核心素養(yǎng)理念下物理“探 做 析”實驗教學(xué)實踐初探
——以“測當(dāng)?shù)刂亓铀俣取睘槔?/h1>

2017-11-17 06:02:54孫宏濤

物理通報訂閱 2017年12期 收藏

關(guān)鍵詞：重力加速度環(huán)節(jié)

孫宏濤

(陜西省旬陽中學(xué) 陜西 安康 725700)

核心素養(yǎng)理念下物理“探做析”實驗教學(xué)實踐初探
——以“測當(dāng)?shù)刂亓铀俣取睘槔?/p>

孫宏濤

(陜西省旬陽中學(xué) 陜西 安康 725700)

針對物理學(xué)科核心素養(yǎng)中實驗探究如何有效開展的問題，通過理論假設(shè)、實踐觀測、反思歸納的方法，發(fā)現(xiàn)通過優(yōu)化實驗探究教學(xué)組織流程，可以大大提高實驗教學(xué)效果，總結(jié)得出了以“探究方案、評估優(yōu)選、操作獲證、體驗感受、分析歸納、反思提高”為核心的“探、做、析”實驗教學(xué)模式.

實驗探究 測重力加速度 探做析 實踐研究

物理學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分，包括物理觀念、科學(xué)思維、實驗探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.其中實驗探究是形成物理觀念、發(fā)展科學(xué)思維、培育科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的手段與途徑.“實驗探究素養(yǎng)是提出問題，形成猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，并對整個過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力”[1].實驗探究主要包括問題、證據(jù)、解釋、交流等要素.由此可見，實驗探究及實驗教學(xué)在物理學(xué)習(xí)中的基礎(chǔ)性作用得到了進一步的強化.

1 問題提出

基于對物理學(xué)科核心素養(yǎng)中實驗探究作用意義的分析，課題組于2016年1月—3月，針對中學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀，在陜南六所初、高中開展了廣泛調(diào)研，發(fā)現(xiàn)很多物理教師珍惜課時，不愿在實驗教學(xué)方面花費太多時間和精力，往往將理論探究與實踐操作壓縮到一節(jié)課進行，甚至只在黑板上講實驗，這樣表面上是節(jié)約了時間，但學(xué)生沒有經(jīng)歷深入的理論探究過程，難免思維封閉、操作粗放、原理不清、分析不透，往往收上來的實驗報告質(zhì)量很差，需大量時間講評更正，如此反而花費更多時間.如何提高物理實驗教學(xué)效果，解決實驗探究重要價值與實驗教學(xué)低效現(xiàn)狀之間的失調(diào)問題，成為我們課題研究的起點.

2 理論假設(shè)

當(dāng)前中學(xué)物理實驗教學(xué)，按照課程標(biāo)準(zhǔn)要求不同可分為：課堂演示實驗、學(xué)生操作實驗、專題探究實驗；按照實驗設(shè)備手段不同可分為：自制教具輔助實驗、常規(guī)傳統(tǒng)器材實驗、數(shù)字化多媒體輔助實驗；按照實驗教學(xué)組織方式不同可分為：講練結(jié)合免做式、自主合作探究式、課外開放探究式、三環(huán)節(jié)實驗教學(xué)模式等，其中三環(huán)節(jié)實驗教學(xué)模式的研究成果之一為單樂君老師的論文《高中物理實驗教學(xué)“三環(huán)節(jié)”模式的構(gòu)建》[2]，其三環(huán)節(jié)指準(zhǔn)備實驗、自主實驗和點評實驗.

圖1 探、做、析理論構(gòu)想

“中學(xué)物理‘探、做、析’實驗教學(xué)實踐性研究”課題組選擇從優(yōu)化實驗教學(xué)組織方式這一維度入手，假設(shè)實驗教學(xué)的主要流程為“探做析”三環(huán)節(jié)，其主要理論構(gòu)想如圖1所示，其中“探”指探究方案，評估優(yōu)選；“做”指操作獲證，體驗感受；“析”指分析歸納，反思提高.并假設(shè)只要逐一落實各個環(huán)節(jié)，有序組織，恰當(dāng)調(diào)控，則會使學(xué)生積極參與、深入探究、有備而做、規(guī)范快捷、交流評價、全面提升.

3 實踐研究

課題組從2015年10月起，按照“同課異構(gòu)、觀課研討、集智提升、形成策略”的研究思路，先后在安康市安康中學(xué)、旬陽中學(xué)及商洛市商南中學(xué)、洛南中學(xué)高一年級的部分班級，針對高中物理力學(xué)重點實驗“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”“探究恒力做功與動能變化”“驗證機械能守恒定律”等展開了“探做析”三環(huán)節(jié)實驗教學(xué)研究，并在旬陽中學(xué)高三年級的部分班級開展了“測當(dāng)?shù)刂亓铀俣取钡膶嶒灲虒W(xué)研究，初步總結(jié)出了實驗教學(xué)“探做析”有效教學(xué)組織模式.

