情景教學促進學科核心素養中“科學探究”的達成

白亞君

摘 要：以“探究加速度與力、質量的關系”一課教學為載體，重點融入情景教學，在傳統實驗的基礎上引入實際問題的探究，通過與實驗有關的各種情景的設定，使學生準確、快速地找到抓手解決問題，完成實驗誤差分析和體驗，促成科學探究的達成，有效地培養物理學科的核心素養.

關鍵詞：物理學科;核心素養;科學探究;情景教學;體驗

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）15-0038-03

作者簡介：白亞君（1976-），女，河北人，本科，中學一級教師.研究方向：中學物理學科教學.

我國新一輪的課程改革，著重強調自主學習、合作學習和探究學習，科學探究成為科學教學的主要目標之一.近幾年的中高考改革在試題上更是逐漸體現出對學生自身綜合能力的考查，特別是中考改革中新增加的案例分析更是需要學生具備一定的科學探究和思維的能力，因此培養學生建構基本的探究能力和習慣尤為重要.筆者以 “探究加速度與力、質量的關系”一課為例，突破傳統實驗方式，在鉤碼質量不斷增加，出現a-F圖像發生彎曲時，由學生自己發現問題并運用所學的知識和器材尋求解決問題的方式，發揮學生的主觀能動性，形成一定的分析、處理能力，及培養團結協作精神，建構學生的基本科學探究素養.

1 創設經驗情景，發現物理問題，形成猜想與假設

1.1 生活中的啟示，看一看、說一說

視頻播放：十字路口紅燈變綠燈時各種類型車子啟動的場景，讓學生觀察不同車子啟動的快慢受什么因素的影響，并結合上一節學習的知識通過分析、猜想加速度與什么物理量有關.學生會觀察到啟動的時候電瓶車和摩托車非常快，說明運動狀態改變快，加速度大;而公交車啟動很慢，說明運動狀態改變慢，加速度小.

1.2 新舊知識銜接，想一想、推一推

通過前面一節牛頓第一定律的學習，學生能夠想到力是改變運動狀態的原因，再結合描述物體運動狀態改變的物理量是加速度，從而推斷出影響物體加速度大小的物理量是物體受到的力，但發現公交車啟動時的牽引力應該大于電瓶車，為什么公交車啟動反而慢呢？學生帶著問題再次思考運動狀態的改變的難易程度即慣性還與物體的質量有關，質量大的物體運動狀態難改變，質量越小的物體運動狀態越容易改變，而電瓶車的質量小于公交車，所以推斷出加速度應該還與物體的質量有關.

1.3 運用數學思維，猜一猜、列一列

數理結合是學好物理的關鍵，物理的規律都是構建在一定的數學模型上的.經過前面的觀察、推理，讓學生通過猜想構建加速度與力和質量之間關系的基本數學模型，依據牽引力越大運動狀態改變越快，猜想出加速度與力可能是正比關系;依據公交車比電瓶車啟動慢，猜想加速度與質量可能是反比關系，建構出三者之間基本的數學關系，列出簡單的表達式，為后續的研究提供方向.

通過觀察情境提出問題是科學探究的前提，否則探究則無從談起.學生首先能夠通過質疑形成問題，再進一步地思考，就是對問題的成因進行猜想，對問題的可能結果作出假設.科學猜想并不是隨意的猜測，它是指能結合自己原有的知識和經驗，并依據所看、所想，對情境中觀察到的先行的成因或結果作出與之相關的假設并進行解釋的過程.所以在物理教學中培養學生的猜想能力，增強學生運用自己原有的知識和經驗去審視所發現事實的意識，并提升學生觀察、分析新的事件，且在其中尋找與原有知識和經驗類型相似的特點和規律的能力，這將有助于學生物理探究的建構，提升物理核心素養.

2 體驗實驗情景，進行探究體驗，激發對科學的好奇心和求知欲

“猜一猜”“列一列”的課堂體驗，以生活中學生的真實感受導入，把以前學習的知識結合實際運用到科學思維中，通過上述一系列活動，學生已經做好了科學探究的準備.接下來，教師引導“加速度與力和質量都存在著關系，那么通過實驗探究應采用什么方法？怎樣利用現有的實驗器材測定物體的加速度？怎樣分別改變物體所受的拉力和物體的質量？”學生通過實驗設計、相關方案的制定，從中獲取并處理信息，并基于證據分析、論證而得出結論，同時對探究的過程及結果進行分析、交流、反思、改進等，從中體會科學規律的簡潔性和普適性，激發學生探索科學奧秘的熱情.

實驗探究：用控制變量法，分別改變物體受到的拉力和物體的質量，研究加速度與兩者的關系，通過數據表格和圖像分析得出結論.要求：運動的軌道要保持水平并盡量光滑，用鉤碼的重力作為拉動小車的動力，通過在小車上加配重片以改變小車質量，用DIS的位移傳感器測定小車運動的加速度.

2.1 實驗一：質量一定時，用DIS研究加速度與力的關系

步驟：（1）用天平測小車的質量M.

（2）測鉤碼的重力（作為小車的拉力），每個鉤碼5g，一共4個.

（3）安裝傳感器，將細線連接小車，跨過滑輪系住小鉤碼，釋放小車測定加速度.

（4）將上述測得的數據記錄在表格中.

（5）保持小車質量不變，改變鉤碼的個數重復實驗.

（6）處理數據，得出結論，并利用實驗數據畫出a-F圖像（如圖1）.

