基于核心素養(yǎng)的助學(xué)案“物理實(shí)驗(yàn)探究”的設(shè)計(jì)思考

■王玉婷

“助學(xué)案”教學(xué)是課改進(jìn)程中凸現(xiàn)出來的一種教學(xué)形式，用其輔助學(xué)生掌握教材內(nèi)容，也是培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的一種重要媒介。助學(xué)案的結(jié)構(gòu)通常由課前自學(xué)、課堂研討、歸理總結(jié)、反饋反思幾個(gè)部分組成。教師以助學(xué)案為載體還課于生，幫助組建學(xué)習(xí)共同體，開展合作學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生自主獲得知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)方式的生成。

“實(shí)驗(yàn)探究”是學(xué)生用以獲取知識(shí)、體驗(yàn)科學(xué)過程、學(xué)習(xí)科學(xué)方法的重要活動(dòng)，也是落實(shí)核心素養(yǎng)的重要組成部分，是發(fā)展物理核心素養(yǎng)的有效途徑。本文將結(jié)合教學(xué)實(shí)例，談如何以“助學(xué)案”的形式開展“實(shí)驗(yàn)探究”，提升學(xué)生問題解決能力和科學(xué)創(chuàng)新能力。

一、依托助學(xué)案，引導(dǎo)學(xué)生多層次思維，提升解決問題能力

“歐姆定律”是初中物理課程系統(tǒng)中一個(gè)重要的物理規(guī)律，其中“探究電流與電壓和電阻的關(guān)系”是本節(jié)課的重點(diǎn)。九年級(jí)學(xué)生對(duì)于“控制變量法”的使用已經(jīng)掌握得比較到位，很容易得到要探究I、U、R三者的定量關(guān)系，必須分兩大步進(jìn)行：（1）電阻一定時(shí)，探究電流與電壓的關(guān)系；（2）電壓一定時(shí)，探究電流與電阻的關(guān)系。但是該實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)卻是一大難點(diǎn)。學(xué)生對(duì)電學(xué)的掌握理解程度參差不齊，對(duì)電路設(shè)計(jì)往往考慮不周且不能一次到位，以第一個(gè)小問題“電阻一定時(shí)，探究電流與電壓的關(guān)系”為例，筆者依托助學(xué)案，將大問題分解成若干個(gè)小問題，逐步引導(dǎo)學(xué)生多層次思考問題，最終自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖。

以下為“歐姆定律1”新課助學(xué)案中關(guān)于“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖”的內(nèi)容：

探究“電阻一定時(shí)，電流與電壓的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)電路環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)（一）：請(qǐng)你在選擇器材時(shí)思考以下信息。

1.如何獲得“導(dǎo)體中的電流”與“導(dǎo)體兩端電壓”的數(shù)據(jù)？

選擇器材：________。

2.通過一組I、U值能否得到普遍規(guī)律？________。

如果不能，如何改變“導(dǎo)體兩端電壓”的大小，以獲得多組I、U值？

選擇器材：________。

3.如何實(shí)現(xiàn)變量控制？即控制________不變，選擇器材：________。

4.其他器材：________。

環(huán)節(jié)（二）：利用你所選擇的器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路圖并畫出。

學(xué)生借助助學(xué)案完成實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)后，課堂進(jìn)入“展示和交流”階段。

師:請(qǐng)問你選擇什么器材來獲得“導(dǎo)體中的電流”與“導(dǎo)體兩端電壓”的數(shù)據(jù)？

生1:電流表和電壓表。

師:其他同學(xué)也選擇了這兩個(gè)器材嗎？

生1:是的。

師:通過一組I、U值能否得到普遍規(guī)律？

生1:不能，我利用改變電源電壓來改變導(dǎo)體兩端電壓，從而得到多組I、U值（如圖1）。

圖1

師:其他同學(xué)也采取了同樣的方法嗎？

生2:在電路中串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器，通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器來改變導(dǎo)體兩端電壓（如圖2）。

圖2

師:請(qǐng)你利用電路展板給同學(xué)們演示一下。

師:通過這位同學(xué)的演示，我們發(fā)現(xiàn)移動(dòng)滑動(dòng)變阻器，導(dǎo)體兩端電壓確實(shí)改變了。以上兩種“改變導(dǎo)體兩端電壓”方法，哪一種好一點(diǎn)？請(qǐng)說出理由。