現(xiàn)以“測當(dāng)?shù)刂亓铀俣取睘槔?，初步展示“探做析”三環(huán)節(jié)實驗教學(xué)組織范式.

【學(xué)情分析】

高三物理一輪復(fù)習(xí)中關(guān)于“實驗：測當(dāng)?shù)刂亓铀俣取保驅(qū)W生已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了高中物理知識，具有了一定的合作探究、實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)處理、誤差分析的能力，為了進一步挖掘?qū)嶒瀸τ谕卣箤W(xué)生思維、提高分析能力的功效，特采用中學(xué)物理“探、做、析”三環(huán)節(jié)實驗教學(xué)法展開探究，重點展示第一環(huán)節(jié).

【學(xué)案預(yù)設(shè)】

“實驗：測當(dāng)?shù)刂亓铀俣取睂W(xué)案如表1所示.

表1 “實驗：測當(dāng)?shù)刂亓铀俣取睂W(xué)案

【教學(xué)過程】

第一環(huán)節(jié)(1課時)：探究方案，評估優(yōu)選

流程一：學(xué)史導(dǎo)入，激勵探究(2 min)

師：物理學(xué)中精確測定物理常量是一項重要而有意義的工作，例如卡文迪許用扭秤測定萬有引力常量,埃拉托色尼用立竿見影法測量地球圓周長,羅伯特·密里根用油滴實驗測元電荷電荷量等均被列入十大最美物理實驗.

今天，請同學(xué)們開動大腦，挖掘潛能，設(shè)計方案，盡可能精確地測定我們當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?

流程二：復(fù)習(xí)舊知，預(yù)設(shè)誘導(dǎo)(3～5 min)

生：自主學(xué)習(xí)，完成學(xué)案中“自主學(xué)習(xí)”所列3個問題.

流程三：合作探究，設(shè)計方案(10 min)

師生活動1：思維風(fēng)暴，限時選案(2 min之內(nèi)完成方案初選)

師：請各小組遵照實驗方案設(shè)計簡便性、可行性、精確性三原則，結(jié)合基礎(chǔ)參考方案(方案A：自由落體運動+不同的計時、測距儀器；方案B：平拋運動+不同的計時、測距儀器；方案C：圓周運動+不同的計時、測距儀器；方案D：單擺往復(fù)運動+不同的計時、測距儀器.若學(xué)生從高一起進行過類似探究訓(xùn)練，則無需提供基礎(chǔ)參考方案)，對運動方式、測量工具、器材方法選擇進行組合分類，選定1項方案，小組代表在黑板上寫出組別及方案.

活動要求：

(1)只需寫清楚運動形式、測量工具；

(2)后選小組不能重復(fù)前面小組所選方案；

(3)若沒有選到實驗方案，則選定某一小組方案進行預(yù)設(shè)、探究、評估.

生：組內(nèi)簡要交流后，由小組代表上臺寫出本組所選方案.

師生活動2：小組合作，完善方案(6～8 min)

師：請各小組針對本組所選方案，從方案表述、需測物理量、所需器材、實驗步驟等方面進行完善，將學(xué)案中“合作探究”表1-1內(nèi)容填寫完整，推選小組方案解說代表.

生：方案展示小組的學(xué)生進行合作探究，完善方案；方案評估小組的學(xué)生進行預(yù)設(shè)質(zhì)疑，深究細節(jié).

流程四：交流展示，評估優(yōu)選(25～28 min)

師生活動3：展示解讀，交互點評

師：請展示小組依次選派代表上臺展示并講解本小組選定的實驗方案.

生：小組方案解說代表上臺展示解說.

師：請評價小組按實驗方案設(shè)計簡便、可行、精確三原則對方案評價.

生：評價小組代表上臺質(zhì)疑、評價.

師生活動4：對比分析，優(yōu)選方案

師：請同學(xué)們對比以上實驗設(shè)計方案，從中選出最簡便、可行、精確的實驗方案，學(xué)習(xí)小組內(nèi)6人劃分成為3個實驗小組，2人一組設(shè)計數(shù)據(jù)記錄表格，思考數(shù)據(jù)處理方法，準(zhǔn)備下節(jié)實驗操作.

第二環(huán)節(jié)(0.5～1課時)：操作獲證，體驗感受

師：請同學(xué)們按照自己實驗小組選定的方案，準(zhǔn)備實驗操作，采集實驗數(shù)據(jù)，注意實驗細節(jié)，做好詳細記錄.

