基于核心素養理念的初中物理主題探究式實驗教學

莊曉紅

(江蘇省啟東市鶴城初級中學,江蘇 啟東 226200)

物理作為一門以實驗為基礎的學科,科學探究能力是當下物理學科核心素養之一[1].以筆者長期的一線教學經驗來看,基于核心素養理念開展初中物理主題探究式實驗可以幫助教師更好地實現教學目標,提升學生的科學素養.在具體實踐過程中,要從以下四點出發.

1 教師引導有側重

物理學科《義務教育課程標準(2022年版)》指出要想讓學生掌握主題探究式實驗教學,教師可以從如下的思維程序出發：提出問題—猜想與假設—設計實驗—進行實驗—收集數據—分析與論證—評價—交流總結[2].主題探究式實驗作為一種需要教師引導學生獨立完成并發現知識的活動,在實際操作過程中一定要有側重點.

以人教版九年級《串聯和并聯》這一節的探究式實驗為例,教師的教學重點可以放在“猜想與假設”這一環節上.學生在這一章節的初始階段已經學習過簡單的電路結構,會畫簡單的電路圖.在本節課的學習中,教師在課堂初始階段可以展示出實驗設備甲、乙兩個箱子,均有兩個燈泡、一個開關和電源.閉合和斷開開關,再取下其中一個燈泡,要求學生觀察實驗現象.學生觀察燈泡的工作情況后可以快速回答：閉合開關,兩燈都亮;斷開開關,兩燈都滅;取下其中一個燈泡,甲中的另一個燈泡不發光;乙中的另一個燈泡仍發光.教師可以順勢提出問題：同樣的兩個燈泡,一個開關,為什么取下其中的一個燈泡會出現不同現象?學生回答：是因為燈泡的連接方式不同.教師由此可以引入串聯和并聯的探究式實驗并引導學生思考猜想：如圖1用一個電源、兩個燈泡、一個開關和一些導線組成電路,要想讓兩個小燈泡都發光,可以有幾種接法?

圖1 探究式實驗器材

學生按座位分為不同小組,完成這一探究活動時,自然會有不同的猜想。

教師讓學生設計電路,培養學生設計簡單電路的能力,通過引導學生思考猜想,盡可能在全班范圍內出現如圖2和圖3連接方式,從而明確串聯電路與并聯電路的區別以及開關在這兩種電路中的作用.

圖2 兩個燈泡串聯示意圖及電路圖

圖3 兩個燈泡并聯示意圖及電路圖

“猜想和假設”是培養學生認知新事物能力的關鍵環節.教師在引導學生開展探究式實驗設計時,一定要基于學生的認知水平,讓學生充分猜想和假設以此提高學生的探究能力和實驗操作能力[3].

再比如,在學習人教版物理九年級“電流與電壓和電阻關系”探究式實驗時,教師的引導可以放在“分析與論證”環節上.在探究電流與電壓的關系時,學生測得了6組電壓—電流值并將數據填入如下表格.

表1 電流隨電壓變化情況

記錄完表格后分析數據,觀察電阻一定時,電壓與電流存在怎樣的關系.在分析時,我們可以采取圖像法,做出電阻一定時,電流與電壓變化的圖像.如下圖4.

圖4 電流和電壓的變化關系圖像

通過分析圖像可以得出結論：在電阻一定時,通過導體的電流和導體兩端的電壓成正比.得出這一結論后,我們可以控制定值電阻的阻值不變,移動滑片改變定值電阻兩端的電壓,觀察電流表的示數,多次測量,論證結論.

主題探究式實驗教學的核心不只是為了得到實驗結論,更主要的是培養學生科學探究的核心素養.“分析與論證”是指學生將收集到的數據和信息與已有知識結合、重組并得出結論.在這一過程中,學生可以借助多種方法或工具(如電腦設備、圖像)分析處理相關數據,找到數據間的關鍵特征并作出解釋.

