摘" 要：本文以“實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”教學(xué)為例，介紹了“學(xué)習(xí)即研究”的觀點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)即研究；油膜法；累積放大法

物理教學(xué)要體現(xiàn)素養(yǎng)發(fā)展學(xué)習(xí)的要求，就要從積累性、維持性學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展性、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)，從強(qiáng)化“直覺經(jīng)驗(yàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展“理性批判”。學(xué)習(xí)的本質(zhì)是研究，學(xué)習(xí)者就是研究者，學(xué)習(xí)過(guò)程就是研究過(guò)程。［1］“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)主張教師轉(zhuǎn)變自己的教學(xué)習(xí)慣，教師的課堂應(yīng)從傳統(tǒng)的知識(shí)積累型課堂向素養(yǎng)發(fā)展型課堂轉(zhuǎn)變。物理課堂應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)做出明智而富有創(chuàng)造性的判斷、決策和行動(dòng)的能力，培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力。

1" 傳統(tǒng)課堂的現(xiàn)實(shí)與反思

以“實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”教學(xué)為例，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)通常是教師直接告知學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。這種填鴨式的課堂缺少與學(xué)生的互動(dòng)。有的教師為了與學(xué)生互動(dòng)，設(shè)計(jì)了很多問(wèn)題，但都是帶有確定性、指向性的問(wèn)題。如“油酸在水面上展開后是不是單分子油膜？”“能不能用VS求油膜的厚度？”……這種教師導(dǎo)演、學(xué)生表演的課堂，學(xué)生的參與度看似很高，但學(xué)生的思維并未被真正調(diào)動(dòng)起來(lái)。短時(shí)間內(nèi)教師可以讓學(xué)生記住很多知識(shí)點(diǎn)，但學(xué)生通過(guò)這種方式記住的知識(shí)點(diǎn)很容易遺忘。這樣的課堂無(wú)法有效培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

2" 基于“學(xué)習(xí)即研究”的課堂重構(gòu)

2.1" 重構(gòu)教學(xué)目標(biāo)

傳統(tǒng)教學(xué)中本節(jié)課的目標(biāo)是：知道用分子的球形建立水面上油酸的單分子油膜的模型，并理解用單分子油膜測(cè)量油酸分子直徑的公式d＝VS；能操作并測(cè)量1滴油酸酒精溶液中純油酸的體積和在水面上形成的油膜的面積；能對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和計(jì)算，得到油酸分子直徑的數(shù)量級(jí)；通過(guò)油膜法測(cè)量油酸分子直徑的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，體會(huì)用宏觀量測(cè)量微觀量的模型計(jì)算方法。這些目標(biāo)是孤立的，而核心素養(yǎng)的目標(biāo)是高度統(tǒng)一的，問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)過(guò)程也是統(tǒng)一的。

筆者基于“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)提出了以下教學(xué)目標(biāo)：應(yīng)用累積放大法探索實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題的能力、知識(shí)遷移能力與探究意識(shí)；自己動(dòng)手測(cè)量出分子的直徑，體驗(yàn)研究的曲折，成功的喜悅；在質(zhì)疑中感悟用宏觀量測(cè)量微觀量的模型計(jì)算法，培養(yǎng)質(zhì)疑精神，提升模型建構(gòu)、科學(xué)推理等分析和解決問(wèn)題的能力。這樣的目標(biāo)設(shè)定不再以基本知識(shí)、基本方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀為表征，而是以真實(shí)經(jīng)歷為表征。“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)下的教學(xué)目標(biāo)不是知識(shí)與方法本身，而是解決問(wèn)題的能力。

2.2" 重構(gòu)學(xué)習(xí)過(guò)程

2.2.1" 聚焦本質(zhì)，問(wèn)題驅(qū)動(dòng)

“實(shí)驗(yàn)：用油膜法估測(cè)油酸分子的大小”的本質(zhì)是用累積放大法測(cè)量微小物體。通過(guò)分子動(dòng)理論的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道肉眼無(wú)法看到分子，甚至連使用光學(xué)顯微鏡都無(wú)法看到分子。教師可以通過(guò)以下問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生探索實(shí)驗(yàn)方案。

