基于學科核心素養的初中物理實驗復習課教學

林君祥

(浙江省嵊州市教研室,浙江 嵊州 312400)

在當前的考試制度下,迫于有限的教學時間,繁重的升學壓力,我們的課堂教學一直在傳統與創新之間糾結．從本地區近階段的實驗復習課教學活動調研情況來看,雖說有少部分教師能立足于真實的生活情境,引導學生自主建構知識,形成嚴謹的科學思維,但也感受到了愈加濃烈的應試味道,多數復習課仍以“考試條目”為基準,適當拓展教材內容的形式呈現,課堂設計大多是由“教師羅列考點-投影呈現考題-學生解題析題-知識遷移拓展”4步組成,即學生對知識掌握的熟練程度和解題水平的提升仍被認定為是復習課的主要目的．

實驗是物理教學中的重要內容,也是激活學生思維的重要方法．教師對實驗內容的復習教學應打破教材中的演示實驗、學生實驗的局限,要創設新的實驗情境,或能適當整合、優化教材實驗,讓學生以實驗為載體,以問題為線索,實現思維與實驗相融合,為學生的探究、發現和創新提供開放的時間與空間．處于教學一線的教師更應將課堂教學的重心由“三維目標”的落實逐漸轉向學生的“核心素養”的形成和發展,根據學科特點,以學科本質立意,結合具體的教學案例進行合理的教學設計,從“科學知識、科學探究、科學思維和科學態度”4個維度來強化學生的核心素養．

1 創設實驗情境,建構科學知識

實驗的教育功能之一是有助于學生形成科學概念．隨著學習過程的不斷深入,學生對概念的理解會逐步加深,最終會形成一個相對完整的概念,因此教學中情境的創設也應多角度、多樣化,把我們的教學目標從知識的獲取轉到能力的提升上來,進而促進學生核心素養的形成．

案例1.教科書中,壓強計是用來探究液體內部壓強特點的實驗裝置,整個實驗過程運用控制變量的方法來完成,最后還要對多組數據進行分析,才能得出結論．復習課時我們不妨創設如圖1、2所示的實驗情境來進一步建構液體壓強特點,使得實驗現象更為直觀,操作上也更為簡單．

情境1:如圖1的實驗現象,可得出的結論是什么?

情境2:如圖2的實驗現象,可得出的結論又是什么?

圖1

情境3:為使圖2中橡皮膜既不向左凸,也不向右凸,可采用的方法有哪些?并對這些方法進行驗證和解釋．

建構主義的學習觀認為,學習不是被動地接受知識,而是對知識的自主建構．學生在學習知識之前,都有自己的前認知,新的實驗情境可以與教材中實驗的不同角度來認識和理解同一知識.這體現了建構主義的思想．科學是講究實證的,需要用事實對情境作出回答,但科學也是需要思辨的,需要對實驗的結論作出合理的解釋．在上述案例中,教師并沒有止步于情境1和情境2,而是進一步引導學生應用得出的實驗結論去驗證和解釋新的問題情境.這樣的方式會使知識更加深植于學生的頭腦中．

2 優化實驗方案,提升探究能力

通過初中階段的學習,學生應具有一定的實驗探究能力,其中能根據探究目的進行實驗方案的設計、評價、改進、交流和實施都是科學探究的要素之一．復習課時,學生已具有較為完整的知識體系.在這一教學環節中,教師可以從方案的設計到方案的評價,從方案的優化到方案的再設計等方面,給學生充分思考與交流的機會,讓學生收獲的不僅僅是知識,更是學習的態度和學習的能力．

圖3

案例2.教科書中,采用的是在水平放置的長木板上放一物塊,用彈簧測力計勻速拉動物塊的方法來測出物塊受到的滑動摩擦力(如圖3)．因為學生在前一節剛學習了“二力平衡的條件”,因此在理論上只要滿足物塊作勻速直線運動這一條件,它在水平方向上受到拉力和摩擦力就互為平衡力,大小相等．新授課時,由于學生還不知道影響滑動摩擦力大小的因素有哪些?教材對這一內容如此處理是有其內在的邏輯合理性的．但事實上,師生在實驗過程中發現彈簧測力計拉動物塊時,很難控制物塊做勻速直線運動,致使彈簧忽長忽短,導致在運動過程中彈簧測力計的示數很難讀取．而復習課時,學生已經學習了滑動摩擦力的大小只與壓力大小、接觸面的粗糙程度兩個因素有關,與物體運動的速度大小無關．因此,復習課時完全可以讓學生從教材實驗的不足出發,對滑動摩擦力的測量方法進行優化,并讓學生討論后交流改進方案．

改進方案1:用一個轉速較慢的小電動機來替代人手拉動彈簧測力計,這樣可以保證勻速拉動物塊,方便讀數(如圖4)．

改進方案2:固定彈簧測力計的一端,另一端勾住物塊,拉動木板(如圖5)．由于彈簧測力計和物塊相對地面是靜止的,即使木板沒做勻速直線運動,對讀數也沒有影響．

圖4

圖5

然后讓學生從器材的取得、操作的簡易程度等方面繼續對這些方案進行綜合評價,并讓學生根據最優方案進行實證．

案例中讓學生對實驗方案進行改進的做法,其目的不僅僅是讓學生設計出一個科學可行的方案供后續實施,更重要的是讓學生在設計過程學會從不同角度來創新實驗方案設計．通過生生互動對方案作出科學的評價,讓學生認識到一個方案存在合理之處的同時,也可能存在不足之處．當所設計的方案不夠理想時,可以對這一方案進行辨析和優化,讓學生領會方案優化可以從原理、器材、操作等方面展開．讓學生經歷方案優化的整個過程,就是學生探究能力提升的過程,既突顯了學生的主體性,也體現出探究的本質特征．

