核心素養理念下物理“探 做 析”實驗教學實踐初探
——以“測當地重力加速度”為例

孫宏濤

(陜西省旬陽中學 陜西 安康 725700)

核心素養理念下物理“探做析”實驗教學實踐初探
——以“測當地重力加速度”為例

孫宏濤

(陜西省旬陽中學 陜西 安康 725700)

針對物理學科核心素養中實驗探究如何有效開展的問題，通過理論假設、實踐觀測、反思歸納的方法，發現通過優化實驗探究教學組織流程，可以大大提高實驗教學效果，總結得出了以“探究方案、評估優選、操作獲證、體驗感受、分析歸納、反思提高”為核心的“探、做、析”實驗教學模式.

實驗探究 測重力加速度 探做析 實踐研究

物理學科核心素養是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學特性的品質，是學生科學素養的關鍵成分，包括物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任.其中實驗探究是形成物理觀念、發展科學思維、培育科學態度和責任的手段與途徑.“實驗探究素養是提出問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋，并對整個過程和結果進行交流、評估、反思的能力”[1].實驗探究主要包括問題、證據、解釋、交流等要素.由此可見，實驗探究及實驗教學在物理學習中的基礎性作用得到了進一步的強化.

1 問題提出

基于對物理學科核心素養中實驗探究作用意義的分析，課題組于2016年1月—3月，針對中學物理實驗教學現狀，在陜南六所初、高中開展了廣泛調研，發現很多物理教師珍惜課時，不愿在實驗教學方面花費太多時間和精力，往往將理論探究與實踐操作壓縮到一節課進行，甚至只在黑板上講實驗，這樣表面上是節約了時間，但學生沒有經歷深入的理論探究過程，難免思維封閉、操作粗放、原理不清、分析不透，往往收上來的實驗報告質量很差，需大量時間講評更正，如此反而花費更多時間.如何提高物理實驗教學效果，解決實驗探究重要價值與實驗教學低效現狀之間的失調問題，成為我們課題研究的起點.

2 理論假設

當前中學物理實驗教學，按照課程標準要求不同可分為：課堂演示實驗、學生操作實驗、專題探究實驗；按照實驗設備手段不同可分為：自制教具輔助實驗、常規傳統器材實驗、數字化多媒體輔助實驗；按照實驗教學組織方式不同可分為：講練結合免做式、自主合作探究式、課外開放探究式、三環節實驗教學模式等，其中三環節實驗教學模式的研究成果之一為單樂君老師的論文《高中物理實驗教學“三環節”模式的構建》[2]，其三環節指準備實驗、自主實驗和點評實驗.

圖1 探、做、析理論構想

“中學物理‘探、做、析’實驗教學實踐性研究”課題組選擇從優化實驗教學組織方式這一維度入手，假設實驗教學的主要流程為“探做析”三環節，其主要理論構想如圖1所示，其中“探”指探究方案，評估優選；“做”指操作獲證，體驗感受；“析”指分析歸納，反思提高.并假設只要逐一落實各個環節，有序組織，恰當調控，則會使學生積極參與、深入探究、有備而做、規范快捷、交流評價、全面提升.

3 實踐研究

課題組從2015年10月起，按照“同課異構、觀課研討、集智提升、形成策略”的研究思路，先后在安康市安康中學、旬陽中學及商洛市商南中學、洛南中學高一年級的部分班級，針對高中物理力學重點實驗“探究加速度與力、質量的關系”“探究恒力做功與動能變化”“驗證機械能守恒定律”等展開了“探做析”三環節實驗教學研究，并在旬陽中學高三年級的部分班級開展了“測當地重力加速度”的實驗教學研究，初步總結出了實驗教學“探做析”有效教學組織模式.

現以“測當地重力加速度”為例，初步展示“探做析”三環節實驗教學組織范式.

【學情分析】

高三物理一輪復習中關于“實驗：測當地重力加速度”，因學生已經系統學習了高中物理知識，具有了一定的合作探究、實驗設計、數據處理、誤差分析的能力，為了進一步挖掘實驗對于拓展學生思維、提高分析能力的功效，特采用中學物理“探、做、析”三環節實驗教學法展開探究，重點展示第一環節.

【學案預設】

“實驗：測當地重力加速度”學案如表1所示.

表1 “實驗：測當地重力加速度”學案

【教學過程】

第一環節(1課時)：探究方案，評估優選

流程一：學史導入，激勵探究(2 min)

師：物理學中精確測定物理常量是一項重要而有意義的工作，例如卡文迪許用扭秤測定萬有引力常量,埃拉托色尼用立竿見影法測量地球圓周長,羅伯特·密里根用油滴實驗測元電荷電荷量等均被列入十大最美物理實驗.

今天，請同學們開動大腦，挖掘潛能，設計方案，盡可能精確地測定我們當地的重力加速度.

流程二：復習舊知，預設誘導(3～5 min)

生：自主學習，完成學案中“自主學習”所列3個問題.

流程三：合作探究，設計方案(10 min)

師生活動1：思維風暴，限時選案(2 min之內完成方案初選)

師：請各小組遵照實驗方案設計簡便性、可行性、精確性三原則，結合基礎參考方案(方案A：自由落體運動+不同的計時、測距儀器；方案B：平拋運動+不同的計時、測距儀器；方案C：圓周運動+不同的計時、測距儀器；方案D：單擺往復運動+不同的計時、測距儀器.若學生從高一起進行過類似探究訓練，則無需提供基礎參考方案)，對運動方式、測量工具、器材方法選擇進行組合分類，選定1項方案，小組代表在黑板上寫出組別及方案.