師：如何測(cè)量小到看不見的分子的大??？

測(cè)量看不見的物體的大小對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是難以想象的，是神奇的。這個(gè)問(wèn)題的目的是激起學(xué)生的求知欲。給學(xué)生半分鐘左右的思考時(shí)間后，教師可以繼續(xù)追問(wèn)。

師：如何用刻度尺測(cè)量頭發(fā)絲的粗細(xì)？

生：把頭發(fā)排成一排，測(cè)量一排的總直徑，用總直徑除以根數(shù)可以得到一根的直徑；把頭發(fā)捆成一捆，測(cè)量一捆的總直徑，求出橫截面積后除以總根數(shù)得到一根的橫截面積；把頭發(fā)一圈圈緊密地纏在尺上……

師：這些方法都用到了什么科學(xué)思想？

生：累積放大法。

本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)不是“油膜法”這個(gè)孤立的知識(shí)點(diǎn)，而是累積放大法的應(yīng)用。在新課引入部分就點(diǎn)明測(cè)量微小物體的基本方法是累積放大法，而分子是微小物體，應(yīng)該使用累積放大法測(cè)量分子大小。這種處理方式有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)遷移能力與探究意識(shí)，為接下來(lái)的探究過(guò)程指明了方向。

2.2.2" 實(shí)物模擬，思維可視

聯(lián)想頭發(fā)絲粗細(xì)的測(cè)量，學(xué)生意識(shí)到可以用累積放大法把看不見的分子累積后進(jìn)行測(cè)量。學(xué)生想到的方案有：把分子排成一排，測(cè)量一排的長(zhǎng)度后除以總個(gè)數(shù)；把分子排成一個(gè)面，用總面積除以總個(gè)數(shù)。由于無(wú)法數(shù)出分子的總個(gè)數(shù)，這兩種方法不具有可操作性。但是把分子排成一個(gè)面已接近油膜法了，這時(shí)就需要教師點(diǎn)撥油膜法估測(cè)分子大小的原理。如何點(diǎn)撥呢？教師可以在蒸發(fā)皿中把黃豆排成一個(gè)單層（如圖1所示），問(wèn)學(xué)生：“已知蒸發(fā)皿的底面積為S，要想計(jì)算出黃豆的厚度，我們還需要知道什么條件？”學(xué)生經(jīng)過(guò)討論不難得出結(jié)論：“用黃豆的總體積除以黃豆的底面積即為黃豆的厚度（如圖2、圖3所示）。”但此時(shí)部分學(xué)生仍然沒有意識(shí)到單層黃豆的厚度就是黃豆的直徑。教師繼續(xù)點(diǎn)撥：“單層黃豆的厚度與黃豆的直徑有什么關(guān)系？”

圖3

用宏觀的黃豆模擬看不見的微觀分子，通過(guò)思維可視的方式生動(dòng)形象地引導(dǎo)學(xué)生得到油膜法估測(cè)分子大小的基本原理。這樣的教學(xué)不是單純的告知，而是尊重學(xué)生已有知識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生用已有知識(shí)去解決新的問(wèn)題。學(xué)生的物理核心素養(yǎng)在研究中得到了發(fā)展。當(dāng)學(xué)生參與到獲得知識(shí)的過(guò)程中，學(xué)生獲得的知識(shí)是系統(tǒng)的，不是零散的。

2.2.3" 自己動(dòng)手，體驗(yàn)成功

俗話說(shuō)“千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清，實(shí)驗(yàn)一做就分明”。我們的實(shí)驗(yàn)課要真做實(shí)驗(yàn)，做真實(shí)驗(yàn)。真做實(shí)驗(yàn)比放視頻好，讓學(xué)生做真實(shí)驗(yàn)比看老師演示實(shí)驗(yàn)好。在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，有的學(xué)生痱子粉撒得過(guò)多導(dǎo)致油膜面積明顯偏?。挥械膶W(xué)生痱子粉撒得過(guò)少，畫油膜邊界時(shí)看不清油膜；有的學(xué)生滴油酸酒精溶液時(shí)手不穩(wěn)，滴了一串，或滴在了盤子邊緣；有的學(xué)生計(jì)算出的結(jié)果與其他學(xué)生計(jì)算出的結(jié)果數(shù)量級(jí)不同；還有善于觀察且愛思考的學(xué)生在發(fā)現(xiàn)油酸酒精溶液滴入水中后先展開后縮小的現(xiàn)象后立刻展開小組討論，思考背后的原因……在小組合作中，學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題，又自己解決了問(wèn)題，體驗(yàn)了研究的曲折，成功的喜悅。通過(guò)真做實(shí)驗(yàn)、做真實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠真正地理解：為什么要撒痱子粉？為什么要用油酸酒精溶液？為什么溶液要滴在盤子中央？為什么要待液面穩(wěn)定后再描油膜形狀……

