(陜西省安康市教學(xué)研究室，陜西 安康 725000)

科學(xué)探究對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)意義重大，然而在陜南多所高中調(diào)研發(fā)現(xiàn)：作為科學(xué)探究的實(shí)踐載體——實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是中學(xué)物理教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，存在課時(shí)安排不足、教學(xué)組織單一、探究能力偏差、弱化傾向普遍等問題，沒有體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在提高學(xué)生核心素養(yǎng)方面的價(jià)值。如何有效發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效益？從2016年10月起，我們開始了中學(xué)物理“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)課題研究，通過融入科學(xué)探究思想，重構(gòu)教學(xué)組織環(huán)節(jié)，推動(dòng)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

1 科學(xué)探究的能力表現(xiàn)及內(nèi)涵

科學(xué)探究包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素，其內(nèi)涵為：(1) 科學(xué)探究是獲取科學(xué)知識(shí)的主要途徑，是通過多種方法尋找證據(jù)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維和邏輯推理解決問題，并通過評(píng)價(jià)與交流等方式形成共識(shí)的過程。(2) 科學(xué)探究需要圍繞焦點(diǎn)問題設(shè)計(jì)研究方案，通過收集和分析信息獲取證據(jù)，經(jīng)過推理得出結(jié)論，并通過有效的表達(dá)與他人交流探究結(jié)果和觀點(diǎn)。(3) 通過科學(xué)探究形成的科學(xué)知識(shí)在一定階段是正確的，但是隨著新證據(jù)的增加，會(huì)不斷完善，甚至?xí)l(fā)展變化。(4) 科學(xué)探究不僅是一種綜合能力，而且是學(xué)習(xí)物理的主要方式，在科學(xué)探究中，發(fā)展學(xué)習(xí)能力、思維能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，以及運(yùn)用科學(xué)語言與他人交流和溝通的能力。

2 中學(xué)物理“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)理論探討

2.1 中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有明確的目的性、系統(tǒng)的探究性、科學(xué)的育人性，成為科學(xué)探究教學(xué)中最直接、最有效的形式。物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于建立物理觀念、內(nèi)化概念規(guī)律、培養(yǎng)探究能力、認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)具有重要的作用，同時(shí)物理實(shí)驗(yàn)也是發(fā)展科學(xué)思維、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度(好奇心與求知欲、實(shí)事求是、追求創(chuàng)新、合作分享)的關(guān)鍵途徑。

2.2 中學(xué)物理“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)框架

我們課題組選擇從優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織方式入手，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要流程為“探 做 析”三環(huán)節(jié)，其教學(xué)框架如圖1所示。

圖1

第一環(huán)節(jié)“探”：探究方案，評(píng)估優(yōu)選。是指在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生小組(個(gè)體)遵循安全性、精確性、可行性原則，對(duì)某一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行猜想和假設(shè)，進(jìn)而提出操作方案，各小組的方案在組間評(píng)價(jià)過程中進(jìn)一步完善。具體探究評(píng)估順序可為探原理、探器材(裝置)、探步驟、探證據(jù)記錄方式等，基本流程如圖2。本環(huán)節(jié)的核心素養(yǎng)培育目標(biāo)為：深刻理解物理原理，正確建構(gòu)物理模型，嚴(yán)密論證設(shè)計(jì)方案，勇于質(zhì)疑創(chuàng)新。

第二環(huán)節(jié)“做”：操作獲證，體驗(yàn)感受。學(xué)生按照優(yōu)選的實(shí)驗(yàn)方案分工協(xié)作，動(dòng)手操作，基本流程如圖3。本環(huán)節(jié)核心素養(yǎng)培育目標(biāo)為：培養(yǎng)動(dòng)手操作意識(shí)，掌握基本操作規(guī)范，養(yǎng)成良好操作習(xí)慣，培育合作學(xué)習(xí)精神。

第三環(huán)節(jié)“析”：分析歸納，反思提高。完成實(shí)驗(yàn)操作之后，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)證據(jù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論；反思實(shí)驗(yàn)過程，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)成效；檢測(cè)實(shí)驗(yàn)成效，放大實(shí)驗(yàn)效果。其流程如圖4，本環(huán)節(jié)核心素養(yǎng)培育目標(biāo)為：培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，學(xué)生有解決問題的愿望；培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，運(yùn)用理性思維推理論證，質(zhì)疑創(chuàng)新；培養(yǎng)學(xué)生的合作分享意識(shí)，通過討論交流，解決問題。

