一些小器材，這樣變純觀察性實驗為創造性操作實驗。

1.3自由組合，探索研究

經過交流，有一些同學的實驗方案相近似，于是他們就自動組合，在實驗過程中，互相交流切磋、溝通、共同研究。在交流中學會團結協作，在互幫互學中，共同提高。

2.學生實驗讓學生自主探究

如果每次物理實驗的實驗目的、儀器準備、操作步驟、實驗報告全部都由教師預先設計好，學生只進行“按方抓藥”、“照圖施工”，那么長此以往學生在實驗過程中就不再會有濃厚的實驗興趣。因此，教師要適時、適量地改進實驗課的教學組織形式，創設一些開放型的探究式實驗。當學生已經熟悉實驗的流程后，應該嘗試讓學生適當地親身經歷設計方案，選擇儀器，制訂步驟，設計表格，收集信息，處理數據，得出結論，實驗評價等實驗過程中的某個環節，使學生真正進入科學學習的狀態和角色。當然在實驗中教師應適當地引導和幫助學生樹立自主實驗的信心，并對他們的實驗進行評價，指出學生在實驗中操作上或思維上的“閃光點”。對于實驗過程中出現的異常現象，要激勵學生進一步探索、分析原因，從中有所發現。通過探究式實驗，不但能使學生掌握基本儀器的使用方法，基本實驗原理及其設計，實驗數據的處理方法，能力型實驗的研究對策，培養學生實事求是的實驗態度，團結協作的能力，敢于懷疑的精神和探索創新的意識等，還能使學生懂得要變換角度、變換問題去認識同一件事，例如：測電阻的實驗，可以使用不同器材，不同方法，不同電路，其方法很多，有伏安法、滑安法、滑伏法、替代法、半偏法等，電路也有內、外接法，限流、分壓接法等。而共同點都應用了部分或閉合電路的歐姆定律。

3.課外小實驗引導學生參與實踐

鼓勵學生充分利用課余時間做好課外小實驗、小制作，調動學生的興趣和積極性。各種物理實驗，從某種意義上說，都是一種特殊的、直觀的實踐，學生在動手完成各種小實驗、小制作過程中，思維異常活躍，學習欲望高漲，參與意識增強，都迫切地希望進一步探索問題。

根據中學物理新課程標準中的部分知識點選作“實驗探究”的案例，培養學生終身學習能力，使學生能達到能提出問題、猜想與假設、設計實驗與制訂計劃、進行實驗與收集證據、分析與論證的初步階段，為以后評估、交流與合作等更進一步的探究打下基礎。

四、結束語

總之，為適應時代和學生終身發展的需要，我們物理教師要努力提高自身素質，對中學物理實驗教學進行深入的研究，在實驗教學中不斷摸索和改進，激發學生探究物理規律的熱情，培養學生動手實驗的能力。只有這樣才能切實提高物理實驗教學的效果，才能在物理實驗這一廣闊的天地，造就出一批具有創新能力和實踐能力的高素質人才。

【參考文獻】

[1]顧明遠.核心素養：課程改革的原動力[J].人民教育，2015（13）：17-18

[2]廖伯琴. 高中物理新課程的反思與課標修訂建議[J].基礎教育課程，2013（1-2）：50-56