2 學生操作要規范

基于核心素養的主題探究式實驗教學要求將學生視為課堂的主體,要求學生根據教師提供的條件明確探究目標,掌握探究方法,交流探究內容,總結探究結果,完成探究任務.而要想實現這些目標,教師就必須保證學生在實驗操作環節做到有規有范.從提出問題、發現問題開始,著重關注學生設計實驗方案、收集實驗數據的能力,再引導學生分析論證得到實驗結論,最后注重學生交流合作,總結、評估與反思[4].在整個實驗操作環節中,教師要盡可能為學生創造思考環境,要求每個學生都能參與到思考探究的過程中.

以“串聯和并聯”這一節的主題探究式實驗教學為例,學生在實驗開始前需要知道“開關的正確使用方法”“電池的正確連接方法”等.在連接電路時,學生要注意開關要斷開,不能直接將電源的正負極用導線連接起來,在連接電路后,需要檢查電路連接無誤,然后才能閉合開關,觀察燈泡的發亮情況.

3 教師拓展要延伸

3.1 拓展實驗方式

在人教版八年級下冊“探究物體沉浮的條件”這一章節的探究式實驗中,教師可以拓展實驗方式,將視角放在生活中常見的物體上設計實驗方案.例如,我們將土豆和蘋果一起放在水里,可以觀察到土豆在水中下沉,而蘋果漂浮在水面上.把蘋果浸沒在水中,一松手,蘋果又向上浮起.土豆在水中下沉,即土豆在水中向下運動,蘋果浸沒在水中上浮,即蘋果在水中向上運動,這說明物體的運動情況不同,受力情況也不相同.我們知道,土豆和蘋果在水中都受到兩個力——自身的重力和水的浮力,當物體浸沒液體中時,若重力大于浮力,物體下沉;若重力小于浮力,物體上浮;若重力等于浮力,物體懸浮,當物體漂浮在液面上時,它所受到的重力等于浮力.換言之,浸在液體中的物體,其浮沉情況取決于物體所受到的重力和浮力之間的大小關系.

3.2 拓展實驗結論

在人教版物理八年級下冊“杠桿的平衡條件”這一章節的探究式實驗中,教師可以提出問題串,拓展實驗結論.在學習本章節知識點之前,學生已經學習了平衡狀態以及平衡力的概念,在此基礎上總結得出杠桿處于靜止或勻速轉動狀態時,杠桿就是平衡狀態.由天平的調節原理我們可以知道：天平靜止時左右兩端的力的大小等于鉤碼的重力,此時杠桿兩端受到的這兩個力大小并不相等,仍然處于平衡狀態,這是為什么呢?有的學生通過觀察發現這兩個力離支點的距離不相同,那么影響杠桿平衡的因素到底是什么呢?教師可以引導學生圍繞這四個問題進行分析,并以天平的調節為例論證杠桿平衡的條件.

問1：為什么實驗要保持杠桿水平平衡?

問2：如何調節杠桿水平平衡?

問3：為什么選擇杠桿的中點作為支點?

問4：本次實驗中多次實驗的目的是什么?

學生邊操作邊思考杠桿水平平衡和杠桿中點作為支點的原因,教師鼓勵學生設計實驗方案,親自動手拓展實驗結論：杠桿的平衡與力的大小和力臂的大小有關.接著以提問方式做課堂練習,訓練學生的物理思維.

4 課堂評價有標準

在實驗評價環節,教師不能僅憑實驗結果進行評價,還要觀察學生在實驗操作的過程中是否存在問題,進而對學生開展綜合性評價.教師也可以讓學生開展自我評價、互相評價,多角度思考.以筆者經驗,基于核心素養理念的主題探究式實驗教學課堂的評價體系如下表2.課堂評價可以采取打分制,總分100分.通過這一量化評價表,任課教師可以清楚發現自己在本課實驗教學中存在哪些問題并及時改進.

表2 探究式實驗評價量化表

5 結束語

科學探究不僅是一種能力,更是物理學習的重要方式.在科學探究的過程中,讓學生掌握分析數據、綜合比較、抽象概括、實踐檢驗和創新能力.文章從以上四點出發搭建探究式實驗課堂,以更好地讓學生發現問題、解決問題,培養學生設計實驗方案和分析數據的能力,讓學生通過分析論證得出實驗結論,感受結論定理產生的思維過程.