核心素養視域下初中物理探究性實驗教學

【摘要】本文以《機械效率》視頻課程為依托，針對該教學中存在的探究目的性不夠清晰、實驗探究教學流程與學習心理錯位、學生探究的自主成份不高、學生對實驗探究結果交流討論欠缺等問題，提出通過創設情境明確探究目的、巧設完整探究流程、適當指導以增強探究的自主性、精心營造討論交流的氛圍等教學建議。

【關鍵詞】初中物理 核心素養 探究性實驗 教學反思

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）06A-0102-03

基于培養核心素養要求和物理學科特點，結合社會發展需要和初中物理課程標準，物理核心素養被確定為“物理觀念”“科學思維”“科學探究”和“科學態度與責任”四個方面。物理是一門以實驗為基礎的學科，無論是哪一版本的初中物理教材，探究實驗都貫穿于物理學習，探究是學習物理的重要方法。探究性實驗教學是指學生在教師的引導下，運用已有的知識和技能，充當新知識的探索者和發現者，通過設計方案、操作實驗探索問題和解決問題的一種教學方式。

筆者在“基礎教育教師培訓網”上觀看了一節《機械效率》視頻課程，感受頗深，收獲良多，但同時有一些疑問與反思，借機談談對探究性實驗教學策略的見解。

一、《機械效率》探究性實驗教學案例描述

（一）引入

授課教師首先讓學生從生活實際出發，意識到認識機械效率的必要性。教師借助生活中的例子，如做題的正確率、蛋的出殼率、產品的合格率等，讓學生從中意識到：我們使用機械的時候也要關注它的有效程度，也就是機械的有效率，從而引入機械效率。

（二）學生實驗探究（以動滑輪為例）

學生通過實驗探究，體驗和建立科學的機械效率的概念。

1.引導學生明確所要測量的物理量（PPT展示）

機械效率是指有用功與總功的比，因此，所測量的物理量是：物重G、拉力F、物體提升的高度h、繩端移動的距離S。但是，教師并不是直接告訴學生，而是引導學生去思考、猜想、討論，讓學生明白有用功與總功的實質含義，然后得出所要測量的物理量。

2.探究實驗方案及注意事項講解

為了確保探究實驗的成功，教師講解實驗中所要測量的數據、使用的測量工具、測量的步驟以及相關的注意事項等。

師：組裝沒有問題是吧？

生：沒有問題。

師：好，為什么我們要勻速、豎直地往上拉繩子呢？目的是保證滑輪處于一個什么狀態？然后我們要用測力計來測力，對嗎？大家在使用測力計的時候一定要關注它的量程、最小分度值。

3.實驗分組，提供實驗器材說明，展示實驗數據收集表

師：老師給第一、第二組的是輕滑輪，但是兩組的鉤碼有點區別，第一組只有一個鉤碼，第二組有兩個鉤碼;給第三、第四組的是重滑輪，第三組一個鉤碼，第四組兩個鉤碼。輕滑輪、重滑輪提升的鉤碼數量可能不一樣。請同學們將實驗數據填寫在實驗數據收集表中，老師再找一名同學上臺展示他們小組的實驗數據。

（三）運用實驗數據深化對機械效率概念的認識

學生不僅要知道什么是機械效率，還要知道什么因素會影響它、是怎樣影響的、怎樣才能夠提高機械效率等。

教師利用PPT出示“有用功”“額外功”“總功”并解釋它們的定義，板書機械效率的定義、定義式及影響滑輪組機械效率的因素。隨后，教師讓學生計算之前各組實驗中滑輪組的機械效率并填寫于表格之中（如圖4），為教師講解影響滑輪組機械效率的因素提供事實依據。

（四）課堂檢測，強化認知

教師從教材例子出發，通過課堂練習及其反饋，進一步強化學生對機械效率這個概念的認識（練習如圖5所示），然后再引導學生把機械效率這一概念運用于實際生活之中，如起重機、升降電梯，通過舉例說明讓學生意識到在使用機械時并不都是一味追求高機械效率，有時候機械效率雖然不高，但是它也是有意義的。

（五）布置課后作業

教師讓學生在課后完成教材中本章節的練習。

二、收獲與感悟

《機械效率》這節課是一節概念課，在初中物理學習中，“機械效率”既是重點概念，又是難點概念。整節課都是以“機械效率”這個概念為核心來設計的，很好地將培養學生的物理核心素養融入課堂教學。

