在科學探究中提升學生的核心素養

劉長付 蘇奇名 孫娟

摘 要：物理核心素養是培養高中生發展核心素養的重要組成部分，科學探究是培養發展物理核心素養的關鍵方式.物理學是研究物質、認識自然本質的學科，是自然科學的基礎學科之一，從高中物理課堂的角度出發，以“實驗：金屬絲電阻率的測量”一節為例，通過探究式教學的方式，引領學生們進行有思考的科學實踐活動，以培養學生們的物理核心素養.

關鍵詞：科學探究;核心素養;情景教學;高中物理;電阻率

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）17-0019-03

基金項目：北京市教育學會“十三五”教育科研優秀課題“應用PBL創建高中物理活動課程”（項目編號：DC2016-013）.

作者簡介：劉長付（1988-），男，北京西城人，碩士，中學一級教師，研究方向：初高中物理學科教育;

蘇奇名（1978-），男，北京東城人，碩士，中學高級教師，研究方向：初高中物理學科教育;

孫娟（1987-），女，北京海淀人，碩士，中學一級教師，研究方向：初高中物理學科教育.

教育部基于物理學內涵及學科本質，于2016年發布的《中國學生發展核心素養》中明確提出，物理核心素養主要包含“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個要素.由此可見，物理核心素養是物理知識、科學能力和科學態度三個維度的綜合體現.要想發展學生的物理核心素養，在進行基本物理知識的教育之外，必須引導其樹立正確的科學態度，養成突破創新的精神，最終提高科學實踐的能力.

科學探究是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗和制定方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力.而以“科學探究”為理念基礎的探究式教學，則自然而然地成為了培養學生物理核心素養的重要方式.

1 高中物理課堂進行探究式教學的必要性

1.1 應用探究式教學可以提高課堂效率

探究式教學方法是指教師側面引導學生，調動學生積極性，使學生主動地進行觀察思考、提出問題、制定方案、動手實驗、歸納報告、合作討論等流程，在教師和其他同學的幫助下進行自我的知識與實踐體系的建構，親身經歷知識成果產生的過程，體會在這個過程中運用到的方法與技能，樹立端正的科學態度和積極向上的科學價值觀，培養實踐創新的精神與熟練的動手能力.它的指導思想是教師引導、學生主動，學生為主、教師為輔.學生深度融入實驗過程，可以從中體會到科學探究的艱難困苦和獲取探究成果所帶來的成就感與樂趣，進而掌握課本知識并提高實踐能力，無形中提高了課堂效率.

1.2 應用探究式教學順應素質教育潮流

在科學探究中培養提升學生的物理核心素養，既遵循了教育部的教學要求，也符合當前社會發展需求高實踐素質人才的趨勢.通過規范合理的探究式教育方法應用，還可以反作用于這一教學方法的完善.物理學是認識、觀察、分析自然中所有物質與能量的本質的學科，是高中階段最具有實踐意義與效果的學科，且本身具有一定的活動性和趣味性，是科學探究最合理最恰當的載體，也是極其適合且應當推廣的探究式教學學科.

2 高中物理課堂應用探究式教學的具體方法

2.1 提高硬件標準，做好課前準備

探究式教學對教學設備的要求較高，高中物理課堂所需的實驗較多，實驗器材相對也較多，學校要盡可能多地爭取教育撥款，滿足物理探究式教學的設備需求，改善硬件條件，優化實驗設施.同時，教師也應不斷學習，提高自身教學能力，熟練掌握各項實驗器材的應用，在課前應做好準備，制定好教案，準備好實驗器材，打好探究式教學的硬件基礎.例如，在“實驗：金屬絲電阻率的測量”一課中，教師就需提前準備好用來被測的電阻絲，測量長度的刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器等.螺旋測微器的使用和讀數雖然不是新知識，但因其并非是常用儀器，仍然是本節課的難點之一.如圖1和圖2所示，為進一步突破該難點，每名學生準備一個空礦泉水瓶，借助礦泉水瓶蓋和瓶身的“螺旋關系”，學生通過多次旋進旋出的嘗試，理解螺旋測微器的原理，幫助學生解決讀數難的障礙.

2.2 創設真實情境，激發學生求知欲

傳統的教學模式是教師講、學生聽，教師做、學生看，教師布置書面作業、學生完成，遠遠不能滿足當代中國學生核心素養的培養要求.在探究式教學方法下，應當以學生為主教師為輔，教師負責引入課堂概念目標，學生主動順應引導進行物理知識的科學探究.因此高中物理課堂的教學模式必須站在學生全面發展的角度，著眼于核心素養的有效培養，循序漸進完成轉變.

