基于實驗探究體驗 發展學生核心素養

張玉玲

摘 要：結合電動機原理的探究、直流電動機換向器作用的探究以及利用電動機原理制作簡易電動機玩具的實驗體驗，詳細闡明了基于真實實驗情境的實驗探究體驗活動，是實現培養和發展中學生物理核心素養的重要途徑。

關鍵詞：核心素養；實驗探究；物理學科

“核心素養”的提出把全面深化課程改革推入一個嶄新的階段。在此形勢下，物理學科的教學也發生著深刻變化：教學不是只注重當下，夯實物理基礎性素養，更需要著眼長遠，培植適應終身發展和社會發展所必備的發展性素養。那么，怎樣去培養和發展學生的物理核心素養呢？方法不勝枚舉，基于物理學科知物說理的獨特性，本人經探索，采用學生參與性實驗探究，在真實的實驗探究體驗下學習物理是培養學生物理學科核心素養的有效途徑。

一、實驗探究過程要整合大量概念規律知識，有利于形成物理觀念

物理的本質是人們根據事實、經驗構建起來的對自然現象的規律性的解釋。在此過程中，需要融合大量的具體知識，對現象進行正確的解釋，從而有利于物理觀念的形成。眾所周知，電動機已經應用于現代社會生活的各個方面，掌握電動機的工作原理對現代中學生非常重要和必要。在教學直流電動機的工作原理和換向器的作用時，采用問題解決式實驗探究體驗，取得了很好的效果。

提出問題1：想想做做圖1中的矩形線圈兩端的漆皮為什么一端用小刀全部刮去，而另一端只刮去上半周漆皮呢？如果另一端也全部刮去漆皮的話，又會怎樣呢？

實驗探究：接通電源，線圈另一端的漆皮只刮去半周的小線圈在磁場中發生持續轉動，但全部都刮去漆皮的線圈卻不能持續轉動，擺幾下就不動了。

提出問題2：為什么會出現這樣的現象呢？

探究分析：學生采用小組合作的方式分析線圈的受力情況，再結合運動和力的知識，從而圓滿解釋了線圈的轉動，是因通電導線在磁場中受力作用的緣故。但是，線圈在轉過平衡位置時，不改變線圈中的電流方向（漆皮全部刮去時），此時受到的磁場力會阻礙線圈的轉動，表現出線圈不能持續轉動；若將引線另一端的漆皮只刮半周的線圈，在半周內線圈通電而受到磁場力的作用轉動，另外半周線圈停止供電不受磁場力，全靠慣性轉過半周，反倒能持續轉動下去。

提出問題3：怎樣讓線圈轉過平衡位置后，立即改變受力方向，從而使線圈在后半周保持受力卻能實現持續轉動呢？

實驗探究：可以采用及時改變電流方向或改變磁場方向的方法。

從以上實驗探究過程可知，學生經歷了分析問題、解決問題的探究過程，不但深化了通電線圈在磁場中受力轉動的電動機的原理，磁場力的方向與電流方向、磁場方向有關的知識點；同時，還把受力分析、慣性、力矩、導體、絕緣體、換向器等力學和電學知識規律在問題解決中進行了有機整合與內化，有利于學生形成運動和相互作用的物理觀念。

二、實驗探究過程需要新思維、新方法，有利于發展科學思維和科學探究

學生參與實驗探究過程中，要解決實際中遇到的林林總總的問題，以實驗真實情境作為思維的依托，發現問題、剖析問題、解決問題，將客觀具體情境與抽象思維、科學論證等結合，能有效地發展和培養學生的科學思維力和實驗探究力，進而內化為學生核心素養的一部分。例如：

在探究“通電導線在磁場中受到力”的實驗（圖2）時，本人就安排學生采用小組合作式的探究教學方式替代常規的演示實驗方式進行，學生動手完成實驗探究過程。

實驗探究：在實驗探究操作中，大部分學生會發現導體通電后在磁場中受到磁場力會動，但是導體受到磁場力改變運動狀態過程緩慢，有時竟會出現導體在導軌上抖晃卻不發生水平運動的情形。什么原因呢？

探究分析：學生分析后得出，通電導體在磁場中的導軌上不僅僅受到磁場力，水平方向上還受到導軌的摩擦力，磁場力不是很大，而摩擦力還不小，導致導體受到的合力太小。那么，如何讓通電導體受磁場力后狀態改變明顯，從而便于探究磁場力的方向和哪些因素有關呢？

科學推理：學生剖析完問題，積極想解決方案。方案思路主要集中在兩個方向：一是著力增大磁場力；二是力求減小摩擦力。

方案1：增大通電導體受到的磁場力：去掉電路中的滑動變阻器（圖3），增大電源電壓從而增大電路中的電流；增加磁體的數量、增強磁場等，改進后的實驗效果都很明顯。

方案2：減小通電導體與導軌間的摩擦力：實驗嘗試（1）：在導體上涂抹潤滑油來減小接觸面的粗糙程度，探究發現實驗效果更差，分析后恍然大悟，原來油在一般狀態下是絕緣體，導致導體和導軌間的導電性能變差了，通過導體的電流變小，磁場力變小，綜合效果反倒不明顯了；實驗嘗試（2）：調整導軌傾斜程度，盡可能做到水平放置，然后用細沙紙慢慢摩擦導軌棒，讓導軌盡可能光滑且接觸電阻小些，再用水掛一層水膜在上面，探究發現相同情況下，這樣處理后的效果好了，問題得以改進；實驗嘗試（3）：摒棄導軌，直接將通電導體懸掛在磁場中（圖4），探究發現效果也有明顯的改善，此項改進獲得成功。

在真實問題情境中，學生遇到問題，在客觀現實的基礎上想辦法，找解決問題的方法，體現了科學探究的本質特征；同時，學生理解了物理原理，達到了學以致用的目的，也逐步塑造了其科學思維和科學探究的物理核心素養。