“學習即研究”觀點下的實驗教學實踐

摘" 要：本文以“實驗：用油膜法估測油酸分子的大小”教學為例，介紹了“學習即研究”的觀點在實驗教學中的應用。

關鍵詞：學習即研究；油膜法；累積放大法

物理教學要體現素養發展學習的要求，就要從積累性、維持性學習轉變為發展性、創造性學習，從強化“直覺經驗”轉變為發展“理性批判”。學習的本質是研究，學習者就是研究者，學習過程就是研究過程。［1］“學習即研究”觀點主張教師轉變自己的教學習慣，教師的課堂應從傳統的知識積累型課堂向素養發展型課堂轉變。物理課堂應培養學生面對復雜問題時做出明智而富有創造性的判斷、決策和行動的能力，培養學生在真實情境中發現問題與解決問題的能力。

1" 傳統課堂的現實與反思

以“實驗：用油膜法估測油酸分子的大小”教學為例，傳統的課堂教學通常是教師直接告知學生實驗目的、實驗器材、實驗原理、實驗操作過程以及實驗注意事項。這種填鴨式的課堂缺少與學生的互動。有的教師為了與學生互動，設計了很多問題，但都是帶有確定性、指向性的問題。如“油酸在水面上展開后是不是單分子油膜？”“能不能用VS求油膜的厚度？”……這種教師導演、學生表演的課堂，學生的參與度看似很高，但學生的思維并未被真正調動起來。短時間內教師可以讓學生記住很多知識點，但學生通過這種方式記住的知識點很容易遺忘。這樣的課堂無法有效培養學生的核心素養。

2" 基于“學習即研究”的課堂重構

2.1" 重構教學目標

傳統教學中本節課的目標是：知道用分子的球形建立水面上油酸的單分子油膜的模型，并理解用單分子油膜測量油酸分子直徑的公式d＝VS；能操作并測量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和在水面上形成的油膜的面積；能對測量的數據進行綜合分析和計算，得到油酸分子直徑的數量級；通過油膜法測量油酸分子直徑的實驗過程，體會用宏觀量測量微觀量的模型計算方法。這些目標是孤立的，而核心素養的目標是高度統一的，問題解決的學習過程也是統一的。

筆者基于“學習即研究”觀點提出了以下教學目標：應用累積放大法探索實驗方案，培養學生提出問題的能力、知識遷移能力與探究意識；自己動手測量出分子的直徑，體驗研究的曲折，成功的喜悅；在質疑中感悟用宏觀量測量微觀量的模型計算法，培養質疑精神，提升模型建構、科學推理等分析和解決問題的能力。這樣的目標設定不再以基本知識、基本方法、情感態度與價值觀為表征，而是以真實經歷為表征。“學習即研究”觀點下的教學目標不是知識與方法本身，而是解決問題的能力。

2.2" 重構學習過程

2.2.1" 聚焦本質，問題驅動

“實驗：用油膜法估測油酸分子的大小”的本質是用累積放大法測量微小物體。通過分子動理論的學習，學生已經知道肉眼無法看到分子，甚至連使用光學顯微鏡都無法看到分子。教師可以通過以下問題驅動學生探索實驗方案。

師：如何測量小到看不見的分子的大小？

測量看不見的物體的大小對學生來說是難以想象的，是神奇的。這個問題的目的是激起學生的求知欲。給學生半分鐘左右的思考時間后，教師可以繼續追問。

師：如何用刻度尺測量頭發絲的粗細？

生：把頭發排成一排，測量一排的總直徑，用總直徑除以根數可以得到一根的直徑；把頭發捆成一捆，測量一捆的總直徑，求出橫截面積后除以總根數得到一根的橫截面積；把頭發一圈圈緊密地纏在尺上……

師：這些方法都用到了什么科學思想？

生：累積放大法。

本節課的學習目標不是“油膜法”這個孤立的知識點，而是累積放大法的應用。在新課引入部分就點明測量微小物體的基本方法是累積放大法，而分子是微小物體，應該使用累積放大法測量分子大小。這種處理方式有利于培養學生的知識遷移能力與探究意識，為接下來的探究過程指明了方向。

