基于核心素養的科學探究式教學實踐

吳勝強 焦健生

[摘要]在課堂教學中，教師要通過各種方式培養學生的核心素養。開展有效的科學探究活動是培養學生物理學科核心素養的途徑之一。文章從創設問題情境，誘發探究動機;設計探究活動，培養探究能力;解決實際問題，培養實踐意識三個方面，結合《力的分解》這堂課闡述如何在課堂教學中開展科學探究活動，從而達到培養學生核心素養的目的。

[關鍵詞]核心素養;科學探究;生活情境;實踐意識

[中圖分類號]G633.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）05-0036-03

物理學科的核心素養主要由四個方面的要素構成，即“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”。科學探究既是物理核心素養的要素之一，也是學生發展的關鍵能力之一。科學探究有六個環節，分別是：提出具有探究價值的問題;做出符合科學事實的假設;制訂或設計切實可行的方案;實施方案過程中通過探究活動收集信息;分析處理所得信息得出結論;進行促進學生發展的交流評估。“科學探究”這六個環節都能促進學生發展，培養學生“科學探究”方面的核心素養。

下面，筆者結合教學實踐，以《力的分解》這堂課為例，就“如何開展科學探究，培養學生核心素養”這個話題從三個方面談一些想法和做法。

一、創設問題情境，誘發探究動機

探究源于問題，物理源于生活。物理脫離不了實際情境，物理情境往往融合在生活當中。物理的學習與生活是緊密相連的，學生有大量的和鮮活的生活體驗，教師如果能利用好這些生活情境，創設與教學主題相關的問題情境，讓學生猜想、思考、實踐，這樣，有利于誘發學生的探究動機，激發學生的學習興趣。

以《力的分解》這堂課的引入部分為例，設計了“繩提重物”的小游戲。如圖1所示，游戲時要求兩位同學慢慢把重球抬起，在觀察體驗的同時提出兩個問題：隨著重球被逐漸提高，繩子拉力大小如何變化？繩子能被水平拉直嗎？

設置這兩個問題的目的是將學生引入生活情境中，此時，學生就會通過生活經驗和親身體驗積極主動地探究問題的真諦。

本實驗選用的繩子和重球均來自生活，是初三學生體育中考所用器材，人人都有直接經驗。做游戲對比，如圖1和圖2所示。從圖中兩位同學的姿勢也可以判斷出繩子張角隨著繩中拉力變大而變大。并且還可以判斷出只要重球掛在繩子上，繩子永遠都拉不直。為了突出繩子中拉力的作用效果，也為了方便分析和研究，接下來用橡皮筋代替繩子（如圖3），用鉤碼代替重球。雖然研究對象由生活中的器材轉變為實驗專用器材，有了前面創設的真實實驗情境，學生自然很容易就理解了。

通過貼近生活情境的問題和實驗設計，讓學生在生活情境中體驗、觀察和思考，他們會“身臨其境”地思考和回答相關問題，從而很好地誘發學生的探究動機。

二、設計探究活動。培養探究能力

所謂“探究能力”，就是作為人們探索、研究自然規律和社會問題的一種綜合能力，通常包括提出問題的能力、建立假說的能力、收集資料和信息的能力、進行社會調查的能力、進行科學觀察和科學實驗的能力、進行科學思維的能力。

教師精心設計科學探究活動，讓學生體驗科學探究的過程和方法，不僅可以激發學生學習的興趣，而且能夠培養學生的探究能力。

以“斜面上物體所受重力的分解”為例。

教師提出問題：根據生活經驗，結合前面所學，猜猜斜面上物體的重力有什么作用效果，并且要說出猜想的依據。

經過思考，學生很容易就能夠根據生活經驗想到，人坐在滑梯上會往下滑，所以重力有把物體沿斜面往下拉的作用效果;人能夠感受到支持力，這個支持力和人對斜面的壓力是相互作用力，所以重力有使物體壓緊斜面的作用效果。

教師精心設計問題，學生積極思考，并提出合理的猜想，通過這樣的活動，培養了學生建立假說的能力。

接著教師給出器材（如圖4）并提出要求：請同學們根據提供的器材設計實驗方案，探究重力的作用效果。

學生設計實驗方案后，把鉤碼放在斜面頂端，發現當斜面傾角較大時鉤碼下滑，可以找到重力的一個作用效果：把物體沿斜面往下拉。根據彈性板的形變，學生就能找到重力的另一個作用效果：使物體壓緊斜面。通過這兩個現象，學生知道了重力可以分解為沿斜面向下和垂直斜面向下的兩個分力。這樣通過實驗設計和實驗探究，就可以培養學生進行科學觀察和科學實驗的能力。

