安徽省廬江縣龍橋鎮(zhèn)初級中學(231551) 劉信生廣東省湛江市第二中學霞山校區(qū)(524002) 譚振興

1 問題的提出

2017年12月《普通高中物理課程標準》頒布，物理學科核心素養(yǎng)正式提出。以核心素養(yǎng)為導向的物理教學，是物理學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生在接受物理教育過程中逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格，是學生將物理學習內(nèi)化后形成的帶有物理學科特征的品質(zhì)，是學生核心素養(yǎng)的重要構(gòu)成。物理學科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任4個方面，其中科學探究是核心中的核心，其余3個要素都滲透在科學探究活動中。《初中物理課程標準(2011年版)》指出：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，以及對科學探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力。

我們的物理探究是科學探究嗎？ 我們在物理教學過程中，能讓學生進行科學探究嗎？我們距離真正的科學探究還有多遠?筆者經(jīng)常用這些教學問題拷問自己，促使自己反思當前的教學現(xiàn)實，追尋著教學的未來。

筆者以“串、并聯(lián)電路中的電流和電壓規(guī)律”實驗為例，在研究與反思過程中提升科學探究的質(zhì)量和效果。

2 對串、并聯(lián)電路中的電流、電壓規(guī)律之科學探究過程的反思

科學探究不同于科學實驗，更不同于一般的物理實驗。物理學是建立在以實驗為實證基礎(chǔ)上的自然學科，基于實驗的科學探究是新課程改革下物理教育的核心實踐活動，是實現(xiàn)培養(yǎng)學生物理核心素養(yǎng)的重要途徑。一線教師對科學探究的理解還是有些偏差的，認為只要好好做實驗就是完成科學探究，現(xiàn)實與理想之間的反差還是客觀存在的。

2.1 提出符合初中學生思維水平的適切性物理問題的反思

教育心理學研究表明：“學起于思，思源于疑?！眴栴}驅(qū)動是一切科學探究的原動力。事實證明科學上眾多的發(fā)明和創(chuàng)造，與其說是問題解決者促成的，還不如說是問題的追尋者促成的。這就要求我們充分發(fā)揮初中學生形象思維的優(yōu)勢，在本節(jié)課的教學中，教師運用類比法由水流建構(gòu)出電流概念后，創(chuàng)設華燈初上夜晚的教學情境，馬路兩旁的路燈與商場上的小彩燈的發(fā)光場景，再將事先準備好的串、并聯(lián)電路實驗裝置器材分發(fā)給每個實驗小組，分別連接串聯(lián)和并聯(lián)兩種電路。此時，教師引導學生提出問題：串聯(lián)電路中的電流有何特點？并聯(lián)電路中的電流有何特點？學生由生活中的經(jīng)驗進行猜想：串聯(lián)電路中的電流越來越大、越來越小、不變；并聯(lián)電路中的電流干路和支路相等、干路電流等于支路電流之和……

同樣的道理，我們由水壓類比引入電壓概念后，通過學生生活中的感性認識，同樣會對串、并聯(lián)電路中電壓的特點進行大膽猜想和假設，教師要投以鼓勵的眼神和欣賞的微笑，不要擔心學生的錯誤回答，更不能阻止另類不著調(diào)的想法。只要提出的問題符合初中學生思維水平，無論對錯，都要包容和鼓勵。

2.2 在探究活動中收集事實證據(jù)，形成科學解釋的反思

教師的物理探究實驗的視野和綜合素養(yǎng)決定了學生探究活動的高度。在探究串、并聯(lián)電路電流規(guī)律實驗中，筆者在聽評課中，都是采用千人一面的教學流程：為了使實驗數(shù)據(jù)具有普遍性的特點，可以選用不同型號的小燈泡重復以上實驗，再改變電源電壓重復以上實驗。由于電池組的電池節(jié)數(shù)不可能任意增加，因此實驗收集的數(shù)據(jù)有限。我們在設計實驗和收集證據(jù)過程中，完全按照教材中要求的實驗電路連接實物圖，符合自己預想要求的測量數(shù)據(jù)就收集起來，一旦有較大的“誤差”的數(shù)據(jù)就拒之千里，這里采用的都是“報喜不報憂”的策略，內(nèi)心想盡快地找到那些所謂“有力的證據(jù)”來直接驗證自己“心中已有”的結(jié)論來了事。試想，通過教材中這樣的“本本”實驗得出的結(jié)論，就是“所謂”的科學探究過程，科學的成分一定會“縮水”，久而久之，學生的科學素養(yǎng)何在？學生崇尚的科學精神又將何存？

