鄭凱倪，郝 睿

(寧夏大學物理與電子電氣工程學院，寧夏 銀川 750021)

1 引言

《普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）提出“物理觀念、科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任”的物理學科核心素養(yǎng)，并依此研制了學業(yè)質量標準，明確學習任務及其應達到的水平，使育人目的更加突顯，也更體現(xiàn)了立德樹人根本任務的落實[1]?！墩n程標準》依據(jù)學科核心素養(yǎng)的四個維度劃分成五個水平，同時明確各水平的質量描述。如何落實學科核心素養(yǎng)的培育，如何檢測學生的學業(yè)質量水平等新問題有待解決。我國著名教育家陶行知主張“教學做合一”，強調教與學都要以“做”為中心?！墩n程標準》明確把培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神提到了首要地位。本文嘗試從科學探究的角度出發(fā)，將學業(yè)質量水平與學生自主設計實驗有效結合，使教師可以準確跟進學生理解知識的程度，并根據(jù)評價結果給予針對性地引導。

2 落實學業(yè)質量標準及意義

《課程標準》依據(jù)物理學科核心素養(yǎng)四維度，根據(jù)問題情境的復雜程度、知識和技能的結構化程度、思維方式或價值觀念的綜合程度等劃分為五個水平。學業(yè)質量是學生在完成高中物理課程學習后的學業(yè)成就表現(xiàn)，學業(yè)質量標準則是學業(yè)質量的具體描述，同時是學生達到物理學科核心素養(yǎng)的具體體現(xiàn)[3]。標準是評價的基礎，教師利用學業(yè)質量標準不僅強化過程性評價，還能及時掌握學生的學習程度，促使學生深度學習，在學生提高物理學科核心素養(yǎng)的同時給予科學有效的引導[4]。

3 “反轉實驗設計”的可行性

高中物理是一門以實驗為基礎的學科。物理實驗可以將枯燥的知識點學習轉化為動手活動，提高學生學習物理的積極性，幫助學生理解知識，培養(yǎng)深入學習物理的好習慣[5]。創(chuàng)新是人類生存之本，是社會進步之源，萬眾創(chuàng)新是新時代的主旋律。學生設計實驗方案是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力最直接的有效途徑之一。在設計實驗方案的過程中，可以促使學生的科學探究能力不斷提升，豐富學習方式的多樣化。

3.1 “反轉實驗設計”的內涵

“反轉實驗設計”顧名思義，就是讓學生運用課堂所學知識，在已有的知識經驗基礎下，創(chuàng)新實驗設計，制定可行的實施方案。通過設計，學生可以體驗科學探究過程，從而進行深度的自主學習；通過人人動手，人人動腦參與設計實驗，借助“玩中學”的模式激發(fā)學生科學探究的興趣，提高創(chuàng)新意識，培養(yǎng)科學家精神。既重視全體學生的發(fā)展，人人參與，又注重科學探究，增強學生的實踐能力和創(chuàng)新能力[6]。

3.2 “反轉實驗設計”的特點

3.2.1 主動性

設計實驗方案不限形式，靈活開放。真正以學生為主體，引導學生自主探究，大膽創(chuàng)新。主動把生活實際、生產技術與科學理論相結合，提出問題，合理假設，自主尋找解決問題的方案。在創(chuàng)新實驗的過程中，學生通過主動思考問題和實施方案，可以做到手腦并用，在培養(yǎng)自主學習能力的同時，提高動手能力。

3.2.2 體驗性

在實驗設計過程中，學生根據(jù)已有的知識經驗、方法技能，與生活實際相聯(lián)系，使物理教學更加貼近生活，并在其中體驗創(chuàng)新樂趣。通過主動參與實驗創(chuàng)新活動，積極與他人交流合作，體驗科學探究過程的艱辛與喜悅，激發(fā)學習研究物理的好奇心和求知欲，提高創(chuàng)新和實踐能力。

3.2.3 有效性

“反轉實驗設計”堅持問題導向的主要原則，在學生已有的知識經驗基礎上，通過理論聯(lián)系實際，以創(chuàng)新實驗的方法，讓學生正確認識科學的本質，使學生積極參與到課堂教學中，使物理實驗不再僅限于教材的參考實驗。

3.3 “反轉實驗設計”的原則

3.3.1 可行性

教師選擇的實驗要科學可行，實驗的可行性是學生實驗創(chuàng)新成功的關鍵。選擇的實驗要求取材簡單，制作方便，安全可靠，學生可以根據(jù)已有的認知水平，通過已有的知識，制定實驗方案，大膽創(chuàng)新。

3.3.2 趣味性

楊振寧曾說：“成功的秘訣在于興趣”。要想使學生積極主動參與到實驗設計中，實驗的趣味性是必不可少的要素。教師選擇的實驗，要能夠激發(fā)學生的研究欲望，學生才會主動參與到創(chuàng)新實驗中。

3.3.3 開放性

培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，開放性是成功的基礎。給予學生思維發(fā)散的空間，學生的發(fā)散性思維是創(chuàng)新點的源泉，這就要求教師在引導學生設計實驗時，在基于實驗原理的前提下，不提出過多的限制要求。使學生在開放的課題下，發(fā)散思維，主動交流合作，做到真正的“大膽創(chuàng)新”。。

