魯野

摘? ?要：以魯科版高中物理必修一第六章第二節(jié)“牛頓第二定律”為例，以學生自主設計實驗為主線，從構建核心概念和規(guī)律、踐行科學思想、體會實驗探究、培養(yǎng)科學精神四個方面，介紹了以核心素養(yǎng)為導向的探究性實驗教學實施策略，以提高學生自主學習興趣，知識內(nèi)化理解，掌握分析和解決問題的思路、方法及角度，實現(xiàn)能力進階。

關鍵詞：牛頓第二定律;實驗探究;科學思想;核心素養(yǎng)

引言

近年來高中新課標修訂用“學科活動”來統(tǒng)整三維目標中的“過程與方法”，強調學科教學的學科性，聚焦學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成[ 1 ]。物理學科的特點在于“物”和“理”，“物”即事實依據(jù)，必須以實驗為基礎;“理”即理性思維，必須以思維為中心。通過實驗創(chuàng)設情境，觀察表象，將理性思維抽象為具體理論，逐步形成核心素養(yǎng)。

實驗探究是物理學科最基本的學科活動。對于高一的學生來講，在最初的實驗探究過程中，形成比較完整的學科探究思路和科學推理方法是形成學科素養(yǎng)的關鍵。但物理實驗在教學實施過程中，教師通常重結論輕過程、重知識輕方法。一般情況是教師親自操作演示實驗，學生只是作為旁觀者，對實驗的理解是通過教師獲取的，導致學生在學習過程中學習動機不強、課堂參與度不高、認識角度零散、認識能力得不到有效發(fā)展。為了體現(xiàn)學生主體性，激發(fā)學生學習興趣，本文以魯科版高中物理必修一中“牛頓第二定律”一節(jié)為例[ 2 ]，將演示實驗改為學生分組實驗，從以下四個方面探索落實物理核心素養(yǎng)的探究性實驗教學實施策略[ 3，4 ]。核心素養(yǎng)導向的實驗教學基本框架如圖1所示。

1? 實施策略

1.1? 創(chuàng)設問題情境，構建物理概念和規(guī)律

物理概念和規(guī)律是人們認識世界時對物理事實共性及本質屬性的抽象、概況與認識，它是物理知識的核心，也是形成物理觀點的基礎和起點。

本節(jié)的教學目標是經(jīng)驗上能初步提出決定加速度因素的預測;知識上能結合“牛頓第一定律”理論依據(jù)，理解加速度、質量、合外力三者關系;技能上能構建檢驗的物理模型，會設計與制定方案，能測定相關物理量;體驗上要求經(jīng)歷探究活動過程，小組成員通過相互協(xié)作、討論，分享合作精神;能力上會應用CAI課件處理實驗數(shù)據(jù)，能對圖象分析發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。

本節(jié)通過視頻創(chuàng)設問題情境引導學生猜想與加速度有關物理量，并結合已學理論知識“牛頓第一定律”，引導學生成功預測加速度與質量、合外力的正確關系。從一般猜想到理論分析有利于培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際能力，孕育正確的科學觀。

1.2? 自主設計實驗，踐行科學思想、思維

在探究和解決問題中不僅要有相關的物理知識，還需要科學思想、思維，需要運用相應的科學方法。

教材中采用了教師演示實驗方案一，并未與其他實驗方案作比較，這會導致學生實驗設計能力缺失，對實驗結論的獲得感不強，不利于培養(yǎng)學生實驗能力?？汕擅钜龑W生采用“控制變量法”思想自主設計實驗方案，通過小組交流討論，闡述各種方案的觀點，反思方案中的問題，形成較為完善的方案一、二。再對兩種實驗方案從操作性、實驗誤差、數(shù)據(jù)處理等方面做比較彌補這一不足。

（1）控制變量法

啟發(fā)學生采用“控制變量法”物理方法來探究a與m和F合的定量關系。從兩個方面進行探究：①保持研究對象的質量m不變，探究加速度a和F合之間關系;②保持研究對象受到的F合不變，探究加速度a和質量m之間關系。根據(jù)上面探究結果進行推理、歸納，就可以總結出a、m、F合三者之間的關系。

（2）比較法

引導學生從操作性、實驗誤差，數(shù)據(jù)處理、分析等方面比較兩種實驗設計方案（如表1所示），對課本實驗方案進行優(yōu)化，選擇最優(yōu)實驗方案二。

1.3? 巧設任務驅動，體會實驗探究

實驗探究是根據(jù)探究目的提出猜想和假設，制定實驗方案，處理實驗數(shù)據(jù)并總結實驗結論，以及在實驗探究過程中評估學生設計實驗、團隊協(xié)作交流和創(chuàng)新意識的能力。

本節(jié)課以探究決定物體加速度的因素為主線，分別通過猜想和實驗探究確定了物體加速度與質量、合外力的關系。實施過程中通過教師引導、學生自主設計實驗方案、小組研討、選擇和完善實驗方案、操作實驗、處理實驗數(shù)據(jù)、總結實驗結論順序開展教學。教師精心設計了3個學習任務（如圖2所示），分別從提出猜想、探究實驗和實驗創(chuàng)新3個活動流程進行。