2.2.1 對并聯(lián)電路中電流規(guī)律實驗探究過程的反思

筆者在教學實踐中對原有實驗進行深入反思，然后進行改進和提升。

(1)針對電源電壓不能隨便改變的情況，教師完全可以把問題攬下來，在紙盒里放入串聯(lián)一個滑動變阻器的電池組(由于學生沒有學習滑動變阻器原理，不必讓學生掌握)，告訴學生這是一個“魔術(shù)電池”，只要移動按鈕(實質(zhì)是滑動變阻器滑片)就可以改變電源電壓，可以實現(xiàn)更多次測量，收集更多的實驗數(shù)據(jù)。

(2)傳統(tǒng)實驗中的指針式儀表在使用時要面對指針調(diào)零、量程的選擇、誤差大等各種挑戰(zhàn)，筆者將數(shù)字化傳感器融入傳統(tǒng)實驗中，基于EDISlab pro軟件系統(tǒng)中的電流傳感器取代指針電流表，同時采用串聯(lián)滑動變阻器的方式改變電流進行實驗探究，運用3只電流傳感器進行并聯(lián)電路的電流規(guī)律實驗(如圖1所示)，既省時也高效。

圖1 探究并聯(lián)電路中電流規(guī)律的數(shù)字化實驗裝置

(3)對于并聯(lián)電路中的電流規(guī)律的實驗探究決不能拘泥于只有兩條支路的簡單電路中，因為教師在安排學生收集好課本上的兩條支路電路組成的并聯(lián)電路電流的數(shù)據(jù)后，就和盤托出并聯(lián)電路中的電流規(guī)律：并聯(lián)電路中干路上的電流等于各支路上的電流之和，寫為I總=I1+I2+I3+……+In，很明顯，這就是直接告訴學生的結(jié)論。我們完全可以添加一只小燈泡和幾根導線，用現(xiàn)有的電流傳感器，繼續(xù)探究下去，如圖2所示，運用電流傳感器1測出L1、L2的并聯(lián)電流，電流傳感器2測出L3電流，電流傳感器3測出干路上電流。但是，并不是連接的電路都在正常情況下工作，假設其中任意一個或者兩個燈泡斷路(如L2、L3同時斷路，只有L1正常發(fā)光)，以下是學生在實際操作過程中收集到的數(shù)據(jù)(見表1)，學生發(fā)現(xiàn)表中第4組和第5組數(shù)據(jù)有支路電流為零的現(xiàn)象存在,學生根據(jù)燈泡的發(fā)光情況，發(fā)現(xiàn)是由于該傳感器所在的支路出現(xiàn)斷路造成的，我們可以大膽的提問：并聯(lián)電路中的電流規(guī)律還適用嗎？這種特殊情況的電路狀態(tài)在實際操作時是完全可能存在的，教師對于學生探究過程中得出的這類數(shù)據(jù)，要么視而不見，要么就當做“異類”數(shù)據(jù)清除出列，這種理想化的實驗，這種不接地氣的探究符合科學探究的要求嗎？教師應正視這類問題，讓學生優(yōu)化創(chuàng)新測量方法和提升測量手段，再得出以上實驗結(jié)論的證據(jù)會更充分，論證的力度更凸顯。

圖2 實驗電路圖1

表1 實驗數(shù)據(jù)1

2.2.2 對串聯(lián)電路中電壓規(guī)律實驗探究過程的反思

教師在安排學生按照教材中的實驗要求，運用指針式電壓表進行串、并聯(lián)電路實驗操作，再引導學生分析僅有的3組數(shù)據(jù)后得出各自的實驗結(jié)論，就萬事大吉了。其實我們的探究不能淺嘗輒止，完全可以運用數(shù)字化器材探究串聯(lián)電路中電壓規(guī)律實驗，展開全方位的探究，同時運用上文中“魔術(shù)電池”進行多次測量。圖3是探究串聯(lián)電路中電壓規(guī)律的實驗裝置。讓學生親自去體驗科技手段的使用對物理實驗探究的便捷性和高效性，從內(nèi)心深處認識到科技是第一生產(chǎn)力的重要性。此時，我們會由此直接推理得出串聯(lián)電路中的電壓規(guī)律：串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各串聯(lián)部分兩端的電壓之和，寫為U總=U1+U2+U3+……+Un，學生完全可以增加燈泡和導線，運用電壓傳感器1測出L1、L2的共同電壓，電壓傳感器2測出L3電壓(如圖4所示)；也可以變換著電壓傳感器進行探究(如可以先測出L2、L3的串聯(lián)電壓，再測L1電壓等方法)。同時，在實驗過程中會遇到電路中用電器斷路和局部電路短路情況的發(fā)生，讓學生一定要收集這些在實驗過程中自然發(fā)生的數(shù)據(jù)，引導學生要“一視同仁”地對待這些實驗數(shù)據(jù)，而且要進行認真分析論證。表2中的實驗數(shù)據(jù)就是筆者在實驗中指導學生收集起來的第一手資料，學生驚奇地發(fā)現(xiàn)第4組數(shù)據(jù)中U2=0，而且所有的燈泡都是不亮的，通過教師的點撥和學生反復思考后發(fā)現(xiàn)被測量的電路中與電壓傳感器1并聯(lián)的那部分電路出現(xiàn)了斷路的原因；第6組數(shù)據(jù)中U1=0.06 V，這時候，也有學生回答：“這是由于電路中與電壓傳感器2并聯(lián)的那部分電路出現(xiàn)了斷路情況”。教師這時候用懷疑的語氣反問：“是真的嗎？你依據(jù)是什么？”學生細想后發(fā)現(xiàn)了問題，雖然數(shù)值很小但是不為零，其中電路中還是有燈泡發(fā)光的，與第4組數(shù)據(jù)還是有區(qū)別的，終于找到故障的原因是與電壓傳感器1并聯(lián)的那部分電路出現(xiàn)了短路。

