基于“科學探究”的物理分組實驗教學模式初探

◇ 申傳領(lǐng)

近年來，全國各地各校都進行了不同層次的“核心素養(yǎng)”的培訓與推進，掀起了“基于學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)與教學改革”的研究熱潮．筆者承擔了山東省“十三五”教育規(guī)劃課題——基于“科學探究”的物理分組實驗教學研究，現(xiàn)將課題成果與廣大教師分享．

1 關(guān)于核心素養(yǎng)的理解

對教育核心的探討是一個變化和動態(tài)的過程．之所以變化，是因為教育的核心不僅受歷史、文化等因素的影響，還與社會發(fā)展息息相關(guān)．國際教育發(fā)展的潮流大致經(jīng)歷了三個不同的階段:最初的“知識導向型”，中期的“能力導向型”，現(xiàn)在的“素養(yǎng)導向型”．

21世紀培養(yǎng)的學生應該具備哪些最核心的知識、能力與情感態(tài)度，才能成功融入未來社會，才能在滿足個人自我實現(xiàn)需要的同時，推動社會發(fā)展進步呢?不同的國家或國際組織的答案是不同的．

表1

為了順應國際教育潮流發(fā)展，深化我國課程改革，落實立德樹人的根本任務(wù)，教育部在2014年3月印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》中提出了“核心素養(yǎng)體系”的概念，對構(gòu)建核心素養(yǎng)體系進行了頂層設(shè)計．中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)框架是以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心的素養(yǎng)體系，包括人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當、實踐創(chuàng)新六大核心素養(yǎng)．

2017年版高中物理課程標準明確指出:學科核心素養(yǎng)是指凸顯學科本質(zhì)，具有獨特重要育人價值的素養(yǎng)．具體到高中物理學科核心素養(yǎng)，包括物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任四個方面．其中的“科學探究”素養(yǎng)部分，對原來課程標準下的七個要素進行了重新概括:1)具有科學探究的意識，能發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜測．2)具有設(shè)計實驗探究方案和獲取證據(jù)的能力，能正確實施實驗探究方案，使用各種科技手段和方法收集信息．3)具有分析驗證的能力，會使用各種方法和手段分析、處理信息，描述、解釋實驗探究結(jié)果和變化的趨勢．4)具有合作與交流的意愿和能力，能準確表達、評估和反思實驗探究過程與結(jié)果．“科學探究”的素養(yǎng)主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素．

2 物理實驗教學的現(xiàn)狀

物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學，實驗教學是物理教學的重要組成部分，占有十分重要的地位．它是物理學的基礎(chǔ)，也是學習物理的重要方法和手段，實驗教學貫穿物理課堂教學始終．由于受應試教育及其他因素的影響，中學物理實驗教學依然是物理教學中一個相對薄弱的環(huán)節(jié)．從操作層面上來看，實驗教學的誤區(qū)大致分為三個方面．

1)“講”實驗．從應試教育的角度，有的教師認為考試，尤其是高考不考查學生實驗操作，學生會不會動手進行實驗操作沒關(guān)系．只要記住實驗的一些要點，例如實驗的原理、儀器、操作步驟、注意事項等，只要會考實驗就行了．感覺“做實驗不如講實驗”來得實在．物理實驗的教學往往停留在“重知識，輕方法”“重結(jié)論，輕過程”“重講解，輕動手”上，忽視了學生實驗素養(yǎng)的培養(yǎng)．

2)“看”實驗．由于現(xiàn)代教學手段在物理學中逐漸得到應用，有的物理教師采用多媒體動畫來模擬和代替實際的實驗操作和實驗現(xiàn)象，通過視頻“看”實驗操作變成了“看視頻”“看投影”，認為這樣可以省去實驗過程中的各種麻煩，既省時又省力，對學生進行分組實驗的積極性就更不高了．事實上，由于學生缺少了經(jīng)歷實驗的實際過程，沒有親自動手操作，缺乏對實驗的實際體驗和真實感受，在遇到一些實際的物理問題時，常常感到束手無策．

3)“模擬”實驗．隨著課改的逐步深入，國家對基礎(chǔ)教育的投入不斷加大，開始出現(xiàn)了標準的物理實驗室，實驗器材也得到了極大的豐富和充實；與此同時，很多學校也配備了專職的實驗教師，專門開展物理實驗的教學．但仍然有很多教師認為學生實驗是為理論教學服務(wù)的，主要是增強學生對物理概念的理解，出現(xiàn)了“模擬”實驗的現(xiàn)象．每當學生需要分組實驗時會提前準備好所有實驗器材，為學生講清楚實驗的步驟和注意事項，學生只需要按部就班進行操作即可，根本無法體現(xiàn)學生自己的想法，更別提培養(yǎng)創(chuàng)新能力了．

