魯野

摘? ?要：以魯科版高中物理必修一第六章第二節(jié)“牛頓第二定律”為例，以學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)為主線，從構(gòu)建核心概念和規(guī)律、踐行科學(xué)思想、體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究、培養(yǎng)科學(xué)精神四個(gè)方面，介紹了以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施策略，以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣，知識(shí)內(nèi)化理解，掌握分析和解決問題的思路、方法及角度，實(shí)現(xiàn)能力進(jìn)階。

關(guān)鍵詞：牛頓第二定律;實(shí)驗(yàn)探究;科學(xué)思想;核心素養(yǎng)

引言

近年來高中新課標(biāo)修訂用“學(xué)科活動(dòng)”來統(tǒng)整三維目標(biāo)中的“過程與方法”，強(qiáng)調(diào)學(xué)科教學(xué)的學(xué)科性，聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成[ 1 ]。物理學(xué)科的特點(diǎn)在于“物”和“理”，“物”即事實(shí)依據(jù)，必須以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ);“理”即理性思維，必須以思維為中心。通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，觀察表象，將理性思維抽象為具體理論，逐步形成核心素養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)探究是物理學(xué)科最基本的學(xué)科活動(dòng)。對(duì)于高一的學(xué)生來講，在最初的實(shí)驗(yàn)探究過程中，形成比較完整的學(xué)科探究思路和科學(xué)推理方法是形成學(xué)科素養(yǎng)的關(guān)鍵。但物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)施過程中，教師通常重結(jié)論輕過程、重知識(shí)輕方法。一般情況是教師親自操作演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只是作為旁觀者，對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解是通過教師獲取的，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不強(qiáng)、課堂參與度不高、認(rèn)識(shí)角度零散、認(rèn)識(shí)能力得不到有效發(fā)展。為了體現(xiàn)學(xué)生主體性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，本文以魯科版高中物理必修一中“牛頓第二定律”一節(jié)為例[ 2 ]，將演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，從以下四個(gè)方面探索落實(shí)物理核心素養(yǎng)的探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施策略[ 3，4 ]。核心素養(yǎng)導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本框架如圖1所示。

1? 實(shí)施策略

1.1? 創(chuàng)設(shè)問題情境，構(gòu)建物理概念和規(guī)律

物理概念和規(guī)律是人們認(rèn)識(shí)世界時(shí)對(duì)物理事實(shí)共性及本質(zhì)屬性的抽象、概況與認(rèn)識(shí)，它是物理知識(shí)的核心，也是形成物理觀點(diǎn)的基礎(chǔ)和起點(diǎn)。

本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)是經(jīng)驗(yàn)上能初步提出決定加速度因素的預(yù)測(cè);知識(shí)上能結(jié)合“牛頓第一定律”理論依據(jù)，理解加速度、質(zhì)量、合外力三者關(guān)系;技能上能構(gòu)建檢驗(yàn)的物理模型，會(huì)設(shè)計(jì)與制定方案，能測(cè)定相關(guān)物理量;體驗(yàn)上要求經(jīng)歷探究活動(dòng)過程，小組成員通過相互協(xié)作、討論，分享合作精神;能力上會(huì)應(yīng)用CAI課件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對(duì)圖象分析發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律。

本節(jié)通過視頻創(chuàng)設(shè)問題情境引導(dǎo)學(xué)生猜想與加速度有關(guān)物理量，并結(jié)合已學(xué)理論知識(shí)“牛頓第一定律”，引導(dǎo)學(xué)生成功預(yù)測(cè)加速度與質(zhì)量、合外力的正確關(guān)系。從一般猜想到理論分析有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力，孕育正確的科學(xué)觀。

1.2? 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，踐行科學(xué)思想、思維

在探究和解決問題中不僅要有相關(guān)的物理知識(shí)，還需要科學(xué)思想、思維，需要運(yùn)用相應(yīng)的科學(xué)方法。

教材中采用了教師演示實(shí)驗(yàn)方案一，并未與其他實(shí)驗(yàn)方案作比較，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力缺失，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的獲得感不強(qiáng)，不利于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰??？汕擅钜龑?dǎo)學(xué)生采用“控制變量法”思想自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過小組交流討論，闡述各種方案的觀點(diǎn)，反思方案中的問題，形成較為完善的方案一、二。再對(duì)兩種實(shí)驗(yàn)方案從操作性、實(shí)驗(yàn)誤差、數(shù)據(jù)處理等方面做比較彌補(bǔ)這一不足。

