程宏亮　韓沐晨　趙琪

摘 要：在新課改“三維目標(biāo)”的基礎(chǔ)上，教育部提出了發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的要求。自此，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)成為中小學(xué)教育的一個明確方向，尋找合適的教育形態(tài)成為重要的教育任務(wù)。廣大教育工作者通過大量的理論研究和教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，立足于教材的研究性學(xué)習(xí)活動與提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)的要求能夠較好地契合。以人教版“測量平均速度”研究性學(xué)習(xí)活動的實施為例，闡述提升學(xué)生核心素養(yǎng)與研究性學(xué)習(xí)活動之間的緊密聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：初中物理；核心素養(yǎng)；研究性學(xué)習(xí)；“測量平均速度”

作者簡介：程宏亮（1975—），男，廣東省深圳市光明區(qū)教科院。

韓沐晨（1995—），女，廣東省深圳市坪山區(qū)坪山實驗學(xué)校。

趙 琪（1994—），女，廣東省深圳市坪山區(qū)坪山實驗學(xué)校。

2016年，教育部在“三維目標(biāo)”的基礎(chǔ)上，發(fā)布了中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果，公布了《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》總體框架。在《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中，物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度和責(zé)任”。其中，“物理觀念”是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的基石，是學(xué)生形成的從物理視角對事物進(jìn)行研究的思想、方法和觀點，也是根植于學(xué)生頭腦的科學(xué)思維、探究意識、合作精神、科學(xué)態(tài)度，以及對他人和社會的一種責(zé)任感。核心素養(yǎng)理論的提出，為初中物理教師教學(xué)指出了更加明確的方向。指向核心素養(yǎng)的初中物理課堂教學(xué)，要求學(xué)生在知識建構(gòu)的過程中，通過對知識的探索，總結(jié)物理研究的方法和思想，進(jìn)而形成物理觀念，這就是我們常講的要從關(guān)注“知識為本”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注“觀念建構(gòu)”。

一、研究性學(xué)習(xí)活動概述

研究性學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)一種類似科學(xué)研究的情境或途徑，讓學(xué)生主動地探索、發(fā)現(xiàn)和體驗，學(xué)會收集信息并進(jìn)行分析和判斷，從而增強(qiáng)思考力和創(chuàng)造力。從教學(xué)的角度來看，研究性學(xué)習(xí)更符合學(xué)生本位、問題本位和過程本位。在初中物理教學(xué)中，研究性學(xué)習(xí)的設(shè)計更多是以綜合實踐活動的形式展開，通過創(chuàng)設(shè)開放性、創(chuàng)造性的空間，促進(jìn)學(xué)生對問題的研究。教師可充分挖掘初中物理教材內(nèi)容，開展基于教材內(nèi)容的研究性學(xué)習(xí)活動，以提升學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。下面，以人教版八年級“測量平均速度”一課為例，對研究性學(xué)習(xí)活動進(jìn)行探討?！皽y量平均速度”的主要內(nèi)容如下所示。

斜面的一端用木塊墊起，使它形成很小的坡度。實驗步驟如下。

1.把小車放在斜面頂端，金屬片放在斜面底端，用刻度尺測出小車將要通過的路程s1，把s1和后面測得的數(shù)據(jù)填入表1中。

2.用停表測量小車從斜面頂端滑下到撞擊金屬片的時間t1。

3.根據(jù)測得的s1、t1，利用公式v1=s1/t1算出小車通過斜面全程的平均速度v1。

4.將金屬片移至斜面的中部，測出小車到金屬片的距離s2。

5.測出小車從斜面頂端滑過斜面上半段路程s2所用的時間t2，算出小車通過上半段路程的平均速度v2。

從課程教學(xué)計劃來看，這是一節(jié)學(xué)生實驗課，其教學(xué)目標(biāo)是提升學(xué)生的實驗探究能力、實驗數(shù)據(jù)分析能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維。如果將其設(shè)計為研究性學(xué)習(xí)活動，可使教學(xué)素材既立足于物理課堂教學(xué)，又拓展至物理課堂之外，能夠提升學(xué)生的思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。更為重要的是，這樣能夠最大限度地培育學(xué)生的物理學(xué)科素養(yǎng)。