如圖3所示，以“實驗：金屬絲電阻率的測量”一課為例，教師可以在課堂開始時，創設如下的問題情境：這是一卷未知材料的金屬絲的一部分，能否根據已有知識和生活經驗初步判斷它的電工用途？做燈絲？做導線？做輸電線？或是做保險絲？學生開始的回答可能多來自感性的判斷，如燈絲通常是黑色的、導線通常是黃色的、做輸電線應該是材質較軟的……隨著思考的深入，發散的思維最終會聚焦到問題的本質，是一個能反映材料本身電學特性的物理量——電阻率.至此，不僅滿足了學生課前的好奇心，更是從實踐層面使學生明白電阻率能反映導體導電性能.既然明確了實驗的目的是測量金屬的電阻率，那么如何測？學生容易想到根據電阻定律得到電阻率的表達式.然后提出疑問：需要用到什么工具或器材（如圖4）？運用什么方法進行計算？先引導學生進行思考，對實驗流程大致熟悉，清楚實驗目標，然后邀請學生一起進行實驗，以學生為主體進行實驗，教師從旁指導操作，課堂中讓幾組學生分別進行實驗，互相指導，讓學生們互相討論，歸納總結實驗要點、注意事項和實驗操作的不足，最后鞏固知識點.

2.3 擴大知識面，做好課堂延伸

如今的素質教育理念，是為了構建一個開放的充滿活力的高中物理課堂.探究式教學要求教師除了把握課堂，還要在課堂之外也關注學生核心素養的培養與發展.只有課內課外雙管齊下，才能充分發揮探究式教學模式的核心價值.具體來講，就是物理課堂內外都需要補充和滲透更豐富的內容，從而使物理課堂更加豐滿.因此，物理課堂上，教師要在清晰地把握教材內容的基礎上，有的放矢地對課堂內容進行補充，對物理課堂進行橫向和縱向的延伸.課堂外，教師也要鼓勵學生多多觀察生活，發現生活中的物理知識與物理相關的問題，并引導幫助學生獨立地進行實驗，解決問題.例如學生在數據測量后，拋出問題數據如何處理，學生們能夠想到U-I圖像法，也有同學想到了先利用R=U/I測出六組數據然后取平均值，教師先不對這兩種做法作出評價，給學生體驗的機會，讓學生感受圖像處理數據的優勢.又例如，在完成“實驗：金屬絲電阻率的測量”的實驗后（見表1），可以帶著學生比對教材第59頁幾種導體材料在 20 ℃ 時的電阻率（見表2），判斷實驗材料為鎳鉻合金.教師接著可以引導學生探討，鎳鉻合金的電阻率遠大于常規金屬的，有什么用途？學生思考討論得出，在長度、橫截面積相同的情況下，使用鎳鉻合金制作的電阻的阻值明顯大于純金屬.教師進而分析引導學生得出鎳鉻合金一般用于熱電偶、高電阻儀器等.從而前后呼應，回歸問題，拓展思考.

本節課后，教師還可以讓學生觀察生活中出現的其他導體，如果想要知道它們的電阻、電阻率，該如何設計可以完成操作的實驗，獲得數據后又怎么進行計算.物理課堂的延伸，有利于學生對課本知識的整體把握，在激發學生物理學習興趣的同時，也培養了他們發現問題與解決問題的能力，進而培養學生熱愛生活的情懷.

2.4 關注全體學生，共同提高素養

當今素質教育是站在社會發展、民族興旺、全人類文明進步的高度，要求學生全面發展，成為社會需要的高素質人才，探究式教學理念承接了培養學生核心素養的任務，教師理應關注全體學生，不放棄任何一位學生，以循序漸進的方式共同學習進步.只有如此，才能將學生們培養成善于發現問題并解決問題，能實事求是、追求真理，為社會繁榮、國家發展奉獻力量的人材.

3 結束語

綜上所述，在高中物理課堂的教學實踐中，可以通過探究式教學，引導學生獨立完成課本實驗，從生活常見現象中歸納思考其蘊含的物理知識，制定相對合理、有可操作性的探究方案，安全規范地使用部分實驗器材，并從實驗中獲取數據加以分析，最后與其他師生討論交流成果.由此可見，學生的觀察能力、分析推理能力、歸納總結能力、理解和應用能力都可以得到一定的鍛煉提高，在潛移默化中不斷培養發展學生的物理核心素養.

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（收稿日期：2021-04-02）