陳琪睿 慕曉艷 楊曉梅

(1. 寧夏回族自治區(qū)銀川市寧夏大學(xué),寧夏 銀川 750021; 2. 陜西省榆林市綏德縣綏德中學(xué)，陜西 榆林 718000)

1 引言

中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)明確提出:學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)主要指學(xué)生應(yīng)具備的,能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力．在其研究過程中明確提出“開展轉(zhuǎn)化研究,對(duì)接課標(biāo)修訂”,同時(shí)新課程標(biāo)準(zhǔn)中明確提出:課程居于教育的核心地位,因此將課程推陳出新能夠推動(dòng)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展．物理教學(xué)提倡以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向,以物理核心素養(yǎng)更全面、更綜合的定義作為適應(yīng)時(shí)代變化以及培養(yǎng)什么樣的人為觀點(diǎn)的綜合目標(biāo)．物理核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個(gè)方面．以培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)在科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任方面起到關(guān)鍵性作用．

教師在實(shí)際教學(xué)中落實(shí)以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)首先通過以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)教學(xué)思想．?dāng)?shù)字化傳感器在信息采集,自動(dòng)控制,信息處理技術(shù)中的優(yōu)勢(shì)是將傳感器引入教學(xué)的前提,傳感器實(shí)驗(yàn)旨在培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律,提高學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí),發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和獨(dú)立研究能力．本文給出以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的溫度傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例,通過教學(xué)設(shè)計(jì)展示如何在實(shí)驗(yàn)課堂中滲透物理核心素養(yǎng)．

2 溫度傳感器教學(xué)案例設(shè)計(jì)

借助傳感器物理實(shí)驗(yàn)案例作為探究實(shí)驗(yàn)載體的優(yōu)勢(shì)有:實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)潔;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)需專門記錄;實(shí)驗(yàn)容易重復(fù)操作便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及獲取多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)清晰;提高實(shí)驗(yàn)精度;克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法單一,器材陳舊的弊端等．本文以人教版8年級(jí)上冊(cè)第3章“溫度的測(cè)量”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容為例,展示以培養(yǎng)物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的溫度傳感器測(cè)量液體沸騰時(shí)溫度變化情況的部分教學(xué)案例，如圖1所示．

圖1 物理核心素養(yǎng)與教學(xué)設(shè)計(jì)融合示意圖

引導(dǎo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：給學(xué)生視頻播放生活中燒開一壺水的現(xiàn)象,然后引入沸騰的概念．(引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)觀與能量觀角度理解沸騰現(xiàn)象,從物質(zhì)相互作用觀來(lái)理解液體沸騰的內(nèi)在條件.)教師提問:水沸騰時(shí)的溫度是多少?沸騰后再加熱3min的溫度?學(xué)生用生活常識(shí)回答是100℃,后又猜測(cè)繼續(xù)燒溫度可能再升高或不變等等．教師:科學(xué)家們?cè)谝粋€(gè)問題爭(zhēng)執(zhí)不下的時(shí)候通常會(huì)用事實(shí)來(lái)說服別人,我們用什么辦法來(lái)驗(yàn)證水溫是否繼續(xù)升高呢?學(xué)生回答用溫度計(jì)測(cè)量水的溫度,教師介紹全部實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備,請(qǐng)學(xué)生以小組形式自行選擇實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證．探究實(shí)驗(yàn)主要元件清單如表1所示.

表1 探究實(shí)驗(yàn)主要元件清單

實(shí)驗(yàn)原理圖加實(shí)物輔助的形式講解實(shí)驗(yàn)原理.學(xué)生組裝實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖、實(shí)驗(yàn)原理圖如圖2、3所示.教師提問:如何用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備來(lái)組裝測(cè)量水的溫度?換用酒精為實(shí)驗(yàn)液體會(huì)產(chǎn)生相同效果嗎?

圖2 學(xué)生組裝實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖

圖3 實(shí)驗(yàn)原理圖

概念建構(gòu)：學(xué)生設(shè)計(jì)小組實(shí)驗(yàn)各有不同,通過對(duì)比用溫度計(jì)測(cè)量與溫度傳感器測(cè)量水沸騰時(shí)溫度變化的不同與各自優(yōu)缺點(diǎn)讓學(xué)生學(xué)會(huì)在判斷事物過程中應(yīng)用批判性思想與分析綜合等思維方法．由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引入教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生好奇心與求知欲,在液體沸騰概念介紹清楚之后引入傳感器實(shí)驗(yàn)裝置,提示學(xué)生思考沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)．教師提問:為什么水沸騰后能夠頂起壺蓋?像不像有一股無(wú)形的力量頂起了壺蓋呢?普通的水蒸氣和液體沸騰時(shí)產(chǎn)生的推動(dòng)壺蓋的氣體一樣嗎?(引導(dǎo)學(xué)生從能量的角度思考水沸騰現(xiàn)象,為后續(xù)學(xué)習(xí)能量的傳遞打下基礎(chǔ))實(shí)際測(cè)量中水在97℃左右沸騰,教師講解由于地理位置不同原因液體沒有達(dá)到100℃就沸騰,同時(shí)介紹在海拔更高的地區(qū)受大氣壓影響液體在70℃就會(huì)沸騰．教師提示學(xué)生觀察液體沸騰后水溫度的變化特點(diǎn)．由傳感器給出的數(shù)據(jù)波形圖,學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)即使持續(xù)加熱液體溫度也不再上升的現(xiàn)象．持續(xù)沸騰時(shí)水的溫度不再上升,停止加溫后液體不再沸騰,前概念與現(xiàn)有事實(shí)發(fā)生沖突.這一現(xiàn)象啟發(fā)學(xué)生思考沸點(diǎn)這一科學(xué)概念,教師當(dāng)即引入沸點(diǎn)這一新概念,告訴學(xué)生只有達(dá)到沸點(diǎn)并持續(xù)加熱液體才能沸騰.在現(xiàn)實(shí)情境中引入新概念學(xué)生對(duì)其理解程度自然加深,掌握概念內(nèi)涵與外延．同時(shí)用溫度傳感器代替溫度計(jì)來(lái)測(cè)量水的溫度變化情況,可精確、快速地實(shí)時(shí)記錄水的溫度,并給出實(shí)驗(yàn)波形圖,形象、直觀地展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果．