從活動方式上來看，物理研究性學(xué)習(xí)活動可分為調(diào)查訪問型、實驗觀測型、課題研究型、文獻(xiàn)研究型、游藝娛樂型等?！皽y量平均速度”研究性學(xué)習(xí)活動以活動方式來劃分，應(yīng)該屬于典型的實驗觀測型活動。對于注重定量研究的課題，學(xué)生可通過科學(xué)實驗和科學(xué)觀測來獲得數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。論證評價的一般程序，可分為創(chuàng)設(shè)情境、實驗分析、假設(shè)驗證、拓展提升這四部分。

二、活動過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境

1.完善研究性學(xué)習(xí)的組織結(jié)構(gòu)

要想更好地創(chuàng)設(shè)情境，首先要完善研究性學(xué)習(xí)的組織結(jié)構(gòu)。如可設(shè)定每個學(xué)習(xí)小組為四名成員，并滿足同組異質(zhì)的分組原則，實行組長負(fù)責(zé)制，組長負(fù)責(zé)各成員實驗探究任務(wù)的分配，并在小組交流時起到主導(dǎo)作用。小組組長不能擔(dān)任匯報人，由組長指定小組其他成員匯報發(fā)言。第一小組匯報結(jié)束后，第二小組的發(fā)言人由第一小組發(fā)言人指定，以此類推。這樣，可最大限度地提高小組研究的整體水平，使組內(nèi)實驗探究氛圍更和諧、更深入。每個小組成員必須以科學(xué)、負(fù)責(zé)任的態(tài)度進(jìn)行合作，才能高質(zhì)量地完成實驗探究任務(wù)，同時提高自身的實驗探究能力。

2.問卷調(diào)查

【設(shè)計問卷】

為提高學(xué)生在研究性學(xué)習(xí)中的思維深度和廣度，形成正確、科學(xué)的思維方向，在開展研究性學(xué)習(xí)活動之前，筆者設(shè)計了一份學(xué)生問卷如下：

各位同學(xué)，這份問卷是想了解你對平均速度的已有認(rèn)識，以便老師幫助大家更好地學(xué)習(xí)平均速度，本問卷不會對你造成任何影響，請真實回答。

1.你能夠正確地使用停表嗎？

2.小車下滑前，將車頭還是車尾放置在起點處？

3.路程除以時間很難整除，有什么辦法可以提高計算效率？

4.預(yù)測一下小車在前半程和后半程的平均速度大小，想一想有可能一樣大嗎？

5.日常生活中，哪些物體上有平均速度這一物理量？你認(rèn)為平均速度這個概念存在的意義是什么？

【問卷統(tǒng)計分析及教師的指導(dǎo)策略】

筆者用該問卷對一個班全體45名學(xué)生進(jìn)行了調(diào)查，回收了問卷45份。通過回收的問卷，筆者獲得了很多的信息。對于第一個問題，約64%的學(xué)生回答不能正確使用停表，甚至有兩名學(xué)生不知道停表是什么，但也有約13%的學(xué)生表示很熟悉停表，自己家中有并經(jīng)常使用。對于第二個問題，學(xué)生回答的情況較為理想，約96%的學(xué)生都認(rèn)為應(yīng)該把小車頭放置在起點處。這兩個問題主要調(diào)查學(xué)生實驗探究的操作能力。

第三個問題的調(diào)查結(jié)果比較出乎筆者的預(yù)設(shè)，有約81%的學(xué)生準(zhǔn)備用計算器計算路程除以時間。有一個小組的回答令人眼前一亮，該小組組長引入電子表格來處理數(shù)據(jù)，并且應(yīng)用數(shù)據(jù)生成圖像的功能，使數(shù)據(jù)規(guī)律可視化?？焖贉?zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析是實驗的重要組成部分，所以，學(xué)生處理數(shù)據(jù)的方法也是實驗探究能力的體現(xiàn)。如果在班級內(nèi)推廣這種數(shù)據(jù)處理方法，全體學(xué)生的實驗探究能力都將得到提高。學(xué)生制作的電子表格和數(shù)據(jù)生成的圖像如圖1和圖2所示。

