基于核心素养的助学案“物理实验探究”的设计思考

■王玉婷

“助学案”教学是课改进程中凸现出来的一种教学形式，用其辅助学生掌握教材内容，也是培养学生物理核心素养的一种重要媒介。助学案的结构通常由课前自学、课堂研讨、归理总结、反馈反思几个部分组成。教师以助学案为载体还课于生，帮助组建学习共同体，开展合作学习，引导学生自主获得知识，促进学生自主学习方式的生成。

“实验探究”是学生用以获取知识、体验科学过程、学习科学方法的重要活动，也是落实核心素养的重要组成部分，是发展物理核心素养的有效途径。本文将结合教学实例，谈如何以“助学案”的形式开展“实验探究”，提升学生问题解决能力和科学创新能力。

一、依托助学案，引导学生多层次思维，提升解决问题能力

“欧姆定律”是初中物理课程系统中一个重要的物理规律，其中“探究电流与电压和电阻的关系”是本节课的重点。九年级学生对于“控制变量法”的使用已经掌握得比较到位，很容易得到要探究I、U、R三者的定量关系，必须分两大步进行：（1）电阻一定时，探究电流与电压的关系；（2）电压一定时，探究电流与电阻的关系。但是该实验电路的设计却是一大难点。学生对电学的掌握理解程度参差不齐，对电路设计往往考虑不周且不能一次到位，以第一个小问题“电阻一定时，探究电流与电压的关系”为例，笔者依托助学案，将大问题分解成若干个小问题，逐步引导学生多层次思考问题，最终自主设计实验电路图。

以下为“欧姆定律1”新课助学案中关于“设计实验电路图”的内容：

探究“电阻一定时，电流与电压的关系”实验电路环节设计

环节（一）：请你在选择器材时思考以下信息。

1.如何获得“导体中的电流”与“导体两端电压”的数据？

选择器材：________。

2.通过一组I、U值能否得到普遍规律？________。

如果不能，如何改变“导体两端电压”的大小，以获得多组I、U值？

选择器材：________。

3.如何实现变量控制？即控制________不变，选择器材：________。

4.其他器材：________。

环节（二）：利用你所选择的器材，设计实验电路图并画出。

学生借助助学案完成实验电路图的设计后，课堂进入“展示和交流”阶段。

师:请问你选择什么器材来获得“导体中的电流”与“导体两端电压”的数据？

生1:电流表和电压表。

师:其他同学也选择了这两个器材吗？

生1:是的。

师:通过一组I、U值能否得到普遍规律？

生1:不能，我利用改变电源电压来改变导体两端电压，从而得到多组I、U值（如图1）。

图1

师:其他同学也采取了同样的方法吗？

生2:在电路中串联一个滑动变阻器，通过移动滑动变阻器来改变导体两端电压（如图2）。

图2

师:请你利用电路展板给同学们演示一下。

师:通过这位同学的演示，我们发现移动滑动变阻器，导体两端电压确实改变了。以上两种“改变导体两端电压”方法，哪一种好一点？请说出理由。

生3:在电路中串联一个滑动变阻器的方法好一点，因为这样可以在不拆电路的情况下就得到多组I、U值。

师:对，在电路中串联一个滑动变阻器可以控制电压改变的幅度以便获得多组数据，另外还可以保护电路。

师:在刚才几位同学展示的实验电路中，研究对象都选择了小灯泡。教师发现有些同学不是以小灯泡为研究对象，请来展示一下你的电路图（如图3）。

图3

师:请问你选择定值电阻作为研究对象的原因是什么？

生4:我选择定值电阻作为研究对象是基于助学案中第3个问题:在研究“电流与电压的关系”时，要控制导体电阻不变，而在前面学习“电阻”时，我们知道灯泡的电阻受温度影响很大，所以不能以小灯泡为研究对象。

学生通过对助学案中一系列小问题的思考，已经基本选定合适的器材自行设计电路，助学案中“助”的作用凸显，助力学生主动思考，找到解决问题的方法。“展示和交流”环节，学生通过交流与比较，对所设计的电路不断完善，最终得出最佳的方案。尤其是在“滑动变阻器的使用”这一难点上，为突破该“瓶颈”，教师请学生利用电路示教板来展示现象，学生建立了感性认识。通过讨论分析，帮助了学生找到解决问题的角度，切实提升了学生的物理核心素养。

