采用問題驅動式實驗教學模式加強核心素養培養

高春花

摘 要：實驗教學中通過設計問題，以任務為驅動，引導學生進行思考，突出了學生的主體地位和教師的主導作用。學生不再死記實驗，而是理解實驗，掌握實驗方法，達到融會貫通的目的，有效促進其知識的內化，發展思維能力，培養科學探究能力，有利于落實學科素養的培養。

關鍵詞：問題；引導；探究；實驗教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）5-0072-3

1 引 言

新課程標準（征求意見稿）提出了培養學生核心素養的要求，具體包括物質觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任等4個方面。加強實驗教學是發展學生物理核心素養的有效途徑。實驗是物理教學的基石，同時也是物理學科的魅力所在。在教學現實中，由于學生實驗能力、思維水平的不足，造成實驗教學成為初中物理教學的難點。如何才能提升物理實驗教學的效率，一直是擺在初中物理教師面前的課題，也是初中物理教師一直努力突破的教學難題之一。只有提升了實驗教學效率，實驗的物理教學基礎性地位方能體現出來，也才能夠為物理教學服務。

在教學實踐中發現，要提升實驗教學效果，可以有很多改善的方法，比如：增強實驗的趣味性、增加生生和師生合作互動等，但實驗教學難點突破的關鍵在于學生要清楚為什么要這樣做，即清楚實驗原理、實驗操作等背后的原因。為此可以在實驗教學中設計問題，以問題為任務驅動，通過問題驅動，引導學生思考、主動投入課堂，通過思考搞清楚實驗原理、實驗操作背后隱藏的道理，有利于學生內化知識、理解原理、掌握方法、發展思維能力，從而落實在課堂教學中培養學生物理學科核心素養的目的。

本文以初中物理八年級下冊“探究影響摩擦力大小的因素”為例，從問題引導猜想、理解原理、實驗器材選擇、實驗操作、實驗數據處理與實驗結論分析、改良實驗等多個方面說明問題引導下的實驗探究教學。

2 問題引導理解原理培養物理觀念發展思維能力

實驗原理的理解對于實驗教學而言十分重要，只有理解了實驗原理學生才可能掌握實驗，才能做到實驗原理的遷移和融會貫通。實驗教學中，通過設置問題，引導學生思考，改變了填鴨式灌輸實驗原理的做法，有利于提升實驗教學的效率。以問題為驅動，較好地調動了學生的主觀能動性，提高學生課堂參與的程度，能較好地突出學生的主體地位和教師的主導作用，更重要的是有利于學生透徹理解實驗原理，明白“是什么”，更清楚“為什么”，理清了實驗的邏輯，促進思維能力的發展。

在“探究影響摩擦力大小的因素”實驗中，可設置如下問題引導學生理解實驗原理。本實驗中如何測出摩擦力的大小？利用了什么原理？實驗操作的關鍵點在哪里？通過這幾個問題可以讓學生明白實驗中，要測摩擦力需要用到彈簧測力計，但是摩擦力不能直接測量，所以需要讓物體做勻速直線運動，根據二力平衡，把摩擦力的測量轉化為拉力的測量。實驗中最關鍵的操作是要讓物體做勻速直線運動。

3 問題驅動引導實驗過程培養科學探究能力

科學探究包括問題、證據、解釋、交流等方面的要素。具體指提出科學問題、形成猜想和假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。

3.1 問題引導猜想培養科學探究能力

物理方法的習得對學生的影響，遠超過物理知識本身，若干年后，學生忘記了物理知識，但是物理方法卻依然在不經意之間就用到，即學生所習得的物理方法將會成為學生的緘默知識。故而，實驗教學中應該抓住一切契機向學生滲透科學方法。猜想是一種十分重要的物理方法，也是十分重要的科學探究方法。猜想不是胡思亂想，教師應該根據學生的知識基礎、生活經驗設計合理的物理情景，并在此基礎上設問引導學生進行有理有據的猜想。

在“探究影響摩擦力大小的因素”實驗中，首先學生要知道需要探究摩擦力與哪些量之間的關系，這就要需要學生進行猜想。為了不讓學生胡思亂想，可設計如下情景：

1.到了小組換座位的時候，當你推桌子時，桌子越重，推桌子感覺越費勁還是越輕松？

2.推著箱子在水平地面上走，地面越粗糙感覺越費勁還是越輕松？

接著追問，通過以上例子，你認為摩擦力的大小可能與哪些因素有關？通過梳理學生的猜想，分析后確定影響摩擦力大小的因素有：壓力大小、接觸面的粗糙程度。

3.2 問題引導實驗器材選擇

實驗器材的合理選擇是設計實驗方案的重要前提。實驗教學中通過設置問題，要學生思考需要什么器材，為什么要用這個器材，還可以用什么器材？問題驅動下的思考避免死記硬背實驗器材的機械學習，對提升實驗教學的效率，落實科學探究能力的培養大有幫助。

