周家盛

(江蘇省武進高級中學，江蘇 常州 213134)

學生分組實驗是實踐體驗性最強的物理學習方式，一方面，它可以有效引導學生體驗實驗探究的過程，培養(yǎng)和發(fā)展學生的科學探究能力和解決實際問題的能力，使課堂更具物理特色、探究氛圍更加濃厚；另一方面，學生分組實驗的教學對教師的要求較高，教師不僅要設計好實驗報告的框架，教給學生必要的實驗知識，引導學生進行科學探究，而且要對學生在實驗過程中可能產(chǎn)生的問題進行預判，把握好講授、演示和學生實驗時間的分配，更要將物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)貫穿于整堂實驗課之中。筆者以“實驗：探究加速度與力、質量的關系”為例，展示學生分組實驗教學設計，交流教學心得。

1 教學案例分析

1.1 教材分析

教材分析是教師進行教學設計的基礎，是教學目標實現(xiàn)、教育目的達成的前提和關鍵。教師要在教材分析的基礎上，結合學生的實際情況，基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，進行教學設計，首先要從核心素養(yǎng)的視角研究教材內(nèi)容。

本節(jié)課是高一學生在學習完運動學、靜力學后，進入動力學學習的第二節(jié)課，承接上一節(jié)“牛頓第一定律”，學生已經(jīng)初步認識到物體運動狀態(tài)的改變與力、質量的定性關系，在此基礎上提出問題，引導學生通過實驗探究加速度與力、質量的定量關系。從定性分析到定量研究的轉變是高一學生學習物理的難點之一，因此，需要教師優(yōu)化本節(jié)課的教學設計，逐步設置“思維臺階”，引導學生進行科學探究，提升他們的核心素養(yǎng)。

2019年人教版高中物理教材將本節(jié)課的內(nèi)容分為實驗思路、物理量的測量、進行實驗和數(shù)據(jù)分析四個部分，中間穿插兩個參考案例(阻力補償法、位移比值法)和控制變量法的介紹。相較于2010年版教材，新教材在教學內(nèi)容的編排上類似實驗報告，更加注重實驗探究的過程。

教師在進行備課時，可以沿著教科書的編寫思路，站在學生的立場上斟酌思考，精心設計每個實驗環(huán)節(jié)的引導方式和設問，預估學生在回答和操作中的問題，針對可能出現(xiàn)的情況構思好應對措施，為學生分組實驗做好充足的準備。

1.2 學生分組實驗教學設計

課題引入：播放中央電視臺大型科學實驗節(jié)目《加油！向未來》視頻：8個小學生在30秒內(nèi)用力拉動上百噸的磁懸浮列車，使之向前移動了4米左右(圖1)，如4個小學生拉同一列車，情況會怎樣？

圖1

環(huán)節(jié)1：提出問題，初步建立物理觀念

問題1：磁懸浮列車從靜止到運動，做的是什么運動？

問題2：為什么磁懸浮列車會從靜止開始運動？

問題3：磁懸浮列車沒有受到軌道滑動摩擦力的作用，為什么小學生拉磁懸浮列車時會如此吃力？

設計思路：通過視頻讓學生進行猜想、思考，提出3個問題，直指加速度、力和質量，探討這三者與運動狀態(tài)改變的關系，讓學生初步建立運動與相互作用這一物理觀念，自然引出本節(jié)課的主題。

環(huán)節(jié)2：理清思路，建構物理模型

為了研究相同時間內(nèi)8個小學生和4個小學生拉磁懸浮列車向前運動的距離關系，我們可以用圖2所示的實驗器材，讓學生思考：怎樣進行探究？

圖2

師：如何測質量m、力F和加速度a？

師：小車受到的拉力等于槽碼盤和槽碼所受重力嗎？為了減少拉力不等于重力這一因素的影響，槽碼盤和槽碼的質量要遠小于小車質量。為了測量加速度，可用位移和時間來求加速度，這里用到了秒表，現(xiàn)在請同學們嘗試用秒表測一測小車運動的時間。

學生通過預實驗發(fā)現(xiàn)：小車運動得比較快，用秒表測量出來的時間誤差比較大，不適合進行嚴謹?shù)膶嶒?。思考討論后提出方案：利用實驗裝置的上、下軌道進行對比實驗，讓兩小車同時開始運動，運動相同的時間，那么小車的位移之比就等于加速度之比，即x1∶x2=a1∶a2。

設計思路：以各物理量的測量切入實驗思路，每個同學都能對這個問題給出自己的回答，調動學生的積極性，進行思維“熱身”，為后續(xù)有深度的思維活動做好鋪墊。用學生預實驗取代教師的講授，讓學生自己發(fā)現(xiàn)問題，再次思考、改進實驗設計。通過動手實驗，有利于學生建構實驗裝置模型、理解實驗原理。

環(huán)節(jié)3：親手實驗，體驗科學探究

師：在視頻中小學生說：“這個磁懸浮，它沒有輪子，沒有摩擦力，和別的火車不一樣”，那么在我們的實驗中小車受不受摩擦力？小車受到的摩擦力會不會影響實驗中測出的加速度？如何對實驗裝置進行改進，來“消除”摩擦力對實驗的影響呢？

