許幫正

（無錫市教育科學研究院，江蘇無錫 214001）

義務教育物理課程是一門以實驗為基礎的自然科學課程，探究方法融合了觀察、實驗、理論思維和數(shù)學方法應用，不做實驗，而傾全力于“理論思維”的物理深度教學都是畸形的教學.物理教學中，忽視實驗探究、囿于探究形式忽視科學思維的培養(yǎng)、側重探究結論缺少循證改進依據(jù)等實踐偏差，制約著課程理念的落實.因此，構建初中物理探究教學實踐路徑尤為重要.

自2009年起，筆者帶領團隊，立足課堂，對初中物理探究教學進行了系統(tǒng)的研究，提出了初中物理探究教學的實踐路徑（圖1）.路徑遵循“核心素養(yǎng)—課程標準—單元設計—學習評價”的教學鏈環(huán)，注重“知（物理認知）”“行（探究行為）”合一.學習項目設計上，指向物理課程核心素養(yǎng)，設計單元學習目標，厘清概念進階，設計實驗序列；實施教學時，基于課時目標，設計問題鏈，運用實驗等資源載體，凸顯探究行為，培養(yǎng)科學思維，完成概念建構；基于物理關鍵能力設計評價支架提供循證改進依據(jù).現(xiàn)結合初中物理蘇科版教材中“機械運動和力”單元的學習加以說明.

圖1 初中物理探究教學實踐路徑

1 學習項目的設計：指向素養(yǎng)目標，構建學習進階，設計實驗序列

物理學科核心素養(yǎng)集中體現(xiàn)了物理學科的育人價值，是三維目標的整合、提煉與發(fā)展，其中既有繼承又有創(chuàng)新.要在“知識與技能”的學習中關注物理核心概念的建構，并使知識體系結構化，認知方式結構化，能用物理知識解決實際問題，具有實踐應用能力，形成正確的物理觀念；在“過程與方法”中培養(yǎng)科學思維和科學探究能力；在“情感·態(tài)度·價值觀”中強調(diào)“科學態(tài)度與責任”.就初中物理的學習而言，需要依托科學探究，發(fā)展學生的科學思維，形成物理觀念，培養(yǎng)科學態(tài)度.

在具體設計學習項目時，應指向素養(yǎng)目標，構建物理學習進階.厘清概念建構的層級，形成物理認知體系；以實驗項目為載體，以“探究行為”為核心學習行為.格物致理，“知（物理認知）”“行（探究行為）”合一.

案例1：“機械運動和力”學習項目設計.

（1）概念進階分析.

“機械運動和力”單元隸屬于“運動和相互作用”主題，蘇科版教材中的任務群包括“物體的運動”“力”“力與運動”“壓強和浮力”，基于大概念進階的學習層級要求是：能描述物體的運動；知道力是物體與物體的相互作用；從力與運動關系的角度認識牛頓第一定律，知道物體具有慣性；了解壓力并建立壓力作用效果的模型——壓強，了解浮力并建立物體浮沉條件的模型.這些層級要求具體落實在基礎概念群中，其中的核心概念為“速度”“力”“牛頓第一定律”“壓強和阿基米德原理”.單元的概念進階和基礎概念群如圖2.

圖2 “機械運動和力”概念進階和基礎概念群

（2）學習項目設計.

解讀課程標準的課程內(nèi)容和學業(yè)質(zhì)量要求，確定“機械運動和力”的素養(yǎng)目標指向，包括：基于系列化實驗項目的科學探究目標，經(jīng)歷物理模型建構和規(guī)律獲得過程的科學思維目標，指向概念建構的物理觀念目標.依據(jù)素養(yǎng)目標，分解教材中的任務群，設計序列化的實驗項目，開發(fā)指向單元目標的綜合實踐活動和實踐性任務.具體如表1所示.