圖4

2.3 中學(xué)物理“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)原則

2.3.1 問題誘導(dǎo)原則

學(xué)生對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)興趣保持時(shí)間較短，對(duì)于實(shí)驗(yàn)方案的初期構(gòu)想往往也過于發(fā)散，缺乏方向性，提出的實(shí)驗(yàn)方案通常帶有很強(qiáng)的理想化色彩，與實(shí)際操作諸如實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)操作的可行性等有較大距離。因此，教師需要通過情境創(chuàng)設(shè)、問題誘導(dǎo)等教學(xué)活動(dòng)，引導(dǎo)其向著理性化方向發(fā)展，同時(shí)要營(yíng)造民主、平等的氛圍，促進(jìn)學(xué)生充分發(fā)揮想象。

2.3.2 適度參與原則

在學(xué)生提出方案構(gòu)想、制定實(shí)施方案、分組操作實(shí)踐的過程中，教師要參與到小組的具體活動(dòng)當(dāng)中，體會(huì)學(xué)生思維“短板”、觀察小組活動(dòng)開展情況、指導(dǎo)問題解決、協(xié)調(diào)成員角色互換，充當(dāng)好參與者和觀察者角色，要“到位”而不能“越位”，可提出建議，但不可過多干預(yù)甚至替代學(xué)生制定方案或動(dòng)手操作，切忌越俎代庖。

2.3.3 層次遞進(jìn)原則

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版)將學(xué)業(yè)質(zhì)量水平劃分為五個(gè)等級(jí)，在制定“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)時(shí)，要對(duì)照“科學(xué)探究”質(zhì)量水平描述，進(jìn)行遞進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)于初次接觸實(shí)驗(yàn)的中學(xué)生要進(jìn)行適當(dāng)培訓(xùn)，從水平2起步，逐步提升。

3 中學(xué)物理“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)案例

課題組歷時(shí)近兩年，完成了高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)“探 做 析”三環(huán)節(jié)兩輪次教學(xué)實(shí)踐探索，總結(jié)出了相對(duì)成熟的“探 做 析”實(shí)驗(yàn)學(xué)案設(shè)計(jì)模式與教學(xué)組織流程，現(xiàn)以“探究恒力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系”為例，展示實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐。

3.1 學(xué)情分析

本節(jié)課之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了功、功率、動(dòng)能等概念，能夠理解并計(jì)算合力做功、物體動(dòng)能，并有運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、曲線運(yùn)動(dòng)等知識(shí)鋪墊，知道合力做功與動(dòng)能變化之間存在著聯(lián)系。

3.2 教學(xué)過程

“探究恒力做功與動(dòng)能變化的關(guān)系”的教學(xué)過程如表1所示。

3.3 方案展示

在“探 做 析”三環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程中，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、評(píng)估優(yōu)選環(huán)節(jié)可謂百花齊放，學(xué)生思維活躍、爭(zhēng)先恐后，學(xué)習(xí)小組選擇方案并優(yōu)化完善，展示交流精彩紛呈，評(píng)估優(yōu)選據(jù)理力爭(zhēng)，現(xiàn)摘選主要實(shí)驗(yàn)方案展示如下。

(1) 重物(或小球)做自由落體運(yùn)動(dòng)

圖5

(2)重物拖動(dòng)小車(或滑塊)在水平面上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)

圖6

圖7

有小組通過改變實(shí)驗(yàn)器材，利用力傳感器、兩個(gè)光電門傳感器，同樣可探究WAB與ΔEk的關(guān)系(如圖7)。

4 結(jié)語

中學(xué)物理“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)旨在以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體，讓學(xué)生經(jīng)歷提出科學(xué)問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋等，完整體驗(yàn)科學(xué)探究過程，發(fā)揮科學(xué)探究對(duì)于學(xué)生物理觀念的形成、科學(xué)思維的培養(yǎng)功能，進(jìn)而使學(xué)生形成對(duì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境應(yīng)有的正確態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。

“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)三環(huán)節(jié)，與科學(xué)探究主要內(nèi)容“問題、證據(jù)、解釋、交流”存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系(如圖8)，科學(xué)探究的具體內(nèi)容在“探做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)中均有滲透，通過引導(dǎo)學(xué)生開展自主合作探究，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，取得良好效果，教師的教育教學(xué)理念和教學(xué)組織方式發(fā)生了很大轉(zhuǎn)變，學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的興趣明顯增強(qiáng)，教學(xué)質(zhì)量也同步提高。

圖8

當(dāng)然，欲使“探 做 析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)扎實(shí)推進(jìn)、切實(shí)有效，還需把握好選擇性、漸進(jìn)性，在持續(xù)推進(jìn)中深入研究，真正體現(xiàn)“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”，把科學(xué)探究的思想方法滲透到教學(xué)活動(dòng)中去，最終達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。