2.2.2" 實物模擬，思維可視

聯想頭發絲粗細的測量，學生意識到可以用累積放大法把看不見的分子累積后進行測量。學生想到的方案有：把分子排成一排，測量一排的長度后除以總個數；把分子排成一個面，用總面積除以總個數。由于無法數出分子的總個數，這兩種方法不具有可操作性。但是把分子排成一個面已接近油膜法了，這時就需要教師點撥油膜法估測分子大小的原理。如何點撥呢？教師可以在蒸發皿中把黃豆排成一個單層（如圖1所示），問學生：“已知蒸發皿的底面積為S，要想計算出黃豆的厚度，我們還需要知道什么條件？”學生經過討論不難得出結論：“用黃豆的總體積除以黃豆的底面積即為黃豆的厚度（如圖2、圖3所示）。”但此時部分學生仍然沒有意識到單層黃豆的厚度就是黃豆的直徑。教師繼續點撥：“單層黃豆的厚度與黃豆的直徑有什么關系？”

圖3

用宏觀的黃豆模擬看不見的微觀分子，通過思維可視的方式生動形象地引導學生得到油膜法估測分子大小的基本原理。這樣的教學不是單純的告知，而是尊重學生已有知識，并引導學生用已有知識去解決新的問題。學生的物理核心素養在研究中得到了發展。當學生參與到獲得知識的過程中，學生獲得的知識是系統的，不是零散的。

2.2.3" 自己動手，體驗成功

俗話說“千言萬語說不清，實驗一做就分明”。我們的實驗課要真做實驗，做真實驗。真做實驗比放視頻好，讓學生做真實驗比看老師演示實驗好。在真實的實驗過程中，有的學生痱子粉撒得過多導致油膜面積明顯偏小；有的學生痱子粉撒得過少，畫油膜邊界時看不清油膜；有的學生滴油酸酒精溶液時手不穩，滴了一串，或滴在了盤子邊緣；有的學生計算出的結果與其他學生計算出的結果數量級不同；還有善于觀察且愛思考的學生在發現油酸酒精溶液滴入水中后先展開后縮小的現象后立刻展開小組討論，思考背后的原因……在小組合作中，學生自己發現了問題，又自己解決了問題，體驗了研究的曲折，成功的喜悅。通過真做實驗、做真實驗，學生能夠真正地理解：為什么要撒痱子粉？為什么要用油酸酒精溶液？為什么溶液要滴在盤子中央？為什么要待液面穩定后再描油膜形狀……

若教師直接告知結論，學生當時能記住，當天的作業也能做得不錯，但長遠來看這樣獲得的知識是容易遺忘的。學生經過親身體驗得出結論雖然會多占用一些課堂時間，但印象是深刻的，長遠來看這樣獲得的知識是不容易遺忘的。可見讓學生自己動手、體驗成功才是更高效的教學方法。

2.2.4" 質疑評價，批判思維

用油膜法測量油酸分子直徑是早期測量分子大小的方法，也是高中階段利用宏觀量的測量推算微觀量大小的實驗。本實驗是個估測實驗，且誤差大小無法分析。比如：油酸分子并不是球體，學生不知道其具體形狀如何；分子間有間隙，學生不知道間隙與分子大小相比是否可以忽略；理論上油酸在水面上可形成單分子油膜，學生不知道實際情況是否真的如此……因此我們的實驗可能會有非常大的誤差。

實證思想是科學精神的基礎，也是物理學科核心素養的主要價值追求。那么如何檢驗我們估測值是否準確呢？我們可以從理論與實踐兩個方面分析。理論上通過對上一節內容“分子動理論”的學習，借助阿伏加德羅常數可計算出油酸分子的大小；實踐上我們需要更精密的儀器，更先進的觀測方法，如掃描隧道顯微鏡、X射線衍射法、散裂中子源法……

學生經過誤差分析，對測量結果提出質疑，形成新的問題：“我們的估測結果是否準確？如何驗證其準確性？”以新的問題為紐帶，用研究的方式展開教學，從理論與實踐兩個方面證實實驗結論，培養了學生的質疑精神與分析問題、解決問題的能力。

3" 結束語

《普通高中物理課程標準（2017年版）》（以下簡稱課程標準）提出我國普通高中教育任務是促進學生全面而有個性的發展，為學生適應社會生活、高等教育和職業發展做準備，為學生終生發展奠定基礎。課程標準更加強調提高學生綜合運用知識解決實際問題的能力，更加注重培養學生的核心素養。研究性學習提倡以“主體研究”的方式開展學習，把簡單告知轉化為問題引發，把知識羅列轉化為過程建構，把被動接受轉化為主動研究。［2］研究性學習更有利于發展學生的物理學科核心素養。

參考文獻

［1］劉霽華.從知識積累學習到素養發展學習的轉變——“學習即研究”觀點的思考與實踐［J］.中小學教材教學，2021（9）：47-52．

［2］韋葉平，劉霽華.基于學習即研究觀點的課堂重構教學研究——以“牛頓第二定律”教學為例［J］.中學物理，2019，37（17）：30-33．