初中物理研究性学习的实践和思考

程宏亮　韩沐晨　赵琪

摘 要：在新课改“三维目标”的基础上，教育部提出了发展学生核心素养的要求。自此，提升学生的核心素养成为中小学教育的一个明确方向，寻找合适的教育形态成为重要的教育任务。广大教育工作者通过大量的理论研究和教学实践发现，立足于教材的研究性学习活动与提升学生的学科核心素养的要求能够较好地契合。以人教版“测量平均速度”研究性学习活动的实施为例，阐述提升学生核心素养与研究性学习活动之间的紧密联系。

关键词：初中物理；核心素养；研究性学习；“测量平均速度”

作者简介：程宏亮（1975—），男，广东省深圳市光明区教科院。

韩沐晨（1995—），女，广东省深圳市坪山区坪山实验学校。

赵 琪（1994—），女，广东省深圳市坪山区坪山实验学校。

2016年，教育部在“三维目标”的基础上，发布了中国学生发展核心素养研究成果，公布了《中国学生发展核心素养》总体框架。在《义务教育物理课程标准（2022年版）》中，物理学科核心素养包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度和责任”。其中，“物理观念”是物理学科核心素养的基石，是学生形成的从物理视角对事物进行研究的思想、方法和观点，也是根植于学生头脑的科学思维、探究意识、合作精神、科学态度，以及对他人和社会的一种责任感。核心素养理论的提出，为初中物理教师教学指出了更加明确的方向。指向核心素养的初中物理课堂教学，要求学生在知识建构的过程中，通过对知识的探索，总结物理研究的方法和思想，进而形成物理观念，这就是我们常讲的要从关注“知识为本”转变为关注“观念建构”。

一、研究性学习活动概述

研究性学习强调在教学过程中创设一种类似科学研究的情境或途径，让学生主动地探索、发现和体验，学会收集信息并进行分析和判断，从而增强思考力和创造力。从教学的角度来看，研究性学习更符合学生本位、问题本位和过程本位。在初中物理教学中，研究性学习的设计更多是以综合实践活动的形式展开，通过创设开放性、创造性的空间，促进学生对问题的研究。教师可充分挖掘初中物理教材内容，开展基于教材内容的研究性学习活动，以提升学生的物理学科素养。下面，以人教版八年级“测量平均速度”一课为例，对研究性学习活动进行探讨。“测量平均速度”的主要内容如下所示。

斜面的一端用木块垫起，使它形成很小的坡度。实验步骤如下。

1.把小车放在斜面顶端，金属片放在斜面底端，用刻度尺测出小车将要通过的路程s1，把s1和后面测得的数据填入表1中。

2.用停表测量小车从斜面顶端滑下到撞击金属片的时间t1。

3.根据测得的s1、t1，利用公式v1=s1/t1算出小车通过斜面全程的平均速度v1。

4.将金属片移至斜面的中部，测出小车到金属片的距离s2。

5.测出小车从斜面顶端滑过斜面上半段路程s2所用的时间t2，算出小车通过上半段路程的平均速度v2。

从课程教学计划来看，这是一节学生实验课，其教学目标是提升学生的实验探究能力、实验数据分析能力，帮助学生养成科学思维。如果将其设计为研究性学习活动，可使教学素材既立足于物理课堂教学，又拓展至物理课堂之外，能够提升学生的思维能力，培养学生的创新能力。更为重要的是，这样能够最大限度地培育学生的物理学科素养。

从活动方式上来看，物理研究性学习活动可分为调查访问型、实验观测型、课题研究型、文献研究型、游艺娱乐型等。“测量平均速度”研究性学习活动以活动方式来划分，应该属于典型的实验观测型活动。对于注重定量研究的课题，学生可通过科学实验和科学观测来获得数据，进而进行研究性学习。论证评价的一般程序，可分为创设情境、实验分析、假设验证、拓展提升这四部分。

二、活动过程

（一）创设情境

1.完善研究性学习的组织结构

要想更好地创设情境，首先要完善研究性学习的组织结构。如可设定每个学习小组为四名成员，并满足同组异质的分组原则，实行组长负责制，组长负责各成员实验探究任务的分配，并在小组交流时起到主导作用。小组组长不能担任汇报人，由组长指定小组其他成员汇报发言。第一小组汇报结束后，第二小组的发言人由第一小组发言人指定，以此类推。这样，可最大限度地提高小组研究的整体水平，使组内实验探究氛围更和谐、更深入。每个小组成员必须以科学、负责任的态度进行合作，才能高质量地完成实验探究任务，同时提高自身的实验探究能力。

