基于實驗情境教學(xué) 落實物理核心素養(yǎng)

高 峰

(浙江省桐鄉(xiāng)鳳鳴高級中學(xué) 314500)

一、實驗情境教學(xué)為何能培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)

德國教育家第斯多惠曾說過:“教學(xué)的藝術(shù)不在于傳授本領(lǐng)，而在于激勵、喚醒和鼓舞.”實驗作為物理教學(xué)的一個重要組成部分，是學(xué)生對物理規(guī)律和概念獲得感性認(rèn)識的基本途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要手段，同時也是加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解與記憶.在《2018版物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中也提到了在高中物理課程中，應(yīng)注重科學(xué)探究，尤其應(yīng)注重物理實驗，這在培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和科學(xué)態(tài)度等方面具有重要地位.

具體來說通過實驗情境教學(xué)，可以發(fā)掘?qū)嶒炘谂囵B(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題能力方面的潛在價值，萌發(fā)出科學(xué)問題，萌生和理解物理觀念；還可在實驗中創(chuàng)設(shè)一些任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)中運(yùn)用科學(xué)思維，自己提煉出應(yīng)探究的科學(xué)問題，培養(yǎng)科學(xué)思維,同時提升科學(xué)探究的能力.最后實驗還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真對待實驗的態(tài)度.尊重實驗結(jié)果與事實，杜絕編造和修改實驗數(shù)據(jù)，并把實事求是的作風(fēng)帶到平時的學(xué)習(xí)和生活中去，這個就是科學(xué)態(tài)度和責(zé)任.

因此，筆者認(rèn)為實驗情境完全能夠勝任培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的任務(wù)，筆者在自制實驗情境教學(xué)方面經(jīng)歷了很多的實踐，接下來和大家一起分享.

二、依托實驗情境培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)的實踐探索

1.自制演示實驗情境有助于物理觀念的形成

“觀念”是人們對事物的主觀和客觀認(rèn)識的系統(tǒng)化之集合體，人們會根據(jù)自身形成的觀念進(jìn)行各種活動.新課程標(biāo)準(zhǔn)指出物理觀念是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì),運(yùn)動與相互作用,能量等的基本認(rèn)識,是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華,是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題的基礎(chǔ).但是有時候觀念的形成不能靠灌輸，一個自制演示實驗情境往往能解決所有問題.

案例1比如在上《全反射》新課時為了讓學(xué)生有全反射的概念這個觀念，在教學(xué)引入的過程中，可讓學(xué)生先看魔術(shù)表演“消失的硬幣”，教師將一枚硬幣壓在杯子底部，這時可從杯子側(cè)面看到硬幣，但當(dāng)往杯中注入水時，硬幣“不見”了；又如，如圖1所示，將一只空試管放入裝有水的燒杯中，讓學(xué)生從側(cè)面觀察試管的外觀，學(xué)生發(fā)現(xiàn)試管已經(jīng)變得“不透明“而發(fā)出銀光，再在試管中逐漸加入水，發(fā)現(xiàn)試管又變得“透明”了.

通過幾個小實驗，學(xué)生發(fā)現(xiàn)原有的想法和眼前的物理現(xiàn)象完全不同，產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突與悖論，好奇心被深深的吸引，求知的欲望被激發(fā)，總想問個為什么，這時就可以順理成章地引入 “全反射”的新內(nèi)容.通過這個自制實驗，對接下來理解全反射這個觀念就順利多了.

2.利用演示實驗情境誘發(fā)科學(xué)探究的問題進(jìn)而培養(yǎng)科學(xué)思維

科學(xué)思維的解讀是科學(xué)思維是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性,內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式,是基于經(jīng)驗事實建構(gòu)理想模型的抽象概括過程,是分析綜合,推理論證等到方法的內(nèi)化.通過自制實驗，讓學(xué)生觀察物理現(xiàn)象，分析物理現(xiàn)象，可以發(fā)掘?qū)嶒炘谂囵B(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題能力方面的潛在價值.教師可在教學(xué)難點和重點的地方創(chuàng)設(shè)演示實驗情境，讓學(xué)生在觀察和體驗后有所發(fā)現(xiàn)、有所聯(lián)想，萌發(fā)出能引出科學(xué)探究問題，讓學(xué)生在完成任務(wù)中運(yùn)用科學(xué)思維，自己提煉出應(yīng)探究的科學(xué)問題，培養(yǎng)科學(xué)思維.

案例2比如在《全反射》一節(jié)中，全反射產(chǎn)生的條件是教學(xué)的重點，為了使學(xué)生理解并掌握該知識點，課堂中可以自制教具，實驗用激光器與半圓形玻璃磚演示全反射現(xiàn)象，讓光從玻璃射向玻璃與空氣的界面，并逐漸增大入射角，讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象(如圖2和3)，同時，可以創(chuàng)設(shè)以下幾個問題情境引導(dǎo)學(xué)生思考與探究：①在入射角增大的過程中，折射角和反射角的大小如何變化？②折射光線和反射光線的強(qiáng)度如何變化？③入射角增大到某一角度后，折射光線消失，體現(xiàn)了什么哲學(xué)思想？④若光從空氣射到玻璃與空氣的界面上，能發(fā)射全反射現(xiàn)象嗎？

通過實驗演示與問題的設(shè)置，可以有效提升教學(xué)的效率，學(xué)生根據(jù)自身的觀察、認(rèn)識與探究，即可得出全反射的條件.