圖3 探究串聯(lián)電路中電壓規(guī)律的數(shù)字化實驗裝置

圖4 實驗電路圖2

表2 實驗數(shù)據(jù)2

只有讓學生深入到實驗的整個探究活動實際情形中，才能體會探究過程的艱辛，才能感悟到科學規(guī)律得來的不易，只有這樣，才能有目標地培養(yǎng)學生科學探究的優(yōu)良品質(zhì)。

當下教師的課堂教學行為受制于“教學要求”“考試說明”，要求教師按照“知識點”的形式傳授內(nèi)容，將物理知識人為地進行分割、點狀羅列。依據(jù)這些“要求”，教師必須針對教材中知識點靶向性地設計探究實驗，按照“本本”完成系列探究任務，得出實驗結(jié)論，象征性、千人一面地進行評估和反思。一旦發(fā)現(xiàn)理想與現(xiàn)實之間出現(xiàn)距離后，教師再次以不同面目的問題去強化、鞏固相應的知識點。于是，“應試教育”“題海戰(zhàn)術(shù)”就成為當下教學過程中可以理解的現(xiàn)象。就像上文中的數(shù)字化實驗就可以同時探究并聯(lián)電路中短路和串聯(lián)電路中斷路時電流和電壓的特點，但是，在現(xiàn)實教學中，教師都是習慣將這些問題設立專題進行探究，甚至將判別的理論或經(jīng)驗直接告訴學生，根本無暇探究，既加重了學生的學習負荷，也重復了實驗過程，屬于亡羊補牢的教學。這也是導致科學探究過程空心化、形式化泛濫的重要原因，嚴重阻礙了學生的科學探究的真實開展。

2.3 學生評價和學生發(fā)表觀點的反思

在實際教學中，教師的知識本位和學科本位思想根深蒂固，中考考試的內(nèi)容是至高無上的要求，圍繞“本本”去完成教學無可厚非。學生科學探究的水平和能力會直接影響到自我評價的高度和觀點發(fā)表的深度。這就要求教師一定要理解和吃透科學探究的內(nèi)涵，回答出“我為什么這樣探究？”“我探究得怎么樣？”“為什么組織學生這樣探究？”這三個問題。只有這樣，才能清醒的認識到我們平時實驗探究得出的僅僅是學科知識、淺層能力等剛性層面的內(nèi)核，完全是應試方面的能力。殊不知，科學探究是物理學科核心素養(yǎng)中的重要因素，是核心中的核心。我們塑造的學生是一個完整的有血有肉、有思維、有情感的人，一定要站在核心素養(yǎng)的高度對學生的自我評價和發(fā)表的觀點進行反思。

3 結(jié)語

從浙江省特級教師吳加澍教師提出“實驗為基礎(chǔ)，思維為中心”的優(yōu)化課堂教學策略中我們可以悟出科學探究的本質(zhì)就是“實驗+思維”，這是科學探究的“硬件+軟件”。誠然，如何保證我們真正在科學地探究實驗，首先取決于實驗設計和實驗器材的選擇，有了好的設計方案就是走向成功的路線圖；優(yōu)化實驗器材是獲取成功的必要保障。其次，是否培養(yǎng)學生的科學思維能力是科學探究活動成效的硬性指標，科學思維是學生在物理學科叢林中披荊斬棘的一把利器，永遠不能丟。教師在科學探究活動中的作用不可小覷，一定要樹立正確的學生觀、課程觀，還要有深厚的教育情懷，將鮮活的學生群體置于探究活動的中心，教師應是引導者、方法的建立者，絕不是簡單的知識傳授者。唯有懷揣夢想的教師帶領(lǐng)學生在科學探究的道路上做個堅定的踐行者，才能縮短與理想的彼岸之間的距離。