設(shè)計(jì)意圖：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如何總結(jié)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論是此數(shù)據(jù)圖線的重要教學(xué)任務(wù).學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)波形圖如圖4所示.教師引導(dǎo):在液體沒有沸騰前水溫隨溫度上升而上升,在達(dá)到97℃后無(wú)論如何繼續(xù)加熱溫度也不再上升,而是基本維持恒定,圖線中的“上升段”代表溫度持續(xù)升高,“拐點(diǎn)”代表液體已經(jīng)達(dá)到沸騰狀態(tài),“持平線”代表液體保持沸騰,但溫度不再上升．實(shí)驗(yàn)加入溫度傳感器,不再需要消耗大量時(shí)間手動(dòng)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),也不需要根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)繪制實(shí)驗(yàn)圖形,從而節(jié)約了大量時(shí)間,可以讓學(xué)生更好地探究物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律,而不是記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和繪制實(shí)驗(yàn)圖形．學(xué)生親身實(shí)踐用溫度傳感器測(cè)量液體沸騰時(shí)水溫的變化特點(diǎn)的探究實(shí)驗(yàn),體驗(yàn)觀察現(xiàn)象、合理猜測(cè)、設(shè)計(jì)多種方案與分析論證過程;采用個(gè)人抽象概括與小組合作完成實(shí)驗(yàn)推理論證相結(jié)合的方式,在實(shí)驗(yàn)合作與交流的過程中體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)證據(jù)獲取,最終分析論證,評(píng)估反思得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過程．

圖4 學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)波形圖

初中學(xué)生在基本的觀察、分析、總結(jié)能力方面較為薄弱,理解數(shù)字化儀通用軟件的使用方法十分重要.實(shí)驗(yàn)儀器的學(xué)習(xí)為探究實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行做準(zhǔn)備.在側(cè)重思維與方法的教學(xué)中滲透建模思想、批判性思想、推理論證與分析綜合思想,知其然也知其所以然.在演示實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)請(qǐng)一組學(xué)生操作展示實(shí)驗(yàn),啟發(fā)學(xué)生無(wú)意注意,在側(cè)重探究與發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透發(fā)現(xiàn)問題、合理猜測(cè)、分析論證,合作交流及評(píng)估反思的教育目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)過程中滲透物理核心素養(yǎng)．

3 結(jié)論與反思

新課改中特別強(qiáng)調(diào)了培養(yǎng)學(xué)生具有保護(hù)環(huán)境,節(jié)約資源,促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)責(zé)任感,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是,不迷信權(quán)威的正確價(jià)值觀．通過溫度傳感器探究實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生經(jīng)歷探究實(shí)驗(yàn)過程,幫助學(xué)生直觀、形象的學(xué)習(xí)新知識(shí);學(xué)生通過教師的引導(dǎo)積極參加到課堂中,激發(fā)學(xué)習(xí)物理知識(shí)的興趣,使學(xué)生樂于探索物態(tài)變化的現(xiàn)象,樂于了解日常生活中的物態(tài)變化.通過自主學(xué)習(xí),觀察歸納,合作探究對(duì)物態(tài)變化有更加深入的認(rèn)識(shí)．基于此,以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向,設(shè)計(jì)基于數(shù)字化傳感器探究液體沸騰時(shí)溫度變化特點(diǎn)的學(xué)生自主探究實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)以物理核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的物理觀念、科學(xué)思維,實(shí)驗(yàn)探究及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的整合化案例設(shè)計(jì).通過物理概念引入與物理規(guī)律總結(jié)在小組探究實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)品質(zhì)、鍛煉學(xué)生科學(xué)思維,在概念建構(gòu)與規(guī)律總結(jié)上以探究實(shí)驗(yàn)為依托,在設(shè)計(jì)上給出以溫度傳感器為例的一類教學(xué)設(shè)計(jì)的思維導(dǎo)圖(圖5),希望對(duì)傳感器類實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)起到范例效果．

本次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后總結(jié)發(fā)現(xiàn)利用溫度傳感器改進(jìn)測(cè)量液體沸騰時(shí)溫度變化特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中仍有不足: (1) 傳感器的引進(jìn)確實(shí)使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象方便快捷且直觀地展現(xiàn)在學(xué)生眼前,反思省去了讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與繪制波形圖這樣的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)是否忽略了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理和獨(dú)立解決問題的能力; (2) 水的沸騰是一種劇烈的汽化現(xiàn)象,在學(xué)生小組探究過程中容易出現(xiàn)燙傷等意外事故,同時(shí)酒精也是易燃易揮發(fā)液體,安全問題沒有得到重視,實(shí)驗(yàn)用水在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后也應(yīng)妥善處理等．使學(xué)生樹立起安全第一的實(shí)驗(yàn)意識(shí),樹立節(jié)約資源、可持續(xù)發(fā)展的正確價(jià)值觀．