2.2 實驗二：拉力一定時，用DIS研究加速度與物體質量的關系

步驟：（1）測鉤碼的重力（作為小車的拉力），只懸掛一個鉤碼.

（2）用天平測小車的質量M，每個配重片的質量為50g，一共4個.

（3）安裝傳感器，將細線連接小車，跨過滑輪系住小鉤碼，釋放小車測定加速度.

（4）將上述測得的數據記錄在表格中.

（5）保持F不變，改變小車的質量（在小車上逐一添加配重片）重復實驗.

（6）處理數據，得出結論，并利用實驗數據畫出a-m圖像（如圖2）.

學生討論：得到a-m圖像能否驗證之前加速度與質量的關系？引導學生畫出a-1/m圖像進行驗證（如圖3）.

3 組織交流情景，鍛煉獨立思維，增強協同意識與合作精神

學生活動：通過實驗數據及圖像分析得出結論.

學生通過對實驗數據的分析和對圖像的解讀，在之前實驗學習的基礎上，運用控制變量的描述方法，總結得出實驗結論，從而完成對之前猜想的驗證.結論的總結可以通過學生以個體為單位，其他學生補充;或以小組為單位，通過組內討論，形成比較完善的表述后，再派代表來陳述.學生在總結的同時，通過交流、討論，獲得最嚴密、最完善的結論.

4 創設實際情境，培養嚴謹態度和求實精神

嚴謹的科學態度和實事求是的精神是科學進步和發展的必要條件，而有些物理實驗都是在一定的近似條件下才得出的結論，當條件變化時往往就不再符合既定的規律了，這也是數學公式和物理規律最本質的區別，物理規律只有在一定的條件下才能符合數學的規律關系.本實驗在前面老師只給了學生4個小鉤碼，現在讓學生兩組合在一起做實驗，每組再加5個鉤碼，再次測量物體質量不變時加速度與力的關系，因為DIS軟件的圖像擬合默認是直線，所以教師教學生用Excel表格來畫圖像，更能反映真實情況.學生做的圖像如圖4所示.這時發現在拉力較大的情況下，圖像不再是完美的直線，而是發生了彎曲.組織學生討論圖線彎曲的原因，是不是說明加速度與力不再成正比了？這也就是物理學中實驗的一個非常重要的部分——誤差討論.

引導學生從實驗的原理出發分析原因：首先在前面實驗時，我們是將鉤碼的重力直接作為拉動小車運動的拉力了，那么這兩個力真的相等嗎？如果不相等，問題在哪里？為什么之前鉤碼重力比較小時結論是成立的，而鉤碼重力變大時就不成立了？如果找到誤差的原因，我們能不能將實驗進行改進，使誤差減小？

物理學是一門實驗科學，而物理實驗更有助于培養學生嚴謹的科學態度和實事求是的精神.所以，實驗的過程中更要讓學生深深地感悟到嚴謹和求實的重要性，引領學生在實驗中如實記錄、客觀對待所獲取的數據，并遵循基本的學術道德規范.只有尊重事實，才能發現問題，真正找到解決問題的辦法.

5 問題解決，促進物理核心素養的達成

發現問題的目的是為了最后解決問題，同學通過對原理的分析，發現鉤碼拉動小車加速運動時，鉤碼自己也在加速，實際上鉤碼的重力使車和鉤碼都沿繩產生了加速度.所以實際上：mg=（m+M）a，而我們之前列的關系式是mg=Ma，發現兩者在mM的時候是沒有太大差別的，也就是接近正比關系，但是當m逐漸增大時，m不能再被忽略掉，就出現了偏離正比的曲線.同學們通過對于上述誤差的分析，借用實驗室的現有設備，發現只要能直接測出拉動小車加速運動的力，所有的問題就會迎刃而解了.而實驗室中剛好有可以測量拉力的傳感器，如果將傳感器連接在小車和鉤碼之間的細線上，或者是傳統一點，在細線和鉤碼之間加一個彈簧秤，直接測出拉動小車的力就可以了（如圖5）.學生找到問題、解決問題，再次嘗試，最后得出了理想的、不受鉤碼重力大小限制的直線，同時也對前面的實驗結論進行了完善，加入mM的成立條件，圓滿地達成了科學探究素養的目標.

科學探究能力的培養，應該滲透在整個物理教學過程中.無論是物理知識的教學，還是物理問題的解決，都應引導學生發現問題、提出問題，并依據問題收集和選擇相關的信息，通過證據、運用邏輯，對問題給出合理的解釋，準確地表述問題解決的過程和得出的結果.學生能力的提升與發展，是與他們在學習中的行為緊密聯系的.要想提升和發展某種能力，就必須經歷與之相關的過程.要使學生發展科學探究能力，就必須在教學過程中讓學生經歷問題的發現與提出的過程，實施證據收集和解釋的行為，經歷表述解決問題的過程，教學設計要融入情境設計，讓學生能親身感受，真正實現把培養學生科學探究能力的目標落實到學生探究的行為上，很好地促進了物理核心素養的達成.

6 結束語

科學探究是人們認識和了解自然，并從中獲取知識的主要方式，更是學生學習自然科學的一種重要方法.它是對學生的一種綜合的、關鍵的科學能力和素養的培養.在探究的環節中融入情景教學，能讓學生迅速地進入情境、獲取信息、發現問題，讓學生獲得探究的抓手，教師在旁引導、輔助，設計好需要的情境，為學生提供施展的舞臺，可以高效地促進學生物理核心素養的達成.

參考文獻：

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（收稿日期：2021-04-28）