（1）控制變量法

啟發(fā)學(xué)生采用“控制變量法”物理方法來探究a與m和F合的定量關(guān)系。從兩個(gè)方面進(jìn)行探究：①保持研究對(duì)象的質(zhì)量m不變，探究加速度a和F合之間關(guān)系;②保持研究對(duì)象受到的F合不變，探究加速度a和質(zhì)量m之間關(guān)系。根據(jù)上面探究結(jié)果進(jìn)行推理、歸納，就可以總結(jié)出a、m、F合三者之間的關(guān)系。

（2）比較法

引導(dǎo)學(xué)生從操作性、實(shí)驗(yàn)誤差，數(shù)據(jù)處理、分析等方面比較兩種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（如表1所示），對(duì)課本實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行優(yōu)化，選擇最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案二。

1.3? 巧設(shè)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究

實(shí)驗(yàn)探究是根據(jù)探究目的提出猜想和假設(shè)，制定實(shí)驗(yàn)方案，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以及在實(shí)驗(yàn)探究過程中評(píng)估學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作交流和創(chuàng)新意識(shí)的能力。

本節(jié)課以探究決定物體加速度的因素為主線，分別通過猜想和實(shí)驗(yàn)探究確定了物體加速度與質(zhì)量、合外力的關(guān)系。實(shí)施過程中通過教師引導(dǎo)、學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、小組研討、選擇和完善實(shí)驗(yàn)方案、操作實(shí)驗(yàn)、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論順序開展教學(xué)。教師精心設(shè)計(jì)了3個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)（如圖2所示），分別從提出猜想、探究實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新3個(gè)活動(dòng)流程進(jìn)行。

1.3.1 活動(dòng)1：提出猜想

教師從生活實(shí)例入手，利用視頻創(chuàng)設(shè)問題情境“在決賽時(shí)劉翔把項(xiàng)鏈、手表等物品摘下來，這樣做的科學(xué)道理是什么”？引導(dǎo)學(xué)生猜想與加速度有關(guān)因素，但是這些猜想往往是片面的、不準(zhǔn)確的，因此教師可以提供幾組圖片啟發(fā)學(xué)生修正自己的觀點(diǎn)，形成科學(xué)認(rèn)知。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已學(xué)知識(shí)“牛頓第一定律”理論成功預(yù)測(cè)加速度與合力、質(zhì)量有關(guān)。

【設(shè)計(jì)意圖】本節(jié)課課前準(zhǔn)備中要求學(xué)生對(duì)加速度與哪些物理量有關(guān)進(jìn)行充分預(yù)測(cè)，從“猜想”到“理論分析”探究過程，體現(xiàn)對(duì)學(xué)生猜想的尊重，激發(fā)學(xué)生探究欲望，提升學(xué)生分析問題思維能力。

1.3.2? 活動(dòng)2：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“控制變量法”思想設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，以6-8人小組為單位，學(xué)生提出設(shè)計(jì)方案思路，小組成員討論、交流和論證方案的可行性，教師巡視時(shí)給予必要指導(dǎo)，同時(shí)要參與到學(xué)生討論分析中去，引導(dǎo)學(xué)生選擇最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案二（若有其他方案可作為課后探究課題）。小組成員共同合作操作實(shí)驗(yàn)，測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)處理，通過網(wǎng)絡(luò)共享圖象并派出學(xué)生代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。教師巡視學(xué)生使用儀器是否得當(dāng)并給予指導(dǎo)。

板書設(shè)計(jì)時(shí)將“結(jié)論”位置留白，實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)論全部由學(xué)生來得出，激勵(lì)、喚醒學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)力，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與到探究“過程”中，在師生互動(dòng)，生生互動(dòng)中形成和諧共振，在自我探究體驗(yàn)中深化學(xué)生的知識(shí)獲得感。

