實驗探究下的物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

蔣定春（浙江省臺州玉環(huán)楚門中學(xué)，浙江 臺州）

作為物理學(xué)科的核心素養(yǎng)之一的“實驗探究”是指：提出物理問題，形成猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力。本文以教學(xué)“探究彈性勢能的表達式”為例對如何培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力進行研討，其重點在于如何引導(dǎo)學(xué)生通過實驗尋找影響彈性勢能的因素，并通過實驗來證明自己猜想的正確性，同時能向同學(xué)交流自己的觀點和看法，從而實現(xiàn)對學(xué)生物理基本核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)。

一、提出問題

“探究彈性勢能的表達式”這節(jié)課的內(nèi)容是建立在功能關(guān)系及重力勢能的基礎(chǔ)上的，所以，在這節(jié)課的教學(xué)時，我們先組織學(xué)生對“重力勢能”的相關(guān)知識進行了回憶，并提出了下面幾個我們這節(jié)要解決的問題：

（1）什么是彈性勢能？

（2）彈性勢能和重力勢能之間有什么關(guān)系？

（3）影響彈性勢能的因素有哪些？

（4）思考：你能用生活中的例子及實驗來證明你的觀點嗎？

……

組織學(xué)生先結(jié)合上述的問題對教材內(nèi)容進行學(xué)習(xí)，并借助多媒體向?qū)W生展示一些生活中與彈性勢能有關(guān)的現(xiàn)象，比如：張弓射箭、打彈弓、撐桿跳遠(yuǎn)、蹦極等。之后，提出問題：那么，我們該如何計算彈性勢能呢？彈性勢能的表達式是怎樣的呢？這樣的過程不僅能夠順利地導(dǎo)入新課，也能提高學(xué)生的課堂參與度，對實驗探究活動的開展有著重要的促進作用。

二、猜想假設(shè)

問題提出后，我們要鼓勵學(xué)生大膽進行假設(shè)，這是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生創(chuàng)新能力形成的前提。所以，為了能夠讓學(xué)生做出更為“靠譜”的假設(shè)，我先借助多媒體向?qū)W生展示了這樣一個情境，即：一個彈簧自然伸長，一個小車在光滑的水平面上從彈簧的左側(cè)向彈簧運動，當(dāng)它遇到彈簧后減速。思考：這一情境下會有怎樣的現(xiàn)象產(chǎn)生？引導(dǎo)學(xué)生與小組成員之間進行討論，比如：有學(xué)生說小車的速度減慢，因為彈簧給了小車一個相反的作用力。還有學(xué)生說小車的速度減慢，是因為小車的動能減少，另外一種能量勢必會增加。

……

組織學(xué)生說一說自己的認(rèn)識和觀點，最后，引導(dǎo)學(xué)生思考：結(jié)合重力勢能的定義，這另外一種能量應(yīng)該是什么呢？這種能量與什么有關(guān)系呢？一步步引導(dǎo)學(xué)生做出“彈簧彈力做功”對彈性勢能是有影響的這一假設(shè)。那么，彈性勢能的大小還與其他什么因素有關(guān)系呢？再次引導(dǎo)學(xué)生進行假設(shè)，并大膽提出自己的猜想?？梢姡@樣的猜想假設(shè)過程不僅能夠鍛煉學(xué)生的物理探究能力，也能為下一步實驗驗證的開展做好前提工作。

三、實驗驗證

對于學(xué)生做出的假設(shè)，我們該如何進行實驗驗證呢？引導(dǎo)學(xué)生從教材出發(fā)，借助“橡皮筋若干、帶彈簧的圓珠筆、不同勁度系數(shù)的彈簧、小車、木板、刻度尺”等相關(guān)的實驗器材進行自主實驗，以此來驗證自己的假設(shè)是否正確？比如：研究彈性勢能Ep的大小與彈簧伸長量l有關(guān)時?？梢宰屚瑢W(xué)們進行了如下幾種實驗驗證。

實驗一：選擇不同進度系數(shù)的彈簧、小車、模板、刻度尺進行實驗。

實驗二：選擇相同進度系數(shù)的彈簧、小車、模板、刻度尺進行實驗。

引導(dǎo)學(xué)生對這兩個實驗設(shè)計先進行分析，根據(jù)小車被彈簧彈出的距離來分析彈性勢能的大小，進一步來確定兩實驗是否能夠達到預(yù)期的實驗效果，并說出理由。同時，向?qū)W生滲透“控制變量法”的相關(guān)知識，讓學(xué)生明確真正明白實驗一和實驗二之間的不同，也確保后續(xù)的其他實驗順利進行。

之后再引導(dǎo)學(xué)生思考重力勢能與重力做功之間的功能關(guān)系，應(yīng)用類比的方法讓學(xué)生明白彈力做功是彈性勢能變化的量度，最后再組織學(xué)生用類比求勻變速運動的位移方法（應(yīng)用圖象面積法）求出重力勢能的表達式，由于后面有教學(xué)不涉及實驗探究，我不進行詳述。

在實驗驗證時，教師要給學(xué)生搭建自主實驗、自主驗證的平臺，以確保學(xué)生在主動求知中形成基本的物理素養(yǎng)。

四、總結(jié)反思

總結(jié)反思是學(xué)生進行實驗探究活動的最后一步，但也是不可缺少的一部分。

教師的總結(jié)反思：從整個教學(xué)過程來看，學(xué)生都能積極地參與到每個環(huán)節(jié)之中，尤其是實驗探究環(huán)節(jié)，學(xué)生積極地進行了實驗設(shè)計，并能進行原理分析。雖然一些學(xué)生的設(shè)計存在改進之處，但也值得肯定。

學(xué)生的總結(jié)反思：在問題提出環(huán)節(jié)是否對教師提出的問題進行了積極解決；在大膽猜想環(huán)節(jié)是否提出了自己的觀點和想法；是否有自己的方法驗來驗證我們的猜想；在實驗探究時自己是否積極參等。

不論是教師總結(jié)反思還是學(xué)生總結(jié)反思，目的就是要在總結(jié)與反思中發(fā)現(xiàn)問題，明確自己的改進方向，這樣才能確保課程教學(xué)目標(biāo)的順利實現(xiàn)，才能在這個過程中幫助學(xué)生形成基本的物理素養(yǎng)。

作為一名高中物理教師，我們要認(rèn)真學(xué)習(xí)物理核心素養(yǎng)的內(nèi)容，要通過組織恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動來為學(xué)生的發(fā)展以及自主學(xué)習(xí)、實驗探究搭建平臺，鼓勵學(xué)生在積極主動的求知中形成基本的物理素養(yǎng)，同時也為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)打下一定的基礎(chǔ)。