生3:在電路中串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器的方法好一點(diǎn)，因?yàn)檫@樣可以在不拆電路的情況下就得到多組I、U值。

師:對(duì)，在電路中串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器可以控制電壓改變的幅度以便獲得多組數(shù)據(jù)，另外還可以保護(hù)電路。

師:在剛才幾位同學(xué)展示的實(shí)驗(yàn)電路中，研究對(duì)象都選擇了小燈泡。教師發(fā)現(xiàn)有些同學(xué)不是以小燈泡為研究對(duì)象，請(qǐng)來展示一下你的電路圖（如圖3）。

圖3

師:請(qǐng)問你選擇定值電阻作為研究對(duì)象的原因是什么？

生4:我選擇定值電阻作為研究對(duì)象是基于助學(xué)案中第3個(gè)問題:在研究“電流與電壓的關(guān)系”時(shí)，要控制導(dǎo)體電阻不變，而在前面學(xué)習(xí)“電阻”時(shí)，我們知道燈泡的電阻受溫度影響很大，所以不能以小燈泡為研究對(duì)象。

學(xué)生通過對(duì)助學(xué)案中一系列小問題的思考，已經(jīng)基本選定合適的器材自行設(shè)計(jì)電路，助學(xué)案中“助”的作用凸顯，助力學(xué)生主動(dòng)思考，找到解決問題的方法?！罢故竞徒涣鳌杯h(huán)節(jié)，學(xué)生通過交流與比較，對(duì)所設(shè)計(jì)的電路不斷完善，最終得出最佳的方案。尤其是在“滑動(dòng)變阻器的使用”這一難點(diǎn)上，為突破該“瓶頸”，教師請(qǐng)學(xué)生利用電路示教板來展示現(xiàn)象，學(xué)生建立了感性認(rèn)識(shí)。通過討論分析，幫助了學(xué)生找到解決問題的角度，切實(shí)提升了學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

二、依托助學(xué)案，激發(fā)學(xué)生多角度思維，培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新能力

在學(xué)習(xí)“平面鏡成像特點(diǎn)”這一內(nèi)容時(shí)，由于學(xué)生對(duì)于平面鏡的使用已積累了較為豐富的感受，所以對(duì)知識(shí)內(nèi)容的理解并不存在很大難度。但教材并沒有對(duì)要用玻璃板代替平面鏡這一教學(xué)難點(diǎn)做前期引導(dǎo)說明，而選用兩個(gè)相同的物體比較像和物的大小也是學(xué)生不可能順利想得到的。對(duì)于這些問題的解決，教師一般會(huì)要求學(xué)生先按照教材實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)，然后再反思這樣做的目的。實(shí)際教學(xué)中，筆者以助學(xué)案為引領(lǐng)，利用學(xué)生已有的知識(shí)技能逐步突破難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)“探究平面鏡成像特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，多角度研究，設(shè)計(jì)出不同的探究方法。

以下是“探究平面鏡成像特點(diǎn)”助學(xué)案中關(guān)于“實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)”的內(nèi)容：

環(huán)節(jié)（一）探究猜想1：“像和物的大小”關(guān)系。

1.生活中你是如何比較兩個(gè)物體大小的?（例如:兩支筆的大小。）

所用器材及方法：________。

說說不同的方法：________。

2.用你所選器材及方法可以比較平面鏡中的像和鏡前物體的大小關(guān)系嗎？請(qǐng)?jiān)囈辉嚒Ｈ绻尚校?qǐng)寫出你的做法；如果不可行，說說困難在哪里。

3.探究中用到的平面鏡是否妨礙到你的操作過程？若有，請(qǐng)說說在哪個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生了妨礙，怎么解決。

環(huán)節(jié)（二） 探究猜想2：“像和物到平面鏡的距離”關(guān)系。

1.要測(cè)量像到平面鏡的距離，必須先確定像的位置。如何確定像的位置？請(qǐng)寫出你的方法： 。

2.在明確像和物到鏡面距離關(guān)系時(shí)，除了用刻度尺測(cè)出距離這一方法外，還可以怎么比較呢？

環(huán)節(jié)（三） 比較自己的探究方案和教材探究方案的異同點(diǎn)。

學(xué)生依托助學(xué)案，邊實(shí)驗(yàn)邊思考，合作探究一些可行的方案。通過師生交流，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。

