基于學科核心素養的探究式分組實驗教學策略

摘? ?要：物理教師應怎樣設計、實施分組實驗以落實學科核心素養？文章以“探究小燈泡的伏安特性曲線”為例，在分析討論的基礎上，從教學設計和教學實施方面給出了具體、可操作的建議。

關鍵詞：學科核心素養;科學探究;探究式分組實驗教學

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）7-0073-4

1? ? 問題的提出

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。物理學科核心素養主要包括“物理觀念”“科學思維”“科學探究”“科學態度與責任”四個方面[1]。那怎樣讓核心素養落到實處？這些素養的發展與形成，不是一蹴而就的，而是循序漸進、逐步形成的。在培養學生物理學科核心素養的過程中需要載體，課程內容是課堂教學的承載，也是核心素養落實的主要載體[2]。物理實驗是物理學習的重要環節，是教師進行情境教學的活動載體，是學生經歷科學探究過程、發展科學思維、提升科學探究能力的載體，是培養學生物理學科核心素養的重要途徑和方式。因此，物理實驗在培養學生的探究能力和科學態度等方面具有重要地位。

在探究實驗教學活動中，學生是知識的主動構建者，教師是學習知識的引導者、指導者，是教學活動的參與者、探究伙伴，是學習過程的評價者[3]。探究式實驗教學過程具有開放性、自主性、探索性等特點。

為了讓物理學科核心素養在實踐中落地，筆者對探究式分組實驗教學的教學設計和教學實施進行思考，將“自主、合作、探究”學習方式應用到探究式分組實驗教學的設計和操作環節，希望能有借鑒的意義。

2? ? 探究式分組實驗教學的設計策略

物理學科中科學探究是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設、設計實驗和制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力，主要包括問題、證據、解釋、交流等要素[1]。通過這些要素培養學生的科學探究能力，可以提高學生的物理學科核心素養，達到物理實驗的育人功能。進行探究式分組實驗教學設計和教學實施時，具體可從以下幾方面入手。

2.1? ? 開展小組分工合作，培養學生團隊協作意識

教師可以根據學生的層次和特點，對學生進行合理分組，4～6人組成一個實驗小組[4]，每組有學習能力強的學生，有擅長動手操作的學生，有樂于組織協調的學生……每一位學生在小組中承擔一定分工，還要合作共同完成某項預習任務（搜集有關證據、提出問題、思考老師留的問題）或探究方案設計。這樣學生不僅發展了個性，還能懂得尊重他人，學會交流與合作。他們優勢互補，“兵教兵”相互討論學習。學生以自學為基礎，生生互學，用所學的知識幫助同伴解疑釋難、解決問題，在教與學的交互作用過程中慢慢“生成”新知[5]。學生在不斷和別人討論的過程中形成更高層次的認識，讓他們在不同的意見中學會傾聽、汲取，擴充原來自己并不完善的想法，這才是一個完整的教育[6]。小組分工合作既發展了學生的語言表達能力，又能讓其體驗合作所收獲的喜悅，主動建構知識，培養其團結協作能力。

2.2? ? 內化核心素養，確立探究式實驗教學目標和學生學習目標

教學活動以知識為載體進行教學，但不應僅僅只落到知識層面上，而應落到思維層面、探究層面、育人價值層面上。

教師基于提升學生的物理學科核心素養的理念安排教學設計時，應將教育目的和培養目標具體化。首先，要依據教科書中的教學內容分析這一節所能體現的核心素養要素。教師需要對學生、課程、科技、生活應用等多方面進行研究整合，結合教材內容內化學科核心素養，明確這節課的學業要求，將物理內容與學科核心素養培養對應起來。其次，應該確定實驗教學目標。確定核心素養培養目標時，教師要關注不同年級學生應該達到的水平，關注物理學科核心素養培養中不同年級的差異性，明確適合學生年齡特征和物理學科特征的核心素養培養目標[2]。教師需要清楚哪些內容是學生通過自主學習可以學會的，哪些問題是要經過合作討論才能解決的。

以“探究小燈泡的伏安特性曲線”實驗為例，在初中階段，學生已學過歐姆定律和串、并聯電路等知識。結合核心素養要求和教學內容，可以確定實驗教學目標如下：

實驗教學目標：（1）能在他人幫助下制訂科學探究方案，設計電路測小燈泡的電壓和電流，可能出現不同實驗小組設計的實驗電路方案不同，如圖1甲、乙、丙、丁四種方案，能使用基本器材連接電路，通過實驗采集數據，描繪小燈泡的I-U特性曲線。然后發現非線性特征，并分析其主要原因（學科核心素養科學探究水平3）。（2）根據不同實驗電路方案完成同樣的探究任務，實現各小組之間的實驗數據共享，發現規律，形成合理的結論，交流和反思探究過程和結果，分析不同實驗方案得到數據之間的差異，教師引導學生，總結出滑動變阻器接法的選擇原則和伏安法測電阻內外接法的選擇原則（學科核心素養科學探究水平4）。

