基于核心素养理念的初中物理主题探究式实验教学

庄晓红

(江苏省启东市鹤城初级中学,江苏 启东 226200)

物理作为一门以实验为基础的学科,科学探究能力是当下物理学科核心素养之一[1].以笔者长期的一线教学经验来看,基于核心素养理念开展初中物理主题探究式实验可以帮助教师更好地实现教学目标,提升学生的科学素养.在具体实践过程中,要从以下四点出发.

1 教师引导有侧重

物理学科《义务教育课程标准(2022年版)》指出要想让学生掌握主题探究式实验教学,教师可以从如下的思维程序出发：提出问题—猜想与假设—设计实验—进行实验—收集数据—分析与论证—评价—交流总结[2].主题探究式实验作为一种需要教师引导学生独立完成并发现知识的活动,在实际操作过程中一定要有侧重点.

以人教版九年级《串联和并联》这一节的探究式实验为例,教师的教学重点可以放在“猜想与假设”这一环节上.学生在这一章节的初始阶段已经学习过简单的电路结构,会画简单的电路图.在本节课的学习中,教师在课堂初始阶段可以展示出实验设备甲、乙两个箱子,均有两个灯泡、一个开关和电源.闭合和断开开关,再取下其中一个灯泡,要求学生观察实验现象.学生观察灯泡的工作情况后可以快速回答：闭合开关,两灯都亮;断开开关,两灯都灭;取下其中一个灯泡,甲中的另一个灯泡不发光;乙中的另一个灯泡仍发光.教师可以顺势提出问题：同样的两个灯泡,一个开关,为什么取下其中的一个灯泡会出现不同现象?学生回答：是因为灯泡的连接方式不同.教师由此可以引入串联和并联的探究式实验并引导学生思考猜想：如图1用一个电源、两个灯泡、一个开关和一些导线组成电路,要想让两个小灯泡都发光,可以有几种接法?

图1 探究式实验器材

学生按座位分为不同小组,完成这一探究活动时,自然会有不同的猜想。

教师让学生设计电路,培养学生设计简单电路的能力,通过引导学生思考猜想,尽可能在全班范围内出现如图2和图3连接方式,从而明确串联电路与并联电路的区别以及开关在这两种电路中的作用.

图2 两个灯泡串联示意图及电路图

图3 两个灯泡并联示意图及电路图

“猜想和假设”是培养学生认知新事物能力的关键环节.教师在引导学生开展探究式实验设计时,一定要基于学生的认知水平,让学生充分猜想和假设以此提高学生的探究能力和实验操作能力[3].

再比如,在学习人教版物理九年级“电流与电压和电阻关系”探究式实验时,教师的引导可以放在“分析与论证”环节上.在探究电流与电压的关系时,学生测得了6组电压—电流值并将数据填入如下表格.

表1 电流随电压变化情况

记录完表格后分析数据,观察电阻一定时,电压与电流存在怎样的关系.在分析时,我们可以采取图像法,做出电阻一定时,电流与电压变化的图像.如下图4.

图4 电流和电压的变化关系图像

通过分析图像可以得出结论：在电阻一定时,通过导体的电流和导体两端的电压成正比.得出这一结论后,我们可以控制定值电阻的阻值不变,移动滑片改变定值电阻两端的电压,观察电流表的示数,多次测量,论证结论.

主题探究式实验教学的核心不只是为了得到实验结论,更主要的是培养学生科学探究的核心素养.“分析与论证”是指学生将收集到的数据和信息与已有知识结合、重组并得出结论.在这一过程中,学生可以借助多种方法或工具(如电脑设备、图像)分析处理相关数据,找到数据间的关键特征并作出解释.