4 結合“反轉實驗設計”與學業(yè)質量水平，設計“魚形”評價

4.1 課前準備

教師為檢測學生的學習程度及學科核心素養(yǎng)中科學探究的已形成水平，設計“反轉實驗設計”課堂，評估學生現(xiàn)階段的學業(yè)水平。反轉實驗的關鍵是，教師要明確此時的身份是引導者，而不是主導者。學生要根據(jù)已有的知識經驗，獨立設計實驗方案并就地取材制作實驗儀器。教師引導學生發(fā)現(xiàn)問題，在探究過程中，學生獨立自主進行實驗設計，撰寫實驗方案，選擇或制作實驗儀器。教師只需觀察學生的動態(tài)，同時給予適當?shù)囊龑?，做好監(jiān)督工作，防止危險意外的發(fā)生。在科學探究過程中，學生的思維不再局限，手腦并用，自主探究能力得到提高，創(chuàng)新意識得到有效培養(yǎng)。

4.2 課上探究評價

課堂以學生交流展示設計實驗的形式，對自己設計的實驗做演示與匯報。教師根據(jù)學生的設計實驗思路、設計實驗過程、實驗展示、撰寫的實驗設計方案，表達交流與反思，評價學生的創(chuàng)新實驗，了解學生達到的水平，及時得到學生學習程度的反饋。

圖1是關于科學探究的“魚形”評價形式流程圖。借助“魚形”診斷，教師可掌握學生的科學探究水平，以便推進后期的針對性教學，引導學生深度學習。教師通過“引導——評價——引導”的閉環(huán)教學，使得學生的思維得以解放?；谠u價的針對性引導不僅可以增強學生的科學探究意識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高自主學習的能力，還可以更好地體現(xiàn)以學生為主體、教師為主導的教育理念。

圖1 關于科學探究的“魚形”評價形式

《課程標準》中關于科學探究的學業(yè)質量水平分為五個水平四個方面，不僅五個水平是層層遞進依次加深的，而且不同水平的相同方面也是層層遞進且依次加深的關系?！棒~形”評價涵蓋了五個水平的方方面面，實現(xiàn)內容的全覆蓋，教師可準確掌握學生的情況。

結合“反轉實驗”課堂新模式，學生用自制的實驗儀器展示其實驗設計，教師依據(jù)科學探究標準的“魚形”評價形式，根據(jù)學生實驗創(chuàng)新過程，實驗方案的撰寫以及交流表達，對學生的現(xiàn)階段學習做水平定位并對其進行針對性引導，實現(xiàn)“引導——評價——引導”的閉環(huán)教學。

如在通電導線在磁場中的運動一節(jié)“反轉實驗”課堂上，學生已學習了安培力的基本物理知識，在探究安培力大小與什么因素有關時，通過教師的引導，學生設計了如圖2所示的實驗裝置。

圖2 學生設計實驗裝置

通過學生的演示講解，教師結合“魚形”評價，做出定位。提出物理問題是科學探究學業(yè)質量水平2中的第一個方面：若是，就證明學生達到了水平2的第一個方面，那么就可進行下一水平中的相同方面再做判斷，若否，就證明學生沒有達到水平2的第一個方面，則返回水平1再對學生進行相同水平其他方面的判斷。據(jù)此，可以把提出物理問題作為評價的起點。此學生提出了“安培力大小與什么因素有關？”的物理問題并且做出了“安培力與電流大小有關”的初步假設，證明學生已經達到了水平3，并且此假設是學生根據(jù)安培力公式做出的有依據(jù)的假設，證明學生達到了水平4。但是在判斷學生是否達到水平5時，教師發(fā)現(xiàn)學生并沒有從不同的角度提出物理問題并做出科學假設，說明學生沒有達到水平5，此時再判斷學生的其它方面。學生制訂了科學的探究方案，并且選用不同型號的電池，采集在不同電流下線圈轉速的快慢，通過分析數(shù)據(jù)得出“在磁場一定時，通電線圈中電流越大，線圈轉速越快，安培力越大”的結論，并撰寫了完整的實驗報告。但是學生的方案缺乏新意，且只用了一種方法分析數(shù)據(jù)，實驗報告缺乏規(guī)范性，因此此學生沒有達到水平5，但是滿足水平4的各個方面。評價流程如圖3所示。

圖3 評價流程

教師此時評價出學生的水平處于水平4的階段。教師可依據(jù)的學生的實驗進行針對性的引導。安培力大小還與什么因素有關，引導學生再探究安培力與磁場的大小有關，并在學生設計的實驗基礎上，引導學生通過更換磁鐵來改變磁場從而收集數(shù)據(jù)，并指導學生撰寫規(guī)范的實驗報告。通過以上“引導——評價——引導”的閉環(huán)教學，學生可以達到更高的學業(yè)質量水平。

5.結束語

綜上所述，高中物理實驗是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維的有效途徑?；趯W業(yè)質量評價的“反轉實驗設計”是實驗組織的新形式?；谠u價的針對性引導教學，可以不斷喚醒學生的創(chuàng)新意識和探究興趣。該過程不僅為學生提供了創(chuàng)新思維的發(fā)散空間，還能促使學生多角度思考問題，多動手實現(xiàn)創(chuàng)新的靈感和想法，并在學習過程中，感悟科學家精神，提高創(chuàng)新能力。

創(chuàng)新是民族發(fā)展之魂。作為新時代的教師，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的同時，要加強自身的創(chuàng)新意識，只有創(chuàng)新型的教師才能培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。積極改革傳統(tǒng)課堂，充分利用課堂有效推動創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，解放學生思維，提高物理實驗課堂質量，是物理教師的責任擔當。