基于“科学探究”的物理分组实验教学模式初探

◇ 申传领

近年来，全国各地各校都进行了不同层次的“核心素养”的培训与推进，掀起了“基于学科核心素养培养与教学改革”的研究热潮．笔者承担了山东省“十三五”教育规划课题——基于“科学探究”的物理分组实验教学研究，现将课题成果与广大教师分享．

1 关于核心素养的理解

对教育核心的探讨是一个变化和动态的过程．之所以变化，是因为教育的核心不仅受历史、文化等因素的影响，还与社会发展息息相关．国际教育发展的潮流大致经历了三个不同的阶段:最初的“知识导向型”，中期的“能力导向型”，现在的“素养导向型”．

21世纪培养的学生应该具备哪些最核心的知识、能力与情感态度，才能成功融入未来社会，才能在满足个人自我实现需要的同时，推动社会发展进步呢?不同的国家或国际组织的答案是不同的．

表1

为了顺应国际教育潮流发展，深化我国课程改革，落实立德树人的根本任务，教育部在2014年3月印发的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中提出了“核心素养体系”的概念，对构建核心素养体系进行了顶层设计．中国学生发展核心素养框架是以培养“全面发展的人”为核心的素养体系，包括人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大核心素养．

2017年版高中物理课程标准明确指出:学科核心素养是指凸显学科本质，具有独特重要育人价值的素养．具体到高中物理学科核心素养，包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面．其中的“科学探究”素养部分，对原来课程标准下的七个要素进行了重新概括:1)具有科学探究的意识，能发现问题、提出合理猜测．2)具有设计实验探究方案和获取证据的能力，能正确实施实验探究方案，使用各种科技手段和方法收集信息．3)具有分析验证的能力，会使用各种方法和手段分析、处理信息，描述、解释实验探究结果和变化的趋势．4)具有合作与交流的意愿和能力，能准确表达、评估和反思实验探究过程与结果．“科学探究”的素养主要包括问题、证据、解释、交流等要素．

2 物理实验教学的现状

物理学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学是物理教学的重要组成部分，占有十分重要的地位．它是物理学的基础，也是学习物理的重要方法和手段，实验教学贯穿物理课堂教学始终．由于受应试教育及其他因素的影响，中学物理实验教学依然是物理教学中一个相对薄弱的环节．从操作层面上来看，实验教学的误区大致分为三个方面．

1)“讲”实验．从应试教育的角度，有的教师认为考试，尤其是高考不考查学生实验操作，学生会不会动手进行实验操作没关系．只要记住实验的一些要点，例如实验的原理、仪器、操作步骤、注意事项等，只要会考实验就行了．感觉“做实验不如讲实验”来得实在．物理实验的教学往往停留在“重知识，轻方法”“重结论，轻过程”“重讲解，轻动手”上，忽视了学生实验素养的培养．

2)“看”实验．由于现代教学手段在物理学中逐渐得到应用，有的物理教师采用多媒体动画来模拟和代替实际的实验操作和实验现象，通过视频“看”实验操作变成了“看视频”“看投影”，认为这样可以省去实验过程中的各种麻烦，既省时又省力，对学生进行分组实验的积极性就更不高了．事实上，由于学生缺少了经历实验的实际过程，没有亲自动手操作，缺乏对实验的实际体验和真实感受，在遇到一些实际的物理问题时，常常感到束手无策．

3)“模拟”实验．随着课改的逐步深入，国家对基础教育的投入不断加大，开始出现了标准的物理实验室，实验器材也得到了极大的丰富和充实；与此同时，很多学校也配备了专职的实验教师，专门开展物理实验的教学．但仍然有很多教师认为学生实验是为理论教学服务的，主要是增强学生对物理概念的理解，出现了“模拟”实验的现象．每当学生需要分组实验时会提前准备好所有实验器材，为学生讲清楚实验的步骤和注意事项，学生只需要按部就班进行操作即可，根本无法体现学生自己的想法，更别提培养创新能力了．

3 学生分组实验的“申请—审核”模式

在核心素养培养的要求下，目前的实验教学模式已经无法满足新课改的要求，为此我们提出了一种新的学生实验模式——“申请—审核”模式．从问题、证据、解释、交流的流程上丰富学生的探究能力，以此培养学生的“科学探究”素养；同时利用多媒体和信息技术，创建“学生实验影音资料库”，丰富学生综合素质评价信息，为高考录取提供有力的依据．

3.1 主要内容

本课题的主要目的是建立一种学生实验模式——“申请—审核”模式，它是一种类似课题申请的新方式，其流程为:实验申请—实验审核—实验反馈—实验实施—反思总结．

1)实验申请:当学生提出实验要求时，首先要提交实验申请，提前一周填写实验“申请—审核”表．2)实验审核:在接到学生的实验申请后，审核部的教师必须在两天内完成审核．主要内容是对学生提出的“实验方案”进行操作验证，从可行性的角度，对学生提出的“实验方案”实施过程中，可能遇到的误操作、困难、“风险”等因素进行分类总结，并以问题清单的方式反馈给学生，让学生对可能遇到的问题进行重新思考与设计．3)实验反馈:结合审核部教师的问题清单，学生对实验方案进行反思调整，重点是对可能遇到的问题进行思考，提出解决问题的方法和操作等，然后重新提交．4)实验实施:学生在约定的时间内，到达指定的实验室进行实验．在这个过程中，需要注意两点．其一，整个实验过程要进行全程录像，记录学生在实验状态下的行为．其二，在这个过程中，教师的主要作用是监督和指导．监督的主要内容是反馈环节提出的解决问题的条件和操作的落实情况，严格禁止对学生进行“动手包办”式的指导．5)反思总结:学生填写实验报告，分享交流实验心得，对实验中的关键操作进行思考总结．

3.2 模式创新

这种模式的突出优势有两点:其一，在审核环节，教师反馈给学生的不是“实验答案”，也不是实验的建议，而是以“合作者”的身份提出实验过程中可能遇到的问题；在实验实施环节，监督指导实验操作的落实情况．这种“以实验为主线，以学生为主体”的模式，有力保证了学生“科学探究”素养的提高．其二，实验过程中记录的影音资料，完整存入“学生实验影音资料库”，作为素材进入学生综合素质评价体系，为高考录取提供有力依据．

3.3 实践结果

1)教师的素质得到了提高．通过对教育理论的学习，教师对学科核心素养的把握更加清晰、更加到位；与此同时，结合学生实际，从实践的角度，获得了提高学生核心素养的方法和路径．教师根据自身教学个性和本班学生实际，设计出富有个性特色的实验教学方案，灵活多变地应用于实验教学，业务水平得到了极大的提高．

2)形成了面向学生、面向未来的实验教学“申请—审核”模式，制定了《学生分组实验流程》，该流程的建立能更好地回馈课程改革诉求，落实立德树人的根本任务．

3.4 结果反思

课题研究本身就是一个不断面对未知，充满探索的过程．探索过程中我们取得了成果，也遇到了值得反思的新问题．如何改变教师讲得多的问题，把教师的角色由“传授者”变为“合作者”，确保学生的主体地位是保证“科学探究”活动进行下去的关键所在．如何引导和激励学生更加积极主动地参与探究过程，也是值得关注的一个研究方向．

学生实验的“申请—审核”模式在我校已经展现出了充沛的活力，相信未来一定会取得更好的成绩．