表1 “機械運動和力”的素養(yǎng)目標指向和學習項目設計

續(xù)表

在探究教學中，我們需要設計基礎性實驗以建立物理概念，依托序列實驗認識物理規(guī)律，需要基于單元目標，開展綜合實踐，開發(fā)單元學習項目，以促進物理觀念的形成.其中的測量類實驗和探究類實驗相互關聯(lián)、各有側重，旨在體現(xiàn)物理學習的實踐性特點.

2 探究教學的實施：創(chuàng)設問題情境，通過實驗探究，構建物理模型

作為一種學習樣態(tài)，探究學習應構建以“探究行為”為核心學習行為的初中物理課堂.作為一種教學模式，探究教學應提供物理學科核心素養(yǎng)的落地路徑，創(chuàng)設問題情境，通過實驗探究，構建物理模型，培養(yǎng)科學思維.

具體實施時，以任務為驅動，設計問題鏈和資源載體，讓探究行為真實發(fā)生.以實驗為基礎、以思維為主線、以行為為中心、以變式為手段，重視思維沖突和深入思考，在概念的建構中去養(yǎng)成良好的思維習慣.現(xiàn)以“物體的運動”任務群中“速度”的教學為例，加以說明.

案例2：“速度”教學實錄（部分）.

（1）創(chuàng)設問題情境.

負重賽跑：體驗運水的工人師傅的辛苦，安排兩名學生搬純凈水，分別站在兩條筆直跑道上前進.

問題：比一比誰跑得快，如何比？

（2）開展實驗探究.

教師：今天老師請來了兩位紙錐運動員，也給它們安排好了跑道，接下來我們就用紙錐來研究物體運動的快慢.器材：將兩個等大的紙片做成錐角不等的紙錐，套在PVC管上.

活動1：讓紙錐從同一高度釋放，比較紙錐下落得快慢.

比較方式1：分別釋放，比較它們到達地面所用時間，相同路程比時間.

比較方式2：同時釋放，看誰跑在前面，相同時間比路程.

小結：看來比較物體運動快慢有兩種方法，相同路程比時間和相同時間比路程.

活動2：從不同高度、不同時間釋放，這種情況如何比較物體運動快慢呢？

投屏：通過希沃授課助手展示連拍照片，記錄下連續(xù)過程.高度給出，時間通過現(xiàn)場數(shù)連拍照片得到，手機連拍間隔為0.1s（圖3）.

圖3

（3）構建物理模型.

追問：剛才比較物體運動快慢的兩種方法還能用嗎？（小組討論）

生：可以，轉化到1m 或者1s內(nèi).

追問：如何轉化呢？

生：用時間除以路程或者用路程除以時間.

師：板書（具體運算過程如圖4）.

圖4

討論：這兩種方法都可以用來比較物體運動的快慢，生活中都有應用，如跑步用的腕表上的配速、汽車速度表.

路程除以時間更符合我們的思維.到此，我們可以定義一個新的物理量——速度.用它來描述物體運動的快慢，其大小就等于物體在單位時間內(nèi)通過的路程.公式：速度=，用字母可表示為v=.

評價設計：（1）測量紙錐下落的速度（略）；（2）計算汽車從無錫到上海的時間（略）.

物理學習總是在探索著概念世界與現(xiàn)象世界的關聯(lián)，用物理概念和規(guī)律描述自然界實在的物理圖景.學習物理需要注重實驗，實驗的實質(zhì)是在幫助我們建立觀察世界的模型.

3 評價支架的設計：指向關鍵能力表現(xiàn)，設計實踐性任務，設計情境化試題

探究教學的評價遵循教育評價的一般規(guī)律，依據(jù)初中物理探究教學的實踐路徑，由指向課時目標的“形成性評價”和指向單元目標的“總結性評價”組成.