活動要求：

(1)只需寫清楚運動形式、測量工具；

(2)后選小組不能重復前面小組所選方案；

(3)若沒有選到實驗方案，則選定某一小組方案進行預設、探究、評估.

生：組內簡要交流后，由小組代表上臺寫出本組所選方案.

師生活動2：小組合作，完善方案(6～8 min)

師：請各小組針對本組所選方案，從方案表述、需測物理量、所需器材、實驗步驟等方面進行完善，將學案中“合作探究”表1-1內容填寫完整，推選小組方案解說代表.

生：方案展示小組的學生進行合作探究，完善方案；方案評估小組的學生進行預設質疑，深究細節.

流程四：交流展示，評估優選(25～28 min)

師生活動3：展示解讀，交互點評

師：請展示小組依次選派代表上臺展示并講解本小組選定的實驗方案.

生：小組方案解說代表上臺展示解說.

師：請評價小組按實驗方案設計簡便、可行、精確三原則對方案評價.

生：評價小組代表上臺質疑、評價.

師生活動4：對比分析，優選方案

師：請同學們對比以上實驗設計方案，從中選出最簡便、可行、精確的實驗方案，學習小組內6人劃分成為3個實驗小組，2人一組設計數據記錄表格，思考數據處理方法，準備下節實驗操作.

第二環節(0.5～1課時)：操作獲證，體驗感受

師：請同學們按照自己實驗小組選定的方案，準備實驗操作，采集實驗數據，注意實驗細節，做好詳細記錄.

生：進行實驗，操作獲證，體驗感受.

第三環節(0.5～1課時)：分析歸納，反思提高

師生活動5：數據處理，誤差分析

生：進行實驗數據處理及誤差分析，簡要撰寫實驗報告.

師：請以學習小組為單位，交流討論數據處理的方法與實驗結論，并思考主要的實驗誤差可能來源于哪些方面？如何減少誤差？

生：數據處理方法及實驗結論：

可能的誤差來源：__________.

怎樣減少誤差：__________.

師生活動6：學以致用,拓展提升

選擇針對實驗的訓練習題或高考題目，進行當堂鞏固，拓展提升.

【例題】(2012年高考上海卷)在“利用單擺測重力加速度”的實驗中：某同學嘗試用DIS測量周期……

【實施成效】

在“探、做、析”三環節實驗教學實施過程中，最精彩的環節、最顯著的成效在于探究方案評估優選環節，學生積極參與、踴躍發言.設計的實驗原理包括：

(1)由自由落體運動

得

或者

得

(2)由平拋運動軌跡方程

得

(3)在圓弧軌道最高點C管道內上、下各固定一個力傳感器，在C點側面固定一速度傳感器.若兩個傳感器示數相等，說明豎直方向合力等于重力，速度傳感器測出此時的速度vC，由

得

(4)由單擺周期

得出

結合不同的研究對象、測量儀器，共列舉了11種不同方案，經過論證評估，最后留下了重錘 +打點計時器、滴水法、單擺法3種簡便可行的實驗方案.

課題組組織調研了解學生對“探做析”三環節實驗教學的感受，結果表明：學生普遍認為“探做析”這種方法巧妙地將學習與思考、討論與操作結合了起來，不僅讓人明白了實驗原理、目的，更了解了多種實驗方法，特別是方案探究環節，能夠充分調動學生的學習興趣，使思維更活躍、更深刻、更清晰.

4 研究結論

“探、做、析”實驗教學體現了科學探究的完整過程.“探”環節著重體現提出科學問題、形成猜想假設、設計實驗與制訂方案等要素；“做”環節主要完成實驗獲取證據、處理信息等操作性任務，此環節中“教師應培養學生對實驗嚴肅認真的態度，對實驗結果實事求是，如實記錄實驗數據，并把實事求是的作風帶到平時的學習和生活中去”[3]；“析”環節則需基于證據得出結論并作出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思，促進物理學科核心素養的全面滲透與有效培養.

“探、做、析”三環節實驗教學實踐的實質是通過理順教學組織程序，培養實驗探究素養，落實有效教學的嘗試，比起常規“先講后做再報告”這種方式，學生參與課堂的積極性明顯提高，學習主動性明顯增強，且課題組實踐教師普遍感覺“探、做、析”實驗課堂充滿活力、生機盎然，因為課堂上學生活躍的思維可激發出無限的精彩.雖然我們課題組的探究剛剛起步，但我們相信這種方式一定是有價值、有生命力的，我們定會在探索的征途上持續深究、完善細節、規范程序、提煉推廣.

(相關過程性資源，敬請關注我們課題組博客：http://blog.sina.com.cn/sunhongtao2015)

1 陳小平.創新實驗設計,培養高中生的物理核心素養.課程教學研究，2016(10)：67～71

2 單樂君.高中物理實驗教學“三環節”模式的構建.讀寫算(教師版):素質教育論壇,2012(18):123～125

3 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗).北京：人民教育出版社，2003.52

2017-03-24)

*陜西省教育科學“十三五”規劃課題“中學物理‘探、做、析’實驗教學實踐性研究”階段成果之一，項目編號SGH16B367