基于核心素養的物理探究學習

汪明

摘 要：課程改革引導教育教學方式變革。本文旨在引導讀者理解核心素養本質，厘清探究學習內涵，結合具體教學案例進行操作，并給出了培育物理學科核心素養的培育路徑。

關鍵詞：核心素養；科學探究；教學模式

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）05-003-2

以培育學生核心素養為目標，讓學生體驗科學探究過程，理解科學研究方法是物理學教學的根本任務。下文以構建探究學習課堂為載體，針對性提出構建問題學習情境，提出落實物理學科核心素養的培育的具體措施和實施指南。

一、感悟物理學科核心素養

物理學科核心素養是學生在物理學習過程中逐步形成的適應個人終身發展和社會需要的必備品格和關鍵能力，即由“物理觀念”、“科學思維”、“實驗探究”、“科學態度與責任”四部分構成。具體說來“物理觀念”包括物質觀念、運動觀念、相互作用觀念、能量觀念及其應用等要素，是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識，是物理概念和規律等在頭腦中的提煉和升華。“科學思維”包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判，進而提出創造性見解的能力與品質。“實驗探究”包括問題、證據、解釋、交流等要素，是基于證據得出結論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。“科學態度與責任”包括科學本質、科學態度、科學倫理、STSE等要素。即是認識科學本質，理解科學·技術·社會·環境（STSE）的關系基礎上逐漸形成的對科學和技術應有的正確態度以及責任感。

從以上可以看出，物理核心素養對學生個性成長與創新精神有著深切而廣泛的影響。其一，科學態度與責任直接影響人們的世界觀、價值觀，是科學發展基本素養和科學品格。其二，實驗探究和科學思維是核心素養的中心，而實驗探究是形成科學方法的必備條件。認清這些物理學科本質，有助于我們理解核心素養，懂得必須通過科學探究學習才能培育出學生的核心素養。

二、認識科學探究學習

科學探究指的是科學家用來研究自然界并根據研究所獲得的事實證據做出解釋的各種方式；科學探究也指的是學生們用以獲取知識、領悟科學的思想觀念、領悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。其探究模式是在學生積極參與科學探索過程中，教師試圖模擬科學家解決問題的過程，使學生體會科學家如何面臨疑難情境，學會搜集和加工資料，最終達到問題的解決，從而獲得有真實生活情境中發現問題和解決問題的能力。

一般來說：科學探究的過程一般有以下八個要素：一是提出問題，教師可以創設問題情境，讓學生從日常生活或物理學習中發現有價值的問題，并能清楚地闡述和表達所發現的問題特征。二是猜想與假設，即對問題可能的答案作出猜想與假設。三是制定計劃，在教師指導下或通過小組討論提出驗證猜想或假設的活動方案。四是設計實驗進行科學探究，即按照制定的計劃正確地進行實驗，五是收集證據，采集數據，這一過程可以獨立也可他人合作，對觀察和測量的結果進行記錄，并會用圖表等形式將收集到的證據表述出來。六是解釋和結論，即對對事實或證據進行歸納、比較、分類、概括、加工和整理，判斷事實肯定或否定假設，并形成正確結論。七是反思與評價，即對探究結果的可靠性進行評價。八是表達與交流，采用口頭或書面的形式將探究過程和結果與他人交流和討論。當然在在具體的探究中，探究要素可多可少，根據需要可以是全程式的探究，也可以對部分要素進行探究。

三、探究學習模式流程特征

1.創設情境，激發學習“內驅力”

前蘇聯教育家贊可夫說過：“教學法一旦觸及到學生情緒和意志領域，觸及到學生的精神的需要，這種教學法就能發揮高度有效的作用。”探究性學習教學模式要求學生去體驗情境，通過觀察、實驗和思索，觸發學生的探索意向，形成自覺的發現問題和提出問題的習慣。在開始實施階段，教師可從學生已有的認知結構和思維水平出發，圍繞一定問題，根據教材提供的材料，通過觀察實驗，誘導學生主動探索。激發學生學習的內驅力，使學生親自成為“發現者”，引起學生強烈的求知欲望。

如，在“動量和沖量”一課教學中，我先精心設計一個小實驗：取幾顆彈丸，分發給學生看。將一顆彈丸裝入玩具手槍，一手持槍，一手持紙靶，沿平行于黑板的方向擊發，彈丸穿透紙靶。接著，佯裝再次裝彈（不讓學生知道是空膛），聲明數到“三”時，開槍。然后對某一區域的同學，緩緩地數出“一……二……三”，不等槍響，手槍所指的區域的同學已做出或抵擋或防御的反應。

問題與討論：

（1）你們躲避什么？為什么為躲避？——子彈，它有殺傷力。

（2）剛才傳看子彈時，為什么不躲閃？——沒有速度的子彈，不具有殺傷力。

（3）空氣中的氣體的分子具有很大的速度（可達105m/s），它們無時不在的撞擊著我們最珍貴也是最薄弱的部位——眼睛，為什么我們毫不在乎？——氣體分子質量很小。

（4）手槍所指區域以外的同學，為什么沒有做出防御反應？——子彈不是射向他們的。

討論與小結（由學生自主完成）：運動的物體能夠產生一定的機械效果（如彈丸穿透紙靶），這個效果的強弱取決于物體的質量和速度兩個因素，且這個效果只能發生在物體運動方向上。