第四個問題的調(diào)查結(jié)果在預(yù)料之中，約89%的學(xué)生認(rèn)為小車會越滑越快，即后半程的平均速度會大于前半程。也有一個小組認(rèn)為小車有可能做勻速直線運(yùn)動，后半程平均速度與前半程相等，但無法闡明理由。這個調(diào)查結(jié)果是筆者樂于見到的，其體現(xiàn)了利用教學(xué)素材引導(dǎo)學(xué)生批判性思考，養(yǎng)成科學(xué)思維習(xí)慣，形成科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的過程。

第五個問題的目的是讓學(xué)生將物理知識向自然、社會拓展，嘗試引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生深度思考，培養(yǎng)科學(xué)的精神。

從整體上來看，學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果比較淺顯，有待進(jìn)一步設(shè)計改進(jìn)，以幫助學(xué)生建立清晰的物理觀念。

（二）實驗分析

1.動手實驗

在課堂上，讓學(xué)生按照課本的實驗步驟分組實驗。

2.活動的實施及教師的指導(dǎo)策略

教師在課堂上組織學(xué)生分組實驗，必須提高課堂效率，留給學(xué)生更多的思考空間。所以，教師在實驗開始前要做好針對性的指導(dǎo)工作。對于很多學(xué)生不能正確使用停表的問題，教師可先將停表發(fā)給組長，由組長教授組員。生生互助的過程，傳遞的是實驗技能，傳播的是科學(xué)精神。

對于學(xué)生自主開發(fā)的用電子表格處理數(shù)據(jù)和插入點狀圖生成圖像的方法，教師可在全班推廣、分享。這既是對開發(fā)電子表格的學(xué)生的一種褒獎，也可極大地提高實驗效率，利于學(xué)生探究更多的實驗規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)生的實驗探究能力。

3.誤差分析

在處理實驗數(shù)據(jù)的過程中，不同的測量人、器材和方法，甚至不同的測量時間，都會得到不同的測量結(jié)果，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因就是誤差。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生深刻理解誤差的概念，感悟用求平均值的方法處理實驗數(shù)據(jù)只能減少實驗誤差而不能避免誤差的科學(xué)思想。在學(xué)生深刻理解誤差的概念之后，教師可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生將誤差的概念與實驗結(jié)果數(shù)據(jù)的處理聯(lián)系起來，明晰實驗結(jié)果的有效數(shù)字個數(shù)超過測量值的有效數(shù)字個數(shù)是沒有意義的。在此基礎(chǔ)上，教師可繼續(xù)提出“較陡和較緩的斜面哪個可能引起的誤差更大”等問題，從而讓學(xué)生得出為了使下滑時間的測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，應(yīng)該使斜面保持一個合適的坡度的結(jié)論。問題層層遞進(jìn)，形成邏輯上的閉環(huán)，能鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維。

（三）假設(shè)驗證

1.進(jìn)行實驗

利用現(xiàn)有的實驗器材，使小車在斜面上做勻速直線運(yùn)動。

2.活動的實施及教師的指導(dǎo)策略

在學(xué)生完成基本實驗后，針對大多數(shù)學(xué)生在調(diào)查問卷中的回答和學(xué)生的實驗結(jié)果，教師可提出問題：后半程的平均速度一定大于前半程嗎？事實上，當(dāng)小車所受重力和支持力的合力與摩擦力平衡時，小車就會做勻速直線運(yùn)動。這種舉反例的科學(xué)思維方法在我們探索自然規(guī)律時常常被使用，利用假設(shè)驗證，可以讓學(xué)生形成一種科學(xué)的態(tài)度。