為了探究核心知識與規(guī)律，并體現(xiàn)“走進(jìn)生活，走進(jìn)社會”的新課程理念，老師還可以針對教學(xué)重點、難點，利用身邊的器材，有針對性開發(fā)實驗儀器，如圖4所示為演示全反射現(xiàn)象而開發(fā)的演示儀器，將裝有半瓶水的玻璃瓶固定在鐵架臺上，刻有角度的紙板開一孔，套在玻璃瓶上，將激光射到水與空氣形成的界面上，即可演示全反射現(xiàn)象.器材簡潔而有效，并貼近生活.

3.理論探究和自制實驗演示探究同時走，提升科學(xué)探究能力

密立根說過：“科學(xué)是在用理論和實驗這兩只腳同時前進(jìn)的.有時候是這只腳先邁一步，有時是另一只腳再邁一步，但是前進(jìn)要靠兩只腳：先建立理論再做實驗，或者在實驗中看到新的關(guān)系，再用理論這只腳推動實驗.”從中可以看出科學(xué)探究里應(yīng)包括實驗探究和理論探究，而不僅僅是很多人認(rèn)為的實驗探究.標(biāo)準(zhǔn)中指出實驗探究是指提出科學(xué)問題、形成猜測和假設(shè)，設(shè)計實驗與制定方案，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估，反思的能力，主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流、合作等要素.而理論探究是從理論的角度進(jìn)行推理，兩者同等重要，缺一不可.

案例3如圖5所示，一塊橡皮用細(xì)線懸掛于O點，用鉛筆靠著線的左側(cè)水平向右勻速移動，運(yùn)動中始終保持懸線豎直，則橡皮運(yùn)動的速度( ).

A．大小和方向均不變

B．大小不變，方向改變

C．大小改變，方向不變

D．大小和方向均改變

自制實驗情境設(shè)計：把系著橡皮的繩子固定在黑板上，拿一根鉛筆，按著題目的意思，把整個物理過程演示一遍，學(xué)生看了以后會發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉛筆向右勻速移動5cm的時候，橡皮就會在豎直方向上勻速上升5cm，在水平方向上運(yùn)動情況與鉛筆一致.實驗操作過程如圖6所示.

4.自制實驗培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑能力和科學(xué)精神

新課標(biāo)指出科學(xué)態(tài)度和責(zé)任要求學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實事求是和持之以恒的探索精神，獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和善于反思的創(chuàng)新精神，以及保護(hù)環(huán)境、推動可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感.因此高中生應(yīng)該具有批判性思維的意識，能基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，從不同角度思考問題，能否實事求是，具體問題具體分析，敢于質(zhì)疑批判老師的觀點等等.而自制實驗往往能演出不同的實驗效果，這就給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了質(zhì)疑的機(jī)會.

案例4演示實驗——“力的作用是相互的”

由于初中學(xué)過，教師常常信手拈來，推動粉筆盒(如圖7)，根據(jù)生活經(jīng)驗告訴學(xué)生，粉筆盒受到桌面施加的摩擦力，桌面也受到粉筆盒施加的摩擦力.實驗雖簡潔，但無法引導(dǎo)學(xué)生積極思考.

質(zhì)疑1：怎么知道粉筆盒受摩擦力？

學(xué)生：給粉筆盒初速度后撤去力，它慢慢停下來，說明受到摩擦力.

質(zhì)疑2：怎么知道桌子也受到摩擦力？(學(xué)生困惑)

質(zhì)疑3：要是能看到桌子動起來就好了.桌子很大，動起來有點困難，能否做個簡易的“桌子”？(學(xué)生馬上想到下面墊上一本書)

質(zhì)疑4：可是，書受到桌子的摩擦，也很難動起來啊？(有學(xué)生想到在下面放幾根棍子就容易滾了.實驗室提供的小車質(zhì)量不好，輪子常常被卡.看到這個現(xiàn)象，有學(xué)生提議：用玩具遙控車.)

一系列的質(zhì)疑，裝置慢慢被改進(jìn).果然，車往前，書往后(圖8).

質(zhì)疑5：汽車的牽引力由誰提供？(基本上每個學(xué)生都認(rèn)為是發(fā)動機(jī))

用繩子懸起遙控車，車沒往前開，只有后輪不停地轉(zhuǎn).引導(dǎo)學(xué)生了解汽車牽引力其實就是摩擦力提供.

一個簡單的自制實驗裝置，在引導(dǎo)學(xué)生層層質(zhì)疑中，啟發(fā)了學(xué)生探索的欲望，不僅看到了明顯的現(xiàn)象，還意外糾正了意識中常見的錯誤.讓學(xué)生參與到實驗創(chuàng)新中來，不僅完善了裝置，更激發(fā)學(xué)生的求知欲.

以上就是我對實驗教學(xué)提升核心素養(yǎng)的思考.伽利略開創(chuàng)了用實驗研究物理學(xué)的先河，今天的教師也要用實驗武裝自己的課堂，達(dá)到立德樹人的目的.