接下來，為了引導學生拓展延伸，教師提出問題：改變斜面的傾角，兩個分力將會如何變化？

學生通過思考發現，用這一套裝置無法精確測量兩個分力的大小。要解決這個問題就要用到DIS數字化實驗（如圖5），把兩個分力隨斜面夾角變化的情況顯示在屏幕上（如圖6），使實驗現象更加明顯。圖6中線①表示重力沿斜面分力，線②表示重力垂直斜面分力，由圖可知：隨著夾角逐漸增大，沿斜面平行分力逐漸增大，垂直斜面分力逐漸減小。當夾角為0°時垂直于斜面的分力等于物體重力，平行于斜面的分力等于0°當夾角為90°時平行于斜面的分力等于物體重力，垂直于斜面的分力等于0°兩條線的交點對應的夾角正好是45°。以上數據與理論推導得到的結果完全一致。這樣就完成了一個由理論探究到實驗驗證，由定性分析到定量探究的過程。

從根據所學知識和生活經驗提出猜想或假設，到根據所得器材初步設計實驗方案進行定性探究，再到優化實驗方案進行定量探究，讓學生體驗完整的探究過程，這樣的過程是學習物理重要而有效的途徑之一。通過這樣的科學探究活動，不僅可以使學生體驗科學探究的樂趣，享受發現新知識、新規律的成就感和自豪感，還可以培養學生發現問題、分析問題、解決問題和交流反思的能力。

三、解決實際問題。培養實踐意識

交流評估是科學探究的一個重要環節，用所學知識解決生活實際問題是交流評估的有效途徑。這與我們平時強調的“學以致用”是不謀而合的。

教學的最終目的是將學到的知識運用到實踐中去。學習的物理知識有沒有用？就要看學生能否運用所學物理知識解決生活實際問題。這就要求教學要與現實生活緊密聯系，在真實生活中通過運用物理知識解決問題，培養學生的實踐意識。因此在教學實踐中，教師應當培養學生善于運用物理知識和思維解決生活實際問題的能力。

在《力的分解》這堂課中，通過兩種方式設置了解決生活實際問題的內容。

第一種方式為解釋生活中的現象，如高大橋梁為什么有很長的引橋？盤山公路為什么又彎又長？磨刀為什么不誤砍柴工？等等。通過解釋現象，學生能更深刻地理解所學知識。

第二種方式為動手解決實際生活中遇到的問題，如“繩拉汽車”（如圖7）、“巧斷鋼絲”（如圖8）等。這對學生提出了更高的要求，既要從理論角度給出解釋，要能夠根據理論設計出實際操作方案。

譬如“巧斷鋼絲”，首先學生要能根據所學知識畫出力的分解的平行四邊形，知道合力一定，兩個分力隨著分力的夾角增大而增大;然后根據這一規律設計出實驗方案，并能用相關材料制作如圖8所示的實驗器具;最后學生動手操作，實實在在地用制作的器具拉斷鋼絲。

通過以上活動，學生的實踐意識自然而然地得到了很好的培養。

總之，在科學探究的過程中，教師要盡可能地創設出聯系生活情境的問題，讓學生置身于真實的生活情境中思考問題，從而激發學生的學習興趣，誘發學生的探究動機;要利用好各種實驗器材，尤其是用生活中常見易得的工具來設計探究活動，讓學生體會到科學探究離我們很近，并沒有想象中的神秘，從而培養學生的探究能力;學習的目的就是為了應用，教師在學生掌握知識以后，要適時設計一些聯系實際的問題，讓學生在解決問題的過程中體驗知識的力量，享受成功的喜悅，從而讓學生真正愛上科學，達到培養學生實踐意識的目的。

通過這樣的科學探究，能夠培養學生嚴謹的求知態度，在真理面前人人平等的意識，尊重事實和證據的品格，具有實證精神，勇于弘揚理性，具備運用科學知識、原理和方法解決問題的能力，從而真正落實物理學科核心素養的培養。