在研究性學(xué)習(xí)中，假設(shè)驗證是最為重要的思維環(huán)節(jié)，是學(xué)生抽象思維具體化的過程。從教育心理學(xué)的角度來看，假設(shè)驗證也是青少年學(xué)生具體運(yùn)算階段的重要訓(xùn)練方式。任何偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都要依靠大膽的假設(shè)，而科學(xué)的論證才是成功的關(guān)鍵。所以，假設(shè)驗證的過程，是實實在在提升學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的過程。

（四）拓展提升

1.活動方案

將學(xué)生從教室?guī)У讲賵?，用科學(xué)方法測量學(xué)生跑、走、走走停停的平均速度。組織學(xué)生在前期調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，交流在日常生活中平均速度的應(yīng)用，讓學(xué)生進(jìn)一步加深對平均速度概念的理解，建立物理觀念。

2.活動的實施及教師的指導(dǎo)策略

開展研究性學(xué)習(xí)活動時，教師應(yīng)注意充分發(fā)揮學(xué)生的自主性，盡可能讓學(xué)生自主進(jìn)行實驗，盡量給足實驗時間，讓學(xué)生的相關(guān)實驗行為得到落實。學(xué)生有了充分的實驗活動，才能逐漸將物理觀念滲透于生活中。

學(xué)生在小組交流過程中，能認(rèn)識到在很多交通工具中都出現(xiàn)了平均速度這個物理量，也能夠講述在公路限速、預(yù)算到校時間的情境中平均速度的概念。在這個環(huán)節(jié)里，學(xué)生自然地把平均速度的知識和技能轉(zhuǎn)化成了自己的能力和素養(yǎng)。

3.建立科學(xué)思維

要想深入理解平均速度這個物理概念，學(xué)生就要學(xué)會“平均”的科學(xué)思維方法。下文以例題進(jìn)行深入解析。

例：一艘輪船，往返行駛于甲、乙兩碼頭間，已知甲碼頭到乙碼頭為順?biāo)?，水流速度為V水，船在靜水中的速度為V船，請問船在甲、乙兩碼頭間往返一次的平均速度為多少？

通過這道習(xí)題可知，船在甲、乙兩碼頭間往返一次的平均速度小于船在靜水中的速度。可能有學(xué)生對此不太理解，錯誤地認(rèn)為船的平均速度應(yīng)與水流速度無關(guān)。反駁這個錯誤的認(rèn)識可用極限的科學(xué)思維方法：我們假設(shè)水的速度大于船在靜水中的速度時，從甲碼頭到乙碼頭（順?biāo)r，雖然船速很快，但從乙碼頭向甲碼頭（逆水）時，水速大于船的靜水速度，這時船根本就開不回來，所需的時間無限長。反駁這個錯誤的認(rèn)識也可以用“平均”的科學(xué)思維方法：在物理學(xué)中，“平均”是一個物理量對另一物理量的累積效應(yīng)。逆水時，由于時間較長，水流速度對船速的累積效應(yīng)更大，所以逆水時的積累效應(yīng)更大，這樣，船的在流水中的平均速度就會小于在靜水中的平均速度了。這兩種反駁的思維過程，無論是從數(shù)學(xué)方法的角度，還是從科學(xué)思維的角度，對學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升都具有指導(dǎo)意義。

三、總結(jié)

本文圍繞“平均速度”這一物理概念展開，使學(xué)生明晰“平均速度”的物理概念，建立物理觀念，提高學(xué)生的實驗探究能力，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，培育學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任。“平均速度”物理概念的展開平臺是研究性學(xué)習(xí)活動，研究性學(xué)習(xí)活動改變了學(xué)生被動接受的單一學(xué)習(xí)方式，更有助于學(xué)生能力和品格的養(yǎng)成。從物理學(xué)科知識體系來看，“平均”科學(xué)思維方法的建立，有利于學(xué)生理解瞬時速度、加速度、線速度等概念，使物理概念鏈條變得完整和統(tǒng)一，實現(xiàn)貫通教學(xué)。物理概念教學(xué)是落實物理學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)過程中最重要且最基礎(chǔ)的一環(huán)，重視物理概念的內(nèi)涵和外延，理清概念間的邏輯聯(lián)系，對完整的物理知識體系的建構(gòu)尤為重要。

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