學生分組討論，大部分學生能想到涂潤滑油、使用氣墊導軌等方式，少數(shù)學生細心觀察到實驗裝置一側的調節(jié)螺絲，提出可以調節(jié)軌道一端的高度，使小車被輕推一下后做勻速直線運動，這樣，我們就把摩擦力“平衡”掉了。

學生進行分組實驗，將實驗數(shù)據(jù)實事求是地填入表格中，教師留意學生實驗操作的規(guī)范性并進行指導。

設計思路：采用回顧情境、觀察器材、學生討論的方式引出“平衡摩擦力”這一重難點，整理上述環(huán)節(jié)師生共同探討出來的實驗步驟和過程設計，指導學生明確任務，分工合作，嚴謹、科學地進行實驗探究。

環(huán)節(jié)4：總結反思，引導質疑創(chuàng)新

在學生進行分組實驗后，教師選出幾組同學展示實驗數(shù)據(jù)，闡述探究的初步結論，與開始的猜想作比較。有些小組的實驗誤差比較大，讓學生進行分組討論與思考。教師將實驗過程中拍攝的照片投屏，直觀地顯示注意事項：在平衡摩擦力時不要掛重物、繩子要經(jīng)過滑輪掛重物、繩子要與軌道平行等，同時強調尊重事實的重要性，不能篡改原始數(shù)據(jù)來滿足實驗結論，而是通過多次實驗，再次進行探究，分析實驗設計和操作中存在的問題，進行質疑和優(yōu)化。

教師還利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)進行演示，創(chuàng)新實驗器材選用和實驗設計，利用圖像法和“化曲為直”的處理方法來分析實驗數(shù)據(jù)，最終得出實驗結論：加速度與力成正比，與質量成反比。

最后，回到課題引入環(huán)節(jié)視頻所提出的問題，教師引導學生運用實驗探究的結論進行解釋。教師播放后續(xù)視頻，印證了學生的解釋，用實驗驗證了科學探究的結論。

設計思路：將實驗過程中學生出現(xiàn)的問題和實驗記錄用手機拍攝下來，運用現(xiàn)代教學手段進行投屏展示，強調實驗操作的規(guī)范性和嚴謹性。由學生分組實驗到教師的演示實驗，從傳統(tǒng)到數(shù)字化實驗手段，從粗略到精細，讓學生親身經(jīng)歷了科學探究過程，使學生養(yǎng)成認真嚴謹、實事求是的科學態(tài)度。

2 學生分組實驗教學思考

筆者在經(jīng)歷了以上學生分組實驗課的教學框架、情境問題和實驗環(huán)節(jié)設計以及實際授課后，對在學生分組實驗教學中培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)有以下幾點心得。

2.1 選擇實際情境設置問題，環(huán)環(huán)相扣助推科學探究

真實的情境有利于培養(yǎng)學生的觀察、思維和應用能力，有利于學生養(yǎng)成良好的習慣、形成正確的價值觀和世界觀。在學生分組實驗教學中教師創(chuàng)設真實情境，設置問題，避免了枯燥乏味的分析研究，通過實際問題一步步將學生引導到預設的科學探究流程中來。整個實驗教學圍繞實際情境，展開“提出問題——設計方案——進行實驗——得出結論——解決問題”的科學探究過程，有利于培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力，養(yǎng)成勤學善思的習慣，增強自身的社會責任感。

2.2 變教師提醒為學生嘗試，凸顯學生本位

“老師強調一百遍，不如學生做一遍”，學生親身經(jīng)歷實驗問題的解決，比教師強調多遍注意事項的效果要好得多。根據(jù)“學習金字塔”理論，學生通過實踐這種主動學習方式的知識留存率比聽講這種被動學習方式高70%。把課堂還給學生，培養(yǎng)學生獨立思考與動手操作的能力，凸顯學生本位，高效完成教學任務。

2.3 合理利用現(xiàn)代教學手段進行創(chuàng)新設計，提高實驗效果

現(xiàn)代教學手段在物理課堂教學中應用廣泛，數(shù)字化實驗系統(tǒng)、Phyphox等在物理實驗教學中的表現(xiàn)十分出色。合理利用現(xiàn)代教學手段，創(chuàng)新實驗設計，將經(jīng)典的物理實驗數(shù)字化、微小的實驗現(xiàn)象可視化，一方面有助于學生對實驗流程的理解和實驗現(xiàn)象的觀察，達到更好的實驗效果；另一方面可激發(fā)學生對現(xiàn)代科技的興趣，逐漸形成投身科學研究、報效社會的內(nèi)在動力。

3 結語

基于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，學生分組實驗教學要圍繞物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任進行精心設計，深入挖掘教材，選擇生活情境，巧妙設計教學流程，讓學生真學、真做、真探究，適當運用現(xiàn)代教育技術，提升實驗效果，增加課堂趣味，將核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實在學生分組實驗教學和探究過程之中。