師:說說你們有哪些方法來確定兩個(gè)物體大小。

生5:靠在一起比一比或者用尺量一量。

師:用這些方法怎么來比較像和物的大小關(guān)系？

生6:我們組是用尺子測(cè)量的。（邊說邊演示）先用尺子放到物體旁邊量物體的高度，再貼著鏡面量像的高度。

師:像并沒有貼在鏡面上而是在鏡子后面的，那么剛才準(zhǔn)確測(cè)量到像的高度了嗎？怎么辦呢？

生7:應(yīng)該沒有準(zhǔn)確測(cè)量到，但只要看看鏡中尺子的像就可以了，因?yàn)樗N在像的旁邊。

師:看尺子的像就可以了？那你們能確定尺子的像和原來的尺子大小是一樣的嗎？所以要將尺子靠到像的旁邊測(cè)量。

生8:若將尺子放到鏡子的后面去靠近像，尺子就被擋住看不見了。

師:現(xiàn)在的問題很明確了，既要能看到前面物體所成的像，還要能看到后面的尺子，若使用平面鏡會(huì)把后面的物體擋住，不可能同時(shí)看見，那用什么呢？

生9:用玻璃板。這樣既可看到前面的像，又可看到后面放的尺子。（上前演示）

師:用靠在一起比一比的方法可以明確像和物的大小嗎？

生10:若把物體靠到像的旁邊，拿走了物體，物體的像就沒有了。

師:這個(gè)問題好。既然前面的物體不能動(dòng)，那拿什么去和像靠近呢？

生11:再拿一個(gè)和原物體相同的另一物體放到鏡子后面去靠近像來比較。還要將平面鏡換成玻璃板。

師:同學(xué)們集思廣益，發(fā)現(xiàn)“用玻璃板代替平面鏡”便于比較像與物的大小關(guān)系。這個(gè)方法對(duì)于研究“像和物到平面鏡的距離”關(guān)系是否有幫助呢？

生12:我們小組在測(cè)量像到平面鏡的距離時(shí)，就是沒有辦法確定像的位置，而用“玻璃板代替平面鏡”的方法，像的位置就很容易確定了。

教師在引導(dǎo)過程中充分利用學(xué)生的已有知識(shí)，幫助學(xué)生在使用知識(shí)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的流程中突破難點(diǎn)，得到思維訓(xùn)練。解決了玻璃板替代平面鏡和選用兩個(gè)相同的物體這兩個(gè)難點(diǎn)后，“距離關(guān)系的探究”也就水到渠成了。確定了像的位置后，距離的關(guān)系用刻度尺測(cè)量就很方便了。若用比較的方法，就要引導(dǎo)學(xué)生思考如何將兩個(gè)距離靠到一起，學(xué)生可以想到沿著玻璃板的位置折疊即可比較。學(xué)生通過比較兩個(gè)方案的異同點(diǎn)，既可以加深對(duì)探究“平面鏡成像特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)的理解，又可以培養(yǎng)科學(xué)探究中“評(píng)估和交流”的能力。學(xué)生用已有的知識(shí)動(dòng)手探究，生成問題，多角度思維，培養(yǎng)了科學(xué)創(chuàng)新能力。

總之，“科學(xué)探究”是物理學(xué)習(xí)的一種重要手段，“助學(xué)案”教學(xué)也只是一種教育形式，針對(duì)不同教育教學(xué)環(huán)境編制適合的“助學(xué)案”環(huán)節(jié)，都是以期促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和求知欲望，發(fā)展學(xué)生思考與動(dòng)手能力，進(jìn)而提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)。以上只是筆者在教學(xué)實(shí)踐中摸索而出的一些做法和想法，還有許多困惑有待思考，相信在以后的使用中會(huì)繼續(xù)探索設(shè)計(jì)能提升學(xué)生物理核心素養(yǎng)的“科學(xué)探究”實(shí)驗(yàn)方案。