1.3.1 活動1：提出猜想

教師從生活實例入手，利用視頻創(chuàng)設問題情境“在決賽時劉翔把項鏈、手表等物品摘下來，這樣做的科學道理是什么”？引導學生猜想與加速度有關因素，但是這些猜想往往是片面的、不準確的，因此教師可以提供幾組圖片啟發(fā)學生修正自己的觀點，形成科學認知。同時引導學生結合已學知識“牛頓第一定律”理論成功預測加速度與合力、質量有關。

【設計意圖】本節(jié)課課前準備中要求學生對加速度與哪些物理量有關進行充分預測，從“猜想”到“理論分析”探究過程，體現(xiàn)對學生猜想的尊重，激發(fā)學生探究欲望，提升學生分析問題思維能力。

1.3.2? 活動2：實驗驗證

教師引導學生運用“控制變量法”思想設計實驗方案，以6-8人小組為單位，學生提出設計方案思路，小組成員討論、交流和論證方案的可行性，教師巡視時給予必要指導，同時要參與到學生討論分析中去，引導學生選擇最優(yōu)的實驗方案二（若有其他方案可作為課后探究課題）。小組成員共同合作操作實驗，測量并記錄實驗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入計算機處理，通過網(wǎng)絡共享圖象并派出學生代表匯報實驗結論。教師巡視學生使用儀器是否得當并給予指導。

板書設計時將“結論”位置留白，實驗方案和結論全部由學生來得出，激勵、喚醒學生的內(nèi)在動力，調動學生積極參與到探究“過程”中，在師生互動，生生互動中形成和諧共振，在自我探究體驗中深化學生的知識獲得感。

【設計意圖】從學生自主設計實驗方案到實施實驗過程，感悟“控制變量法”的科學思想，規(guī)范學生實驗操作，提高學生處理數(shù)據(jù)能力，培養(yǎng)學生總結歸納能力、語言表達能力;通過比較兩種實驗方案，鼓勵學生質疑精神，培養(yǎng)學生實驗能力。

1.3.3? 活動3：提煉創(chuàng)新

結合實驗過程和結論，總結探究決定加速度實驗中涉及的思想方法，分析實驗誤差來源，引導學生通過變換研究對象（系統(tǒng)）和改變測量量（力、加速度）對實驗方案大膽創(chuàng)新和改進。

在校本作業(yè)的設計中“趁熱打鐵”將剛剛學到的思想方法遷移到創(chuàng)新實例中。通過作業(yè)將思維方法進行鞏固、落實與升華，做到學以致用。

【設計意圖】拓展學生設計實驗方案視野，體會不同實驗方案設計理念，培養(yǎng)學生知識遷移能力，增強學生的創(chuàng)新意識。

1.4? 重視實際獲得，培養(yǎng)學生科學精神

科學精神是人們在長期的科學實踐中形成的價值標準、共同信念和行為規(guī)范的總稱，對磨礪學生科學實驗探究態(tài)度有重要意義。

本教學設計案例突顯教師引導為輔、學生自主探究為主的教學策略，在此基礎上引導學生自主設計探究實驗，促進學生知識的自主遷移，重視學生實際獲得。每個學習任務涉及2-3個學生活動，每個活動的設計均指向學生的能力進階。其中【學習任務1】設計了2個學生活動，學生基于生活常識能初步猜想到與加速度有關的物理量，并引導學生結合已學“牛頓第一定律”理論依據(jù)成功預測決定加速度的物理量有質量及合外力?！緦W習任務2】突出“自主實驗探究”，使學生從基于實驗經(jīng)驗設計方案的水平發(fā)展到能依據(jù)“控制變量”思想設計方案水平，體會“量變—質變”的規(guī)律;學生通過從實驗操作性、誤差、數(shù)據(jù)分析等方面比較自主選擇實驗方案，體現(xiàn)充分尊重學生理念?！緦W習任務3】體現(xiàn)知識遷移的同時使學生直觀感受到不同設計理念下的實驗方案。通過學生自主學習、設計實驗、探究實驗、小組協(xié)作研討學習等順序展開教學，意在激發(fā)學生參與熱情和體會探究成果的獲得感;學生在研討、小組協(xié)作后獲取結果，對方法和知識獲取印象深刻;利用CAI課件和網(wǎng)絡處理實驗數(shù)據(jù)，感受科學技術發(fā)展魅力。教學中踐行“以學生為本”的思想，培養(yǎng)學生科學探究精神。

2? 結束語

本節(jié)課設計以實驗教學為主，運用了實驗探究式的教學實施策略，對教師課堂駕馭能力要求較高，重視學生實驗探究過程中的親身體驗，體現(xiàn)了“做中學”和“關注學生能力發(fā)展”的教育理念。

物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開學生的學習實踐活動，物理教學應以提高學生的終身學習能力為目標，以落實物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成為主線，以實施學生的學習實踐活動為依托，以教師教學設計為動力源，深化教育教學改革。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]馮利，于海波.牛頓第二定律教學應注意的幾個問題[J].中學物理，2017（7）：32.

[3]侯海軍，孫明西.基于核心素養(yǎng)的高中物理教學探究[J].物理教學探討，2016（10）.

[4]彭前程.積極探索基于核心素養(yǎng)理念下的物理教學[J].中學物理：高中版，2016（3）：1-2.