若教師直接告知結(jié)論，學(xué)生當(dāng)時(shí)能記住，當(dāng)天的作業(yè)也能做得不錯(cuò)，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看這樣獲得的知識(shí)是容易遺忘的。學(xué)生經(jīng)過(guò)親身體驗(yàn)得出結(jié)論雖然會(huì)多占用一些課堂時(shí)間，但印象是深刻的，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看這樣獲得的知識(shí)是不容易遺忘的。可見讓學(xué)生自己動(dòng)手、體驗(yàn)成功才是更高效的教學(xué)方法。

2.2.4" 質(zhì)疑評(píng)價(jià)，批判思維

用油膜法測(cè)量油酸分子直徑是早期測(cè)量分子大小的方法，也是高中階段利用宏觀量的測(cè)量推算微觀量大小的實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)是個(gè)估測(cè)實(shí)驗(yàn)，且誤差大小無(wú)法分析。比如：油酸分子并不是球體，學(xué)生不知道其具體形狀如何；分子間有間隙，學(xué)生不知道間隙與分子大小相比是否可以忽略；理論上油酸在水面上可形成單分子油膜，學(xué)生不知道實(shí)際情況是否真的如此……因此我們的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)有非常大的誤差。

實(shí)證思想是科學(xué)精神的基礎(chǔ)，也是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主要價(jià)值追求。那么如何檢驗(yàn)我們估測(cè)值是否準(zhǔn)確呢？我們可以從理論與實(shí)踐兩個(gè)方面分析。理論上通過(guò)對(duì)上一節(jié)內(nèi)容“分子動(dòng)理論”的學(xué)習(xí)，借助阿伏加德羅常數(shù)可計(jì)算出油酸分子的大??；實(shí)踐上我們需要更精密的儀器，更先進(jìn)的觀測(cè)方法，如掃描隧道顯微鏡、X射線衍射法、散裂中子源法……

學(xué)生經(jīng)過(guò)誤差分析，對(duì)測(cè)量結(jié)果提出質(zhì)疑，形成新的問(wèn)題：“我們的估測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確？如何驗(yàn)證其準(zhǔn)確性？”以新的問(wèn)題為紐帶，用研究的方式展開教學(xué)，從理論與實(shí)踐兩個(gè)方面證實(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，培養(yǎng)了學(xué)生的質(zhì)疑精神與分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

3" 結(jié)束語(yǔ)

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱課程標(biāo)準(zhǔn)）提出我國(guó)普通高中教育任務(wù)是促進(jìn)學(xué)生全面而有個(gè)性的發(fā)展，為學(xué)生適應(yīng)社會(huì)生活、高等教育和職業(yè)發(fā)展做準(zhǔn)備，為學(xué)生終生發(fā)展奠定基礎(chǔ)。課程標(biāo)準(zhǔn)更加強(qiáng)調(diào)提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，更加注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。研究性學(xué)習(xí)提倡以“主體研究”的方式開展學(xué)習(xí)，把簡(jiǎn)單告知轉(zhuǎn)化為問(wèn)題引發(fā)，把知識(shí)羅列轉(zhuǎn)化為過(guò)程建構(gòu)，把被動(dòng)接受轉(zhuǎn)化為主動(dòng)研究。［2］研究性學(xué)習(xí)更有利于發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

［1］劉霽華.從知識(shí)積累學(xué)習(xí)到素養(yǎng)發(fā)展學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變——“學(xué)習(xí)即研究”觀點(diǎn)的思考與實(shí)踐［J］.中小學(xué)教材教學(xué)，2021（9）：47-52．

［2］韋葉平，劉霽華.基于學(xué)習(xí)即研究觀點(diǎn)的課堂重構(gòu)教學(xué)研究——以“牛頓第二定律”教學(xué)為例［J］.中學(xué)物理，2019，37（17）：30-33．