【設(shè)計(jì)意圖】從學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案到實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程，感悟“控制變量法”的科學(xué)思想，規(guī)范學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，提高學(xué)生處理數(shù)據(jù)能力，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)歸納能力、語言表達(dá)能力;通過比較兩種實(shí)驗(yàn)方案，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑精神，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

1.3.3? 活動(dòng)3：提煉創(chuàng)新

結(jié)合實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論，總結(jié)探究決定加速度實(shí)驗(yàn)中涉及的思想方法，分析實(shí)驗(yàn)誤差來源，引導(dǎo)學(xué)生通過變換研究對(duì)象（系統(tǒng)）和改變測(cè)量量（力、加速度）對(duì)實(shí)驗(yàn)方案大膽創(chuàng)新和改進(jìn)。

在校本作業(yè)的設(shè)計(jì)中“趁熱打鐵”將剛剛學(xué)到的思想方法遷移到創(chuàng)新實(shí)例中。通過作業(yè)將思維方法進(jìn)行鞏固、落實(shí)與升華，做到學(xué)以致用。

【設(shè)計(jì)意圖】拓展學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案視野，體會(huì)不同實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)理念，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

1.4? 重視實(shí)際獲得，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神

科學(xué)精神是人們?cè)陂L(zhǎng)期的科學(xué)實(shí)踐中形成的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)、共同信念和行為規(guī)范的總稱，對(duì)磨礪學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究態(tài)度有重要意義。

本教學(xué)設(shè)計(jì)案例突顯教師引導(dǎo)為輔、學(xué)生自主探究為主的教學(xué)策略，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的自主遷移，重視學(xué)生實(shí)際獲得。每個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)涉及2-3個(gè)學(xué)生活動(dòng)，每個(gè)活動(dòng)的設(shè)計(jì)均指向?qū)W生的能力進(jìn)階。其中【學(xué)習(xí)任務(wù)1】設(shè)計(jì)了2個(gè)學(xué)生活動(dòng)，學(xué)生基于生活常識(shí)能初步猜想到與加速度有關(guān)的物理量，并引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已學(xué)“牛頓第一定律”理論依據(jù)成功預(yù)測(cè)決定加速度的物理量有質(zhì)量及合外力。【學(xué)習(xí)任務(wù)2】突出“自主實(shí)驗(yàn)探究”，使學(xué)生從基于實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的水平發(fā)展到能依據(jù)“控制變量”思想設(shè)計(jì)方案水平，體會(huì)“量變—質(zhì)變”的規(guī)律;學(xué)生通過從實(shí)驗(yàn)操作性、誤差、數(shù)據(jù)分析等方面比較自主選擇實(shí)驗(yàn)方案，體現(xiàn)充分尊重學(xué)生理念?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)3】體現(xiàn)知識(shí)遷移的同時(shí)使學(xué)生直觀感受到不同設(shè)計(jì)理念下的實(shí)驗(yàn)方案。通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、小組協(xié)作研討學(xué)習(xí)等順序展開教學(xué)，意在激發(fā)學(xué)生參與熱情和體會(huì)探究成果的獲得感;學(xué)生在研討、小組協(xié)作后獲取結(jié)果，對(duì)方法和知識(shí)獲取印象深刻;利用CAI課件和網(wǎng)絡(luò)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，感受科學(xué)技術(shù)發(fā)展魅力。教學(xué)中踐行“以學(xué)生為本”的思想，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神。

2? 結(jié)束語

本節(jié)課設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為主，運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)探究式的教學(xué)實(shí)施策略，對(duì)教師課堂駕馭能力要求較高，重視學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究過程中的親身體驗(yàn)，體現(xiàn)了“做中學(xué)”和“關(guān)注學(xué)生能力發(fā)展”的教育理念。

物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)離不開學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)應(yīng)以提高學(xué)生的終身學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)，以落實(shí)物理核心素養(yǎng)的養(yǎng)成為主線，以實(shí)施學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)為依托，以教師教學(xué)設(shè)計(jì)為動(dòng)力源，深化教育教學(xué)改革。

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