（一）物理生活化，養成“物理觀念”

教師從生活實際出發，讓學生意識到建立機械效率這個概念的必要性;在課堂的最后回歸生活，以課堂檢測的形式，讓學生運用物理知識解決生活中的問題，正確運用物理概念。

（二）創設情境，引導“科學探究”

該教學過程既注重知識整體的形成過程，又引導學生積極參與課堂活動。教師教會學生學習方式、精心準備實驗所需器材，使學生的實驗探究和成功體驗成為了可能。學生的縱向思維得以延伸，橫向的知識得以拓展，培養了“科學探究”精神。

（三）小組合作，形成“科學態度與責任意識”

通過分組實驗，學生不僅學到了知識，還體驗到了科學的方法、實驗探究的樂趣。與此同時，學生通過物理學習增強了效率意識、成本意識，樹立科學的態度與責任意識。物理教學服務于學生的學習，服務于學生的生活，服務于學生的成長的理念在本節課中得到了良好體現。

（四）問題解決，培養“科學思維”

教師在本節課中引導學生積極參與課堂活動，調動了學生的學習積極性，在學習過程中，學生的接受學習、探究學習、體驗學習，交織發生，學生在觀察中有思考、聽講中有實驗操作，既有獨立思考，又有交流協作。教師從學生熟知的事例入手，挖掘其中的道理，獲得學生的認同，進而過渡到預設的物理情境之中，以類比的方式認識物理規律，從而達到“以舊引新”的效果。教師通過教學，培養學生科學的思維方法，引導學生學會使用科學思維方法去分析和解決實際問題。

三、《機械效率》探究實驗教學疑惑與思考

學生在探究學習中，需要分析資料、設計方案、得出數據、解決問題，探究性教學法及學習法對學生有較高的要求。《機械效率》教學視頻是一節示范課，筆者反復觀看，收獲頗豐，但還是有些疑惑。

（一）教師引導探究目的性不夠清晰

探究性實驗一般的教學模式為“創設情境—發現問題—設計實驗—實驗探究—結論—應用”。在開展探究實驗之前，教師創設了情境，從生活中的相近例子入手——做題的正確率、蛋的出殼率、產品的合格率，讓學生意識到：我們使用機械的時候，也要關注它的有效程度，也就是有效率，從而引入機械效率這個概念，但是對于為什么要測量機械效率、測量它有什么用，并沒有做一個清晰交待與說明。引導學生發現問題這一環節在課堂中沒有充分體現，學生實驗的目的不夠明確。教師在課堂后半段表示：我們在使用機械時并不都是一味追求高機械效率，有時候機械效率雖然不高，但它也是有意義的。這會讓學生疑惑，機械效率無論是高還是低，都有它的意義，那測量它的目的又是什么呢？授課教師在這一方面沒有交待清楚。

（二）實驗探究教學流程與學習心理錯位

在對學生進行分組，向學生說明實驗器材、展示實驗數據收集表以及學生完成探究實驗后，教師與學生一同探究實驗數據，至此，探究實驗結束。教師有意留下了機械效率的計算放在后面處理，因為這涉及計算機械效率的三種功概念（有用功、額外功和總功），而教師還沒有講解。將三種功的概念講解完后，教師再讓學生計算機械效率并將計算結果填寫于表內。這樣教學也許是一種教學創新，但筆者認為，從實驗探究到得出實驗結論中間的間隔過長，學生早已將之前的實驗數據置于腦后，學生探究的興趣與動機由于時間的阻隔受損嚴重，甚至于蕩然無存。

（三）學生探究的自主性成分不高

在這節課中，“機械效率”是重點概念，通過探究實驗，培養學生科學的思維方法，引導學生學會使用科學思維方法去分析和解決實際問題。但從視頻教學過程來看，學生探究的自主成份還不夠。一是實驗前，教師透露了實驗器材的分配方案并板書;二是教師對實驗數據的測量、實驗方案進行了過細的講解，導致學生形成了思維定勢;三是探究的時間只有短短的幾分鐘，學生思考與操作的時間不夠充裕。