2.问卷调查

【设计问卷】

为提高学生在研究性学习中的思维深度和广度，形成正确、科学的思维方向，在开展研究性学习活动之前，笔者设计了一份学生问卷如下：

各位同學，这份问卷是想了解你对平均速度的已有认识，以便老师帮助大家更好地学习平均速度，本问卷不会对你造成任何影响，请真实回答。

1.你能够正确地使用停表吗？

2.小车下滑前，将车头还是车尾放置在起点处？

3.路程除以时间很难整除，有什么办法可以提高计算效率？

4.预测一下小车在前半程和后半程的平均速度大小，想一想有可能一样大吗？

5.日常生活中，哪些物体上有平均速度这一物理量？你认为平均速度这个概念存在的意义是什么？

【问卷统计分析及教师的指导策略】

笔者用该问卷对一个班全体45名学生进行了调查，回收了问卷45份。通过回收的问卷，笔者获得了很多的信息。对于第一个问题，约64%的学生回答不能正确使用停表，甚至有两名学生不知道停表是什么，但也有约13%的学生表示很熟悉停表，自己家中有并经常使用。对于第二个问题，学生回答的情况较为理想，约96%的学生都认为应该把小车头放置在起点处。这两个问题主要调查学生实验探究的操作能力。

第三个问题的调查结果比较出乎笔者的预设，有约81%的学生准备用计算器计算路程除以时间。有一个小组的回答令人眼前一亮，该小组组长引入电子表格来处理数据，并且应用数据生成图像的功能，使数据规律可视化。快速准确的数据分析是实验的重要组成部分，所以，学生处理数据的方法也是实验探究能力的体现。如果在班级内推广这种数据处理方法，全体学生的实验探究能力都将得到提高。学生制作的电子表格和数据生成的图像如图1和图2所示。

第四个问题的调查结果在预料之中，约89%的学生认为小车会越滑越快，即后半程的平均速度会大于前半程。也有一个小组认为小车有可能做匀速直线运动，后半程平均速度与前半程相等，但无法阐明理由。这个调查结果是笔者乐于见到的，其体现了利用教学素材引导学生批判性思考，养成科学思维习惯，形成科学态度和责任感的过程。

第五个问题的目的是让学生将物理知识向自然、社会拓展，尝试引导学生产生深度思考，培养科学的精神。

从整体上来看，学生问卷调查结果比较浅显，有待进一步设计改进，以帮助学生建立清晰的物理观念。

（二）实验分析

1.动手实验

在课堂上，让学生按照课本的实验步骤分组实验。

2.活动的实施及教师的指导策略

教师在课堂上组织学生分组实验，必须提高课堂效率，留给学生更多的思考空间。所以，教师在实验开始前要做好针对性的指导工作。对于很多学生不能正确使用停表的问题，教师可先将停表发给组长，由组长教授组员。生生互助的过程，传递的是实验技能，传播的是科学精神。

对于学生自主开发的用电子表格处理数据和插入点状图生成图像的方法，教师可在全班推广、分享。这既是对开发电子表格的学生的一种褒奖，也可极大地提高实验效率，利于学生探究更多的实验规律，增强学生的实验探究能力。

3.误差分析

在处理实验数据的过程中，不同的测量人、器材和方法，甚至不同的测量时间，都会得到不同的测量结果，产生该现象的原因就是误差。教师应引导学生深刻理解误差的概念，感悟用求平均值的方法处理实验数据只能减少实验误差而不能避免误差的科学思想。在学生深刻理解误差的概念之后，教师可进一步引导学生将误差的概念与实验结果数据的处理联系起来，明晰实验结果的有效数字个数超过测量值的有效数字个数是没有意义的。在此基础上，教师可继续提出“较陡和较缓的斜面哪个可能引起的误差更大”等问题，从而让学生得出为了使下滑时间的测量数据更加准确，应该使斜面保持一个合适的坡度的结论。问题层层递进，形成逻辑上的闭环，能锻炼学生的科学思维。