3 細化實驗過程,啟迪科學思維

為提高實驗教學的效果,教師需要對實驗的一些方法和步驟進行細化處理,以便在課堂上師生之間、生生之間形成一種良好互動．細化實驗過程不僅可以引導學生仔細觀察實驗過程,并深入思考每一步實驗操作的前因與后果,幫助學生理解并掌握科學知識,進而提高實驗教學的質量,還可以培養學生思維的嚴密性和深刻性,以及學生的實驗探究能力和問題解決能力．

案例3.探究“電流與電阻的關系”的實驗,常規的教法是分為以下5步進行．

(1) 提出問題:電流與電阻存在怎樣的關系?

(2) 設計實驗方案:(控制變量的方法,如保持電壓表示數為3 V不變,多次改變定值電阻Rx的阻值,記錄相應的電流值)

(3) 設計電路圖(如圖6),并正確連接電路．

圖6

(4) 當定值電阻為5 Ω時,調節滑片位置,使電壓表示數為3 V,記錄電流表的示數．

(5) 將定值電阻從5 Ω改為10 Ω、20 Ω時,重復第4步實驗,獲得3組數據,分析得出結論．

但事實上,學生在實驗過程中會遇到一系列的問題,尤其是第5步操作,當學生的更換電阻后,接下去應該怎么操作?這樣操作的依據是什么?這些細節問題正如梗在學生喉嚨中的刺一般,讓他們難以消化和吸收,并對今后的理解和應用產生困難．因此教師需要對這一步驟作進一步的細化處理．

(1) 將定值電阻從5 Ω改為10 Ω時,讓學生觀察電流表和電壓表的示數變化情況(I<0.6 A,U>3 V),這時應停一下,讓學生思考:① 為什么會出現這一現象?② 為使電壓表示數變為3 V,應怎么操作(變阻器的滑片應向哪一邊調節)?③ 這樣調節的科學原理是什么?

(2) 將定值電阻改為40 Ω時,重復第4步實驗,無論怎樣移動變阻器滑片的位置,均無法使電壓表的示數變為3 V,原因是什么?解決這一問題的方法有哪些?

實驗并非簡單的機械操作,培養學生的實驗操作技能也不是實驗教學所要追求的唯一目標,實驗需要學生做到手腦并用,將實驗操作與科學原理相聯系,可以讓學生在實驗中得到思維的訓練．上述案例中,教師不是簡單地讓學生根據教材實驗方案去自行操作,而是對某些步驟以問題串的形式進行了細化．這些具有一定思維品質,同時又有一定層次性的問題,可以充分暴露出學生學習過程中存在的問題,再讓學生在具有挑戰性的真實問題情境中,進行著分析、討論等學習活動,觸發了學生的深度邏輯思維,進而理解教材實驗的設計意圖．

4 正視實驗意外,彰顯科學態度

課程標準指出,學生應具備“能尊重事實和證據,不迷信權威,具有獨立思考、敢于質疑和批判的創新精神”的素養．一直以來,用課堂的預設來搏取教學的精彩是教師們的不懈追求．然而,“本真”的課堂是一種充滿活力,充滿靈性的,有動態生成性資源的課堂．師生在實驗中一旦發現疑問,就要尊重觀察到的事實,并基于師生對科學本質的理解、對科學精神的領悟,對觀察到的現象作出合理的猜想,使實驗得以繼續延伸,最終對實驗的意外作出科學的解釋.這樣的做法有利于在實驗中形成嚴謹的科學態度．

案例4.學生在分組完成“平面鏡成像規律”的活動時,發現物體在玻璃板后形成了“疊影”(兩個像)現象(如圖7),十分好奇,并產生了“物體在平面鏡中為什么會形成兩個像”這一疑惑．如果此時教師把課本的結論強加給他們,會讓學生產生不尊重事實的不良后果,也與求真求實的科學精神相悖．最合理的處理方法是與學生一起進一步探究實驗中發現的問題,直至得出“疊影現象跟鏡面具有一定厚度有關”的結論．甚至還可以采用兩塊玻璃板來模擬厚玻璃進行了驗證(如圖8),使這一意外的發現得到圓滿地解決．

圖7

圖8

意外也是一種教學資源,可以挖掘出許多閃光點;質疑更是一種可貴的科學精神,教師應當始終處于積極的準備狀態,敏銳地捕捉學生在課堂上閃現出的光點,從而使課堂在學生質疑中不斷走向深入,使課堂變得更加真實而有靈性．對實驗意外的出現,我們必須實事求是,絕不能遮掩搪塞,本著嚴謹的科學態度,堅持不懈地去探究真相,找出問題的原因,這是物理的核心素養要求之一．

布魯納教育的思想認為,所謂知識,是過程,而不是結果．學生的核心素養的形成雖然離不開知識作為背景,但素養本身并不屬于知識,核心素養的形成具有自身的機制和規律．從教師的傳授到學生的接受這種口授式的教學只能給予關于素養的知識而不是素養本身．實驗的設計和開展能有效地將知識和探究融合在一起,要為學生提供一個主動參與、積極思考的自主學習的過程,要讓學生在實驗探究的過程中提升解決問題的能力,久而久之,這些學習的過程和提升的能力終將內化為學生自身的素養．