生：進行實驗，操作獲證，體驗感受.

第三環(huán)節(jié)(0.5～1課時)：分析歸納，反思提高

師生活動5：數(shù)據(jù)處理，誤差分析

生：進行實驗數(shù)據(jù)處理及誤差分析，簡要撰寫實驗報告.

師：請以學(xué)習(xí)小組為單位，交流討論數(shù)據(jù)處理的方法與實驗結(jié)論，并思考主要的實驗誤差可能來源于哪些方面？如何減少誤差？

生：數(shù)據(jù)處理方法及實驗結(jié)論：

可能的誤差來源：__________.

怎樣減少誤差：__________.

師生活動6：學(xué)以致用,拓展提升

選擇針對實驗的訓(xùn)練習(xí)題或高考題目，進行當(dāng)堂鞏固，拓展提升.

【例題】(2012年高考上海卷)在“利用單擺測重力加速度”的實驗中：某同學(xué)嘗試用DIS測量周期……

【實施成效】

在“探、做、析”三環(huán)節(jié)實驗教學(xué)實施過程中，最精彩的環(huán)節(jié)、最顯著的成效在于探究方案評估優(yōu)選環(huán)節(jié)，學(xué)生積極參與、踴躍發(fā)言.設(shè)計的實驗原理包括：

(1)由自由落體運動

得

或者

得

(2)由平拋運動軌跡方程

得

(3)在圓弧軌道最高點C管道內(nèi)上、下各固定一個力傳感器，在C點側(cè)面固定一速度傳感器.若兩個傳感器示數(shù)相等，說明豎直方向合力等于重力，速度傳感器測出此時的速度vC，由

得

(4)由單擺周期

得出

結(jié)合不同的研究對象、測量儀器，共列舉了11種不同方案，經(jīng)過論證評估，最后留下了重錘 +打點計時器、滴水法、單擺法3種簡便可行的實驗方案.

課題組組織調(diào)研了解學(xué)生對“探做析”三環(huán)節(jié)實驗教學(xué)的感受，結(jié)果表明：學(xué)生普遍認(rèn)為“探做析”這種方法巧妙地將學(xué)習(xí)與思考、討論與操作結(jié)合了起來，不僅讓人明白了實驗原理、目的，更了解了多種實驗方法，特別是方案探究環(huán)節(jié)，能夠充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使思維更活躍、更深刻、更清晰.

4 研究結(jié)論

“探、做、析”實驗教學(xué)體現(xiàn)了科學(xué)探究的完整過程.“探”環(huán)節(jié)著重體現(xiàn)提出科學(xué)問題、形成猜想假設(shè)、設(shè)計實驗與制訂方案等要素；“做”環(huán)節(jié)主要完成實驗獲取證據(jù)、處理信息等操作性任務(wù)，此環(huán)節(jié)中“教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生對實驗嚴(yán)肅認(rèn)真的態(tài)度，對實驗結(jié)果實事求是，如實記錄實驗數(shù)據(jù)，并把實事求是的作風(fēng)帶到平時的學(xué)習(xí)和生活中去”[3]；“析”環(huán)節(jié)則需基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對實驗探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思，促進物理學(xué)科核心素養(yǎng)的全面滲透與有效培養(yǎng).

“探、做、析”三環(huán)節(jié)實驗教學(xué)實踐的實質(zhì)是通過理順教學(xué)組織程序，培養(yǎng)實驗探究素養(yǎng)，落實有效教學(xué)的嘗試，比起常規(guī)“先講后做再報告”這種方式，學(xué)生參與課堂的積極性明顯提高，學(xué)習(xí)主動性明顯增強，且課題組實踐教師普遍感覺“探、做、析”實驗課堂充滿活力、生機盎然，因為課堂上學(xué)生活躍的思維可激發(fā)出無限的精彩.雖然我們課題組的探究剛剛起步，但我們相信這種方式一定是有價值、有生命力的，我們定會在探索的征途上持續(xù)深究、完善細節(jié)、規(guī)范程序、提煉推廣.

(相關(guān)過程性資源，敬請關(guān)注我們課題組博客：http://blog.sina.com.cn/sunhongtao2015)

1 陳小平.創(chuàng)新實驗設(shè)計,培養(yǎng)高中生的物理核心素養(yǎng).課程教學(xué)研究，2016(10)：67～71

2 單樂君.高中物理實驗教學(xué)“三環(huán)節(jié)”模式的構(gòu)建.讀寫算(教師版):素質(zhì)教育論壇,2012(18):123～125

3 中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗).北京：人民教育出版社，2003.52

2017-03-24)

*陜西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“中學(xué)物理‘探、做、析’實驗教學(xué)實踐性研究”階段成果之一，項目編號SGH16B367

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