二、依托助学案，激发学生多角度思维，培养科学创新能力

在学习“平面镜成像特点”这一内容时，由于学生对于平面镜的使用已积累了较为丰富的感受，所以对知识内容的理解并不存在很大难度。但教材并没有对要用玻璃板代替平面镜这一教学难点做前期引导说明，而选用两个相同的物体比较像和物的大小也是学生不可能顺利想得到的。对于这些问题的解决，教师一般会要求学生先按照教材实验方案完成实验，然后再反思这样做的目的。实际教学中，笔者以助学案为引领，利用学生已有的知识技能逐步突破难点，引导学生在设计“探究平面镜成像特点”实验时，多角度研究，设计出不同的探究方法。

以下是“探究平面镜成像特点”助学案中关于“实验方案设计”的内容：

环节（一）探究猜想1：“像和物的大小”关系。

1.生活中你是如何比较两个物体大小的?（例如:两支笔的大小。）

所用器材及方法：________。

说说不同的方法：________。

2.用你所选器材及方法可以比较平面镜中的像和镜前物体的大小关系吗？请试一试。如果可行，请写出你的做法；如果不可行，说说困难在哪里。

3.探究中用到的平面镜是否妨碍到你的操作过程？若有，请说说在哪个环节产生了妨碍，怎么解决。

环节（二） 探究猜想2：“像和物到平面镜的距离”关系。

1.要测量像到平面镜的距离，必须先确定像的位置。如何确定像的位置？请写出你的方法： 。

2.在明确像和物到镜面距离关系时，除了用刻度尺测出距离这一方法外，还可以怎么比较呢？

环节（三） 比较自己的探究方案和教材探究方案的异同点。

学生依托助学案，边实验边思考，合作探究一些可行的方案。通过师生交流，培养创新思维。

师:说说你们有哪些方法来确定两个物体大小。

生5:靠在一起比一比或者用尺量一量。

师:用这些方法怎么来比较像和物的大小关系？

生6:我们组是用尺子测量的。（边说边演示）先用尺子放到物体旁边量物体的高度，再贴着镜面量像的高度。

师:像并没有贴在镜面上而是在镜子后面的，那么刚才准确测量到像的高度了吗？怎么办呢？

生7:应该没有准确测量到，但只要看看镜中尺子的像就可以了，因为它贴在像的旁边。

师:看尺子的像就可以了？那你们能确定尺子的像和原来的尺子大小是一样的吗？所以要将尺子靠到像的旁边测量。

生8:若将尺子放到镜子的后面去靠近像，尺子就被挡住看不见了。

师:现在的问题很明确了，既要能看到前面物体所成的像，还要能看到后面的尺子，若使用平面镜会把后面的物体挡住，不可能同时看见，那用什么呢？

生9:用玻璃板。这样既可看到前面的像，又可看到后面放的尺子。（上前演示）

师:用靠在一起比一比的方法可以明确像和物的大小吗？

生10:若把物体靠到像的旁边，拿走了物体，物体的像就没有了。

师:这个问题好。既然前面的物体不能动，那拿什么去和像靠近呢？

生11:再拿一个和原物体相同的另一物体放到镜子后面去靠近像来比较。还要将平面镜换成玻璃板。

师:同学们集思广益，发现“用玻璃板代替平面镜”便于比较像与物的大小关系。这个方法对于研究“像和物到平面镜的距离”关系是否有帮助呢？

生12:我们小组在测量像到平面镜的距离时，就是没有办法确定像的位置，而用“玻璃板代替平面镜”的方法，像的位置就很容易确定了。

教师在引导过程中充分利用学生的已有知识，帮助学生在使用知识、发现问题、解决问题的流程中突破难点，得到思维训练。解决了玻璃板替代平面镜和选用两个相同的物体这两个难点后，“距离关系的探究”也就水到渠成了。确定了像的位置后，距离的关系用刻度尺测量就很方便了。若用比较的方法，就要引导学生思考如何将两个距离靠到一起，学生可以想到沿着玻璃板的位置折叠即可比较。学生通过比较两个方案的异同点，既可以加深对探究“平面镜成像特点”实验的理解，又可以培养科学探究中“评估和交流”的能力。学生用已有的知识动手探究，生成问题，多角度思维，培养了科学创新能力。

总之，“科学探究”是物理学习的一种重要手段，“助学案”教学也只是一种教育形式，针对不同教育教学环境编制适合的“助学案”环节，都是以期促进学生主动学习，有效激发学生学习物理的兴趣和求知欲望，发展学生思考与动手能力，进而提升学生物理核心素养。以上只是笔者在教学实践中摸索而出的一些做法和想法，还有许多困惑有待思考，相信在以后的使用中会继续探索设计能提升学生物理核心素养的“科学探究”实验方案。