3 學生分組實驗的“申請—審核”模式

在核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求下，目前的實驗教學模式已經(jīng)無法滿足新課改的要求，為此我們提出了一種新的學生實驗模式——“申請—審核”模式．從問題、證據(jù)、解釋、交流的流程上豐富學生的探究能力，以此培養(yǎng)學生的“科學探究”素養(yǎng)；同時利用多媒體和信息技術(shù)，創(chuàng)建“學生實驗影音資料庫”，豐富學生綜合素質(zhì)評價信息，為高考錄取提供有力的依據(jù)．

3.1 主要內(nèi)容

本課題的主要目的是建立一種學生實驗模式——“申請—審核”模式，它是一種類似課題申請的新方式，其流程為:實驗申請—實驗審核—實驗反饋—實驗實施—反思總結(jié)．

1)實驗申請:當學生提出實驗要求時，首先要提交實驗申請，提前一周填寫實驗“申請—審核”表．2)實驗審核:在接到學生的實驗申請后，審核部的教師必須在兩天內(nèi)完成審核．主要內(nèi)容是對學生提出的“實驗方案”進行操作驗證，從可行性的角度，對學生提出的“實驗方案”實施過程中，可能遇到的誤操作、困難、“風險”等因素進行分類總結(jié)，并以問題清單的方式反饋給學生，讓學生對可能遇到的問題進行重新思考與設(shè)計．3)實驗反饋:結(jié)合審核部教師的問題清單，學生對實驗方案進行反思調(diào)整，重點是對可能遇到的問題進行思考，提出解決問題的方法和操作等，然后重新提交．4)實驗實施:學生在約定的時間內(nèi)，到達指定的實驗室進行實驗．在這個過程中，需要注意兩點．其一，整個實驗過程要進行全程錄像，記錄學生在實驗狀態(tài)下的行為．其二，在這個過程中，教師的主要作用是監(jiān)督和指導．監(jiān)督的主要內(nèi)容是反饋環(huán)節(jié)提出的解決問題的條件和操作的落實情況，嚴格禁止對學生進行“動手包辦”式的指導．5)反思總結(jié):學生填寫實驗報告，分享交流實驗心得，對實驗中的關(guān)鍵操作進行思考總結(jié)．

3.2 模式創(chuàng)新

這種模式的突出優(yōu)勢有兩點:其一，在審核環(huán)節(jié)，教師反饋給學生的不是“實驗答案”，也不是實驗的建議，而是以“合作者”的身份提出實驗過程中可能遇到的問題；在實驗實施環(huán)節(jié)，監(jiān)督指導實驗操作的落實情況．這種“以實驗為主線，以學生為主體”的模式，有力保證了學生“科學探究”素養(yǎng)的提高．其二，實驗過程中記錄的影音資料，完整存入“學生實驗影音資料庫”，作為素材進入學生綜合素質(zhì)評價體系，為高考錄取提供有力依據(jù)．

3.3 實踐結(jié)果

1)教師的素質(zhì)得到了提高．通過對教育理論的學習，教師對學科核心素養(yǎng)的把握更加清晰、更加到位；與此同時，結(jié)合學生實際，從實踐的角度，獲得了提高學生核心素養(yǎng)的方法和路徑．教師根據(jù)自身教學個性和本班學生實際，設(shè)計出富有個性特色的實驗教學方案，靈活多變地應用于實驗教學，業(yè)務(wù)水平得到了極大的提高．

2)形成了面向?qū)W生、面向未來的實驗教學“申請—審核”模式，制定了《學生分組實驗流程》，該流程的建立能更好地回饋課程改革訴求，落實立德樹人的根本任務(wù)．

3.4 結(jié)果反思

課題研究本身就是一個不斷面對未知，充滿探索的過程．探索過程中我們?nèi)〉昧顺晒?，也遇到了值得反思的新問題．如何改變教師講得多的問題，把教師的角色由“傳授者”變?yōu)椤昂献髡摺保_保學生的主體地位是保證“科學探究”活動進行下去的關(guān)鍵所在．如何引導和激勵學生更加積極主動地參與探究過程，也是值得關(guān)注的一個研究方向．

學生實驗的“申請—審核”模式在我校已經(jīng)展現(xiàn)出了充沛的活力，相信未來一定會取得更好的成績．