2 学生操作要规范

基于核心素养的主题探究式实验教学要求将学生视为课堂的主体,要求学生根据教师提供的条件明确探究目标,掌握探究方法,交流探究内容,总结探究结果,完成探究任务.而要想实现这些目标,教师就必须保证学生在实验操作环节做到有规有范.从提出问题、发现问题开始,着重关注学生设计实验方案、收集实验数据的能力,再引导学生分析论证得到实验结论,最后注重学生交流合作,总结、评估与反思[4].在整个实验操作环节中,教师要尽可能为学生创造思考环境,要求每个学生都能参与到思考探究的过程中.

以“串联和并联”这一节的主题探究式实验教学为例,学生在实验开始前需要知道“开关的正确使用方法”“电池的正确连接方法”等.在连接电路时,学生要注意开关要断开,不能直接将电源的正负极用导线连接起来,在连接电路后,需要检查电路连接无误,然后才能闭合开关,观察灯泡的发亮情况.

3 教师拓展要延伸

3.1 拓展实验方式

在人教版八年级下册“探究物体沉浮的条件”这一章节的探究式实验中,教师可以拓展实验方式,将视角放在生活中常见的物体上设计实验方案.例如,我们将土豆和苹果一起放在水里,可以观察到土豆在水中下沉,而苹果漂浮在水面上.把苹果浸没在水中,一松手,苹果又向上浮起.土豆在水中下沉,即土豆在水中向下运动,苹果浸没在水中上浮,即苹果在水中向上运动,这说明物体的运动情况不同,受力情况也不相同.我们知道,土豆和苹果在水中都受到两个力——自身的重力和水的浮力,当物体浸没液体中时,若重力大于浮力,物体下沉;若重力小于浮力,物体上浮;若重力等于浮力,物体悬浮,当物体漂浮在液面上时,它所受到的重力等于浮力.换言之,浸在液体中的物体,其浮沉情况取决于物体所受到的重力和浮力之间的大小关系.

3.2 拓展实验结论

在人教版物理八年级下册“杠杆的平衡条件”这一章节的探究式实验中,教师可以提出问题串,拓展实验结论.在学习本章节知识点之前,学生已经学习了平衡状态以及平衡力的概念,在此基础上总结得出杠杆处于静止或匀速转动状态时,杠杆就是平衡状态.由天平的调节原理我们可以知道：天平静止时左右两端的力的大小等于钩码的重力,此时杠杆两端受到的这两个力大小并不相等,仍然处于平衡状态,这是为什么呢?有的学生通过观察发现这两个力离支点的距离不相同,那么影响杠杆平衡的因素到底是什么呢?教师可以引导学生围绕这四个问题进行分析,并以天平的调节为例论证杠杆平衡的条件.

问1：为什么实验要保持杠杆水平平衡?

问2：如何调节杠杆水平平衡?

问3：为什么选择杠杆的中点作为支点?

问4：本次实验中多次实验的目的是什么?

学生边操作边思考杠杆水平平衡和杠杆中点作为支点的原因,教师鼓励学生设计实验方案,亲自动手拓展实验结论：杠杆的平衡与力的大小和力臂的大小有关.接着以提问方式做课堂练习,训练学生的物理思维.

4 课堂评价有标准

在实验评价环节,教师不能仅凭实验结果进行评价,还要观察学生在实验操作的过程中是否存在问题,进而对学生开展综合性评价.教师也可以让学生开展自我评价、互相评价,多角度思考.以笔者经验,基于核心素养理念的主题探究式实验教学课堂的评价体系如下表2.课堂评价可以采取打分制,总分100分.通过这一量化评价表,任课教师可以清楚发现自己在本课实验教学中存在哪些问题并及时改进.

表2 探究式实验评价量化表

5 结束语

科学探究不仅是一种能力,更是物理学习的重要方式.在科学探究的过程中,让学生掌握分析数据、综合比较、抽象概括、实践检验和创新能力.文章从以上四点出发搭建探究式实验课堂,以更好地让学生发现问题、解决问题,培养学生设计实验方案和分析数据的能力,让学生通过分析论证得出实验结论,感受结论定理产生的思维过程.