（三）假设验证

1.进行实验

利用现有的实验器材，使小车在斜面上做匀速直线运动。

2.活动的实施及教师的指导策略

在学生完成基本实验后，针对大多数学生在调查问卷中的回答和学生的实验结果，教师可提出问题：后半程的平均速度一定大于前半程吗？事实上，当小车所受重力和支持力的合力与摩擦力平衡时，小车就会做匀速直线运动。这种举反例的科学思维方法在我们探索自然规律时常常被使用，利用假设验证，可以让学生形成一种科学的态度。

在研究性学习中，假设验证是最为重要的思维环节，是学生抽象思维具体化的过程。从教育心理学的角度来看，假设验证也是青少年学生具体运算阶段的重要训练方式。任何伟大的科学发现都要依靠大胆的假设，而科学的论证才是成功的关键。所以，假设验证的过程，是实实在在提升学生物理学科核心素养的过程。

（四）拓展提升

1.活动方案

将学生从教室带到操场，用科学方法测量学生跑、走、走走停停的平均速度。组织学生在前期调查研究的基础上，交流在日常生活中平均速度的应用，让学生进一步加深对平均速度概念的理解，建立物理观念。

2.活动的实施及教师的指导策略

开展研究性学习活动时，教师应注意充分发挥学生的自主性，尽可能让学生自主进行实验，尽量给足实验时间，让学生的相关实验行为得到落实。学生有了充分的实验活动，才能逐渐将物理观念渗透于生活中。

学生在小组交流过程中，能认识到在很多交通工具中都出现了平均速度这个物理量，也能够讲述在公路限速、预算到校时间的情境中平均速度的概念。在这个环节里，学生自然地把平均速度的知识和技能转化成了自己的能力和素养。

3.建立科学思维

要想深入理解平均速度這个物理概念，学生就要学会“平均”的科学思维方法。下文以例题进行深入解析。

例：一艘轮船，往返行驶于甲、乙两码头间，已知甲码头到乙码头为顺水，水流速度为V水，船在静水中的速度为V船，请问船在甲、乙两码头间往返一次的平均速度为多少？

通过这道习题可知，船在甲、乙两码头间往返一次的平均速度小于船在静水中的速度。可能有学生对此不太理解，错误地认为船的平均速度应与水流速度无关。反驳这个错误的认识可用极限的科学思维方法：我们假设水的速度大于船在静水中的速度时，从甲码头到乙码头（顺水）时，虽然船速很快，但从乙码头向甲码头（逆水）时，水速大于船的静水速度，这时船根本就开不回来，所需的时间无限长。反驳这个错误的认识也可以用“平均”的科学思维方法：在物理学中，“平均”是一个物理量对另一物理量的累积效应。逆水时，由于时间较长，水流速度对船速的累积效应更大，所以逆水时的积累效应更大，这样，船的在流水中的平均速度就会小于在静水中的平均速度了。这两种反驳的思维过程，无论是从数学方法的角度，还是从科学思维的角度，对学生物理学科核心素养的提升都具有指导意义。

三、总结

本文围绕“平均速度”这一物理概念展开，使学生明晰“平均速度”的物理概念，建立物理观念，提高学生的实验探究能力，锻炼学生的科学思维，培育学生的科学态度和责任。“平均速度”物理概念的展开平台是研究性学习活动，研究性学习活动改变了学生被动接受的单一学习方式，更有助于学生能力和品格的养成。从物理学科知识体系来看，“平均”科学思维方法的建立，有利于学生理解瞬时速度、加速度、线速度等概念，使物理概念链条变得完整和统一，实现贯通教学。物理概念教学是落实物理学科核心素养培养过程中最重要且最基础的一环，重视物理概念的内涵和外延，理清概念间的逻辑联系，对完整的物理知识体系的建构尤为重要。

［参考文献］

杨立轩.核心素养导向的高中物理实验教学策略［J］.智力，2020（17）：129-130.

中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准［M］.北京：北京师范大学出版社，2011.

朱文军.基于物理核心素养的浮力深度备课［J］.物理教师，2018，39（2）：47-50.

郭华.深度学习及其意义［J］.课程·教材·教法，2016，36（11）：25-32.