在“探究影響摩擦力大小的因素”實驗中，學生通過猜想已經知道摩擦力與接觸面的壓力大小、接觸面的粗糙程度有關。所以，實驗中需要測出摩擦力、需要改變壓力、改變接觸面的粗糙程度。實驗器材的選取環節可以設置如下問題引導學生思考：測摩擦力的大小需要什么器材？如何增大物體與接觸面的壓力？如何改變接觸面的粗糙程度？通過思考，學生知道：要測摩擦力需要彈簧測力計，要改變壓力大小需要有配重的物體（如：鉤碼），需要改變接觸面的粗糙程度就需要有不同的接觸面（具體做法是在長木板上墊毛巾、玻璃等）。通過這些問題的思考后實驗器材的選擇便水到渠成。

3.3 問題引導實驗操作

實驗操作是實驗教學的核心和關鍵環節，如果只是讓學生按照教師的要求一步步機械地往后做，不清楚為何要這樣做，這樣學生的記憶會是短暫的，即使記住了學生也不會融會貫通，更不能把實驗中的實驗方法遷移到新的實驗探究中，這樣的實驗教學是低效的，甚至是沒有什么實質意義的。通過問題驅動思考，讓學生明白實驗操作背后的道理、邏輯，可以促進學生對實驗原理、實驗方法的理解，促進學生對實驗方法的融會貫通、舉一反三。

在“探究影響摩擦力大小的因素”實驗中，可通過如下問題引導學生思考、設計實驗操作步驟。要探究摩擦力大小與壓力大小、接觸面的粗糙程度之間的關系，應該采用什么探究方法？引導學生得出控制變量法后，可追問如下問題：物體在水平面上勻速直線運動接觸面的壓力等于多少？要探究摩擦力大小與壓力大小的關系，應該改變什么？如何改變？保持什么不變？要探究摩擦力與接觸面的粗糙程度的關系，應該改變什么？如何改變？保持什么不變？通過問題的思考后，引導學生得出如下操作步驟：

1.測量摩擦力大小

用彈簧測力計拉著木塊使其在水平木板上沿水平方向保持做勻速直線運動，如圖1所示。記下此時測力計的示數，根據學生已經學過的二力平衡容易得出：測力計的示數即為木塊所受到的摩擦力的大小。

2.探究摩擦力大小與壓力的關系

保持接觸面不變，改變物體對接觸面的壓力大小。將鉤碼添加到木塊上，重復步驟1。添加不同質量的鉤碼，多做幾次。

3.探究摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關系

保持正壓力不變（不增加或減少木塊上的鉤碼質量），改變接觸面的粗糙程度。

（1）將毛巾鋪放到木板上，再重復步驟1。

（2）將玻璃鋪放到木板上，再重復步驟1。

3.4 問題引導實驗數據記錄和實驗結論分析

實驗數據的記錄、處理、分析得出結論，是一個探究實驗的收官環節，也是十分重要的環節。實驗教學中，不能做完實驗之后教師包辦代替分析得出結論。只有讓學生自己分析得出結論學生的探究實驗才算成功，也才能在數據分析中習得數據處理的方法，也會對實驗結論記憶深刻，這樣實驗探究才算有意義。在這一環節，可以通過問題引導學生思考，給學生留白，把思考、分析的機會和時間還給學生，發揮學生的智慧。這樣更能激發學生樂意學習的態度，激發學生學習物理、參與實驗的積極性。

在“探究影響摩擦力大小的因素”實驗中，可設置如下問題：請設計一個表格記錄實驗數據，并與你的小伙伴分享交流，看看各自的優劣，并改善。經過學生的獨立設計、同伴交流，并在教師的指導下，最終呈現如下記錄數據的表格（如表1）。

4 問題引導改良實驗培養科學態度與責任

實驗完成后可以通過問題引導，讓學生思考實驗探究中的不足之處，并提出改進實驗方案的建議。就本實驗而言，實驗中最難、最關鍵的操作就是圖1中做到保持木塊做勻速直線運動。如果做不到二力平衡就不成立，摩擦力大小就不等于彈簧測力計的讀數。

為了降低操作的難度，需要對實驗方案進行改良。為此可以設計如下問題：本實驗中最難的操作是什么？為何？怎樣才能保證摩擦力與彈簧秤的拉力相等呢？二力平衡除了物體做勻速運動還可以是物體處于什么狀態？你覺得如何改進實驗，可保證實驗數據更準確？經過這幾個問題的思考，引導學生得出物體處于靜止狀態時，也滿足二力平衡，拉力等于摩擦力，所以可以把木塊用彈簧秤拉住保持靜止，然后把木板從下面抽出，得出圖2的改良方案。實事求是地評估原來的方案，并提出改進方案，有效滲透了科學態度與責任的培養。

參考文獻：

[1]張憲魁，李曉林，陰瑞華.物理學方法論[M].杭州：浙江教育出版社，2007：179.

[2]閻金鐸，田世昆.中學物理教學概論[M].北京：高等教育出版社，2003：5.

（欄目編輯 鄧 磊）