（四）學生對實驗探究結果交流討論欠缺

在收集實驗數據的這一環節，教師指派一名學生代表填寫，中間缺乏討論與交流，從某種意義上說，這剝奪了其他學生的發言權，學生在實驗探究中所做出的付出沒有得到教師的認可，長此以往，學生不夠活躍，實驗探究興趣被抑制。

四、初中物理探究性實驗教學策略之我見

（一）創設情境，明確探究的目的

物理學是一門自然科學，實驗在物理教學中占據重要地位。初中物理探究實驗主要來源于生活，因此，營造探究性物理實驗情境是實現物理生活化的最好方式。教師在教學中應該把教材內容與生活實際有機結合，讓學生真正感受到物理在生活中無處不在，并將物理知識運用于現實生活當中，為學生發展提供更大的空間。教師可以通過與學生討論生活中的物理現象，在思維的沖突中提出問題，聚焦所要解決問題的本質;或者通過運用舊知，在運用過程中遇到“新問題”，將學生置于“書到用時方恨少”的情境之中，學生便有了強烈的求知欲。

（二）遵循學習心理，巧設完整探究流程

實驗探究是復雜的求知活動，是操作與思維的協同活動，在這過程中，學生的好奇心理起到了重要作用，教師要利用好學生的好奇心理。學生在探究性實驗中大致需要經歷如下八個環節：運用舊知進行資料分析、提出猜想、確定實驗測量的數據、設計實驗方案、測量與統計數據、得出結論、利用實驗結論進行理論推理以及解決問題。為了進行有效的實驗探究，學生必須具有探究的知識基礎，所以，在探究實驗教學之前通過分析內容確定教學的起點非常重要，探究實驗中途不應該再有新知識的講授。

（三）適當指導，增強探究的自主性

探究實驗教學中，教師普遍擔心兩個問題，一是學生探究能力欠缺，不能完成相應的探究實驗，達不到實驗目的;二是探究進展緩慢，耽誤太多的時間。這無疑是忽視了提升學生物理學科核心素養的要求，實驗探究部分最能體現物理學習的特色，它不僅能幫助學生理解和發展物理觀念、提升科學思維能力，且物理實驗教學對于培養學生的實驗探究能力、科學嚴謹的作風、態度及責任心等均具有重要的意義。教師應該放手讓學生主動探究，教師所要做的只是適當指導。教師應該在創設情境、提出問題、引導猜想方面進行精心的設計，其他方面則更多地由學生通過自主協商、小組合作來完成。

（四）設疑置難，精心營造討論交流的氛圍

教學是一種“交往”，而討論交流是學生主動參與的重要形式，也是有效教學的重要活動環節。筆者以為，設疑置難是調動學生積極參與討論與交流，營造良好的學習氛圍的重要手段。第一，精心設計問題，教師應在探究實驗教學之前將實驗內容轉化為一個個需要學生思考之后才能解決的問題，甚至可以依據先前的教學經驗，故意將學生容易犯錯的知識點（或操作點）設置為“陷阱”，喚醒學生的“問題”意識;第二，答案要“深究”，教師對學生的答案（正確的或錯誤的）要追根溯源，不僅要結果，還要過程，引導學生拓展思維，進行深度學習;第三，營造民主、平等的氛圍，教師在引導學生討論交流中做到公平、公正，同時，問題難度與梯度也要把握好，做到讓學生“知難而進”，體驗成功的快樂，產生強烈的學習興趣。

在探究實驗教學過程中，學生親身經歷了探究的整個過程，達到了解和認識物理概念及規律的目的，并在這個過程中受到情感的熏陶，激起他們對科學的好奇心和興趣，鍛煉了心智和能力，學生通過探究實驗，在認識、計算、比較、歸納和再認識的過程中協作配合，建構正確的物理觀念，提升科學探究意識，掌握科學探究的流程與方法，培養探究能力，并在科學推理、科學論證中提高分析問題和解決問題的能力。在初中物理核心素養視域下，如何更有效地組織與實施探究性實驗教學，還須教師不斷地探索與研究。

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注：本文系廣西教育科學“十二五”規劃立項課題“信息技術環境下廣西師范生教學技能培養研究”（課題編號：2013C149）的研究成果。

作者簡介：涂富梅（1971— ），女，廣西靈川人，中小學一級教師，大學本科學歷，研究方向：中學物理教學。

（責編 劉小瑗）