本實驗讓學生先產生興趣，造成懸念，繼而思索，使學生始終處于一種激奮狀態。興奮之余，研究課題“動量”已自然形成。而且，對動量的大小的取決因素和方向性都有了正確的指引作用。

2.課題探究，發揮小組合作作用

探究性學習，是按照課題研究活動的需要，根據學生的學習水平、智力因素、性格特點、操作能力、男女比例等混合編組或自愿編組，給每一個成員都有發表自己見解的機會。這樣，小組合作形式就將“學生——教師”之間的單向反饋變為“學生——學生、教師”之間的多向反饋。學生不僅從教師那里獲得知識和學習方法，而且通過與同學間討論，讓思維發生激烈碰撞和提升。

如，在“用油膜法估測分子大小”課堂教學中，先提供給學生的實驗器材：淺盤、有機玻璃板、帶針頭的注射器、量杯、痱子粉、油酸酒精溶液，水等。然后讓學生討論為什么本實驗選用油酸酒精溶液？油酸分子有何特性？

小組討論中學生直接從抽象到概括是很難的，開始要學生從具體和簡單入手，然后再通過實踐進行歸納。如本課中讓學生解決的問題有：如何測量一滴油酸酒精溶液的體積？如何在水面上形成邊界清晰的油酸膜？如何記錄油酸的邊界？如何測量油酸的面積？通過小組合作、教師引導，學生設計實驗、質疑解難，在探究過程中發展學生的批判性思維和發散性思維。

3.探索驗證，激活科學思維

探究性學習過程中，學生是通過“做科學”來“學科學”，需要學生從情景中認識問題，提出假設，收集資料，實驗驗證，處理信息，解決問題，這些都得內化成學生的自身經驗體系，因此探索驗證是探究性學習模式中的的核心環節。

在“超重和失重”的課堂教學中，學生或查閱資料，或收集信息，或實驗驗證，在磅秤上測量體重時以直立姿勢下蹲和以下蹲姿勢直立磅秤示數的變化；用易拉罐自由落下來演示液體壓強消失現象；提出在太空軌道上研制“長距離的光導纖維”，“絕對球形”的滾珠和科學設想；進而還提出宇航員在宇航飛行中應采取何種姿態……，這些不僅極大的豐富學生視野，提高學生的觀察力和實踐力，而且也培養了學生正確對待客觀事物的嚴謹科學態度。

4.組織討論，創設民主氛圍

探究性學習模式，首先強調的是教師要意識到學生是學習的真正主人，要啟發學生改變自己的學習方式，變“要我學”為“我要學”，從而徹底的改變學生在接受性學習中的旁觀地位，人人都是參與者。其次，由于探究小組對學習材料的學習，所獲得認識有高有低，有的完整，有的片面，有的甚至還有錯誤，此時教師有必要對學生組織討論和評價。使學生在共享集體的思維成果的基礎上達到對所學的概念有比較全面和正確的理解，所以組織討論和評價是不可缺少的組成部分。

再次，模式特別關注學生在情感、態度和個性等方面的教育成果，而這些都是以潛在的形式表現出來的，是隱性知識，不像顯性知識那樣容易編碼和傳遞，因此集體討論和評價時，要引導學生作自我評價和小組評價；教師要耐心傾聽學生的回答，多用延遲評價和積極評價。如主動協作能力、實驗操作能力、信息處理能力、發現解決問題能力或思維的敏捷程度，對他人的尊重程度……，培養學生在討論中的頓悟能力和自我否定精神，促進學生健全的人格和向上的價值觀的形成。

5.鼓勵創新，促進個性發展

在創設新情境過程中，要引導學生自覺做到理論聯系實際，聯系科技與社會，體現現代物理的新內容、新方法、新思想、新觀念，可涉及當代科學技術的新成就，在不削弱物理基礎知識的學習，不破壞物理教學內容的系統性情況下，敢于突破物理學的框架體系，綜合其他學科的內容，用聯系的觀點將學習內容綜合化、實踐化、社會化和現代化。

如，在學完“熱力學第一定律 能量守恒”以后，可讓學生思考三個問題：

（1）大家都知道熱空氣上升，冷空氣下降，因此高山頂上氣溫似乎比地面氣溫高，但實際情況并非如此，如何解釋？

（2）飛機在萬米高空飛行時，艙外氣溫往往在-500C以下，艙內由于空調的作用仍溫暖如春，但此時空調的作用不是使空氣升溫，而是使空氣降溫，如何解釋？

（3）有人說，煤和石油的能量也是來自于太陽，那么太陽能通過什么途徑變成了煤和石油中的化學能？

以期達到“課雖終，而趣不盡，思未止”，來擴展學生的學習領域，培養學生的創新能力。

毋庸諱言，基于核心培育的物理探究學習課堂教學模式還處于探索階段，以上所談個人教學經驗還遠沒有達到成熟的境界，因此，筆者撰寫此文僅是起一個拋磚引玉的作用，其目的是引起教育同行的關注，并能推動此類話題的討論，讓培育核心素養的物理探究學習不斷發展。

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