探究教學的評價有它的特質(zhì)，以“行”促“知”，強調(diào)通過解決問題的“探究行為”促進物理的“概念建構”.基于實踐，我們給出探究教學的兩類評價支架：一類是指向課時學習目標，關注探究行為，設計表現(xiàn)性評價任務，如上述案例2中的評價設計；一類是指向單元學習目標，聚焦物理學科的關鍵能力，設計實踐性任務和命制情境化試題.下面筆者結合案例重點闡述基于單元目標的評價支架的設計.

3.1 實踐性任務設計

實踐性任務，是指讓學生通過實際應用知識和技能來展現(xiàn)其對學習目標掌握情況的復雜性活動.在探究教學中，我們可以設計考查項目或具體的探究任務，包括“實驗操作”“探究活動”及“設計制作”等，來評價學生基于單元學習后獲得的探究能力、科學思維發(fā)展.

案例3：制作“深潛器”模型.

任務：設計能在水中實現(xiàn)浮沉的“深潛器”，并計算下潛速度.評價：（1）物體浮沉的力學模型；（2）速度計算.設計：（1）到無錫市博物館參觀“奮斗者”號模型，了解其下潛和上浮原理.

原理：“奮斗者”號在海水中通過布放壓載鐵，改變自身重力和受到的海水浮力實現(xiàn)無動力下潛和上浮.

（2）用空心圓柱體制作深潛器，用鐵塊制作壓載鐵，用電磁鐵控制壓載鐵的布放.

制作：（1）計算空心柱體浸沒在水中后所受浮力大小，在中部裝上重物和電磁鐵裝置.

（2）計算空心圓柱體外部所需要安裝的鐵塊重量.保證其放入水中能下潛，釋放鐵塊后能上浮.

實驗：做深潛器下潛、上浮實驗（圖5），測量運動速度.

圖5

3.2 情境化試題設計

情境化試題是指具有問題情境、包涵知識結構的問題.這里的情境可以來自學生在學習中解決問題的經(jīng)歷，可以是生活、生產(chǎn)中的實際問題.

案例4：“探究紙錐下落的快慢”試題及分析.

試題：在“探究紙錐下落的快慢”的活動中，小明制作了一個直徑8.00cm 的紙錐，某次實驗用頻閃照相機拍攝得到如圖6所示的照片，已知頻閃照相機每隔0.25s曝光1次.

圖6

（1）請你根據(jù)照片測量紙錐從A下落到G的平均速度.

要求：①把下面的數(shù)據(jù)記錄表格補充完整；

②將測量數(shù)據(jù)記錄在表2中；

表2

③不需要算出平均速度的值.

（2）請你描述紙錐從A到G過程中，下落速度的變化情況.

（3）請你運用“力與運動關系”的知識分析判斷從A到G過程中，紙錐受到的空氣阻力是如何變化的.

考查內(nèi)容：（1）測量物體運動的速度；（2）用速度描述物體運動的快慢；（3）認識力可以改變物體運動的快慢.

試題分析：試題以“探究紙錐下落的快慢”的活動為背景，提供頻閃照片，考查學生對速度測量方法的掌握、刻度尺的使用、設計實驗表格的能力；對速度大小的認識，能否正確運用物理語言描述速度的變化；對物體進行受力分析，建立簡單的力學模型，從物體運動狀態(tài)的變化分析物體受力變化.學生在第（1）問作答正確率僅為30.4%；第（2）問作答正確率為36.5%；第（3）問作答正確率僅為18.4%，說明教學中需要增強實際測量技能的培養(yǎng)和運用概念和原理解釋物理現(xiàn)象的表達能力.

評價支架的設計應依據(jù)學業(yè)質(zhì)量標準，梳理出科學探究素養(yǎng)的關鍵能力表現(xiàn)，基于關鍵能力，設計指向學習目標的表現(xiàn)性任務、實踐性任務和情境化試題，獲取探究教學循證改進的依據(jù).

綜上所述，初中物理探究教學要重視實驗探究，同時要以問題鏈的方式設計恰當?shù)膶W習進階，以培養(yǎng)學生的科學思維，促使學生逐步形成物理觀念，格物致理、知行合一、學以致用.