學生學習目標：（1）根據先學導學單自主學習、小組合作，設計測小燈泡的電壓和電流的實驗電路。（2）小組合作，按照電路圖連接好器材。（3）小組分工合作，分組實驗探究，記錄實驗數據。（4）描繪小燈泡的伏安特性曲線，發現特征，嘗試用已有的物理知識進行解釋。

2.3? ? 設計情境問題或活動，引導學生提出問題

確立教學目標后需要創設問題情境或設計實驗活動，以活動為載體，讓學生進入真實物理情境，能從中發現問題、提出問題。設計問題時應從學生現有知識水平、學習起點出發，關注學情，設置適合學生水平的問題，最好能設置認知沖突，“以惑為誘”或“以問促學”。

2.4? ? 設計先學導學單，指導學生自主先學

教師設計先學導學單（包含情境問題，自主先學的任務），課前發給學生，引領學生自主先學，指導學生有目的地自主學習。創設情境問題，讓學生主動思考所要學習的內容，通過搜集有關資料獲得感知，形成感性認識，并小組內討論交流，制訂實驗探究方案，見表1。

2.5? ? 分組實驗探究時教師及時給予指導

課前教師要了解學情，對于學生可能遇到的困難，教師要有分析、有預判。例如，學生不會連接電路，電壓表（電流表）不會讀數等。學生分組實驗探究時，教師巡回指導學生實驗操作，提醒學生注意安全，及時發現、解決每個小組遇到的個性化問題，防止因為存在學習困難使學生失去探究的興趣。

2.6? ? 注重多元評價，關注發現和解決問題的過程性評價

“價值引領、素養導向、能力為重、知識為基”的高考評價理念[7]，需要通過活動載體落實到教學之中。教學中生生、師生互評也是活動的一種。生生互評學生先學會傾聽，然后經過思維加工去點評別人的觀點，提出自己的不同見解，這個活動促使學生學會尊重別人，經信息輸入和認知加工后，理清思路，概括觀點，最后把自己的觀點講出來。既實現學生主動學習，又可以培養學生觀點概括、問題表述和問題解決以及表達、交流等綜合能力。教師應該及時肯定、表揚學生在過程中的表現，以鼓勵學生的探究熱情。在學生相互點評不到位、不完善時，教師的補充則是“畫龍點睛”，使生生、師生合作探究活動上升到新高度，完成課堂生成。

下文結合“探究小燈泡的伏安特性曲線”的實驗教學，對課堂教學實施進行闡述。

3? ? 探究式分組實驗教學的實施

3.1? ? 準備階段——導學單引領學生自主先學

實驗之前，教師指導學生自主學習教材或查閱資料，結合初中學過的有關知識，根據先學導學單上的任務單（見表1），有目的地進行自主學習和思考。教師只指導學生閱讀教材選修3-1的第47頁，教師“導而不答”，不直接給出答案，留出足夠的思考時間，讓學生自己思考。接著，實驗小組內學生交流討論，生生互學，合作完善答案，每個實驗小組拿出最優的實驗探究方案，以備課堂交流展示。此處可以落實培養學生的自主學習能力，搜集和選擇有用信息的能力，與同學交流合作的團結協作能力。

3.2? ? 探究階段——交流展示，生生互學，教師助學，開展分組實驗探究

課堂開始，小組派代表到教室前面交流展示自己小組設計的實驗電路圖，別的小組點評補充，思維碰撞，生生互評，老師適時匯總出四種方案（如圖1）。

接著，學生分組實驗探究，根據自己設計的實驗電路圖，實物連線。滑動變阻器的分壓接法是難點，教師巡視不同小組的連線，在學生遇到困難時及時給予幫助、指導，適時解決實驗小組遇到的問題。接著，教師利用PPT投射出操作注意事項，學生調節滑動變阻器測量電壓和電流，記錄在表2中。

設計表格時，不給出U=0時I=0點，留作后面探究的生長點，讓學生自己探索發現、總結。

3.3? ? 總結階段——處理實驗數據，描點作I-U特性曲線，形成結論

四種方案分別得出的小燈泡的I-U特性曲線，如圖2。

比較甲、乙、丙、丁四種方案的曲線，發現后兩種方案小燈泡獲得的最小電壓為1.8 V（學生電源4 V擋，滑動變阻器最大阻值為20 Ω），無法獲得0～1.8 V時小燈泡的電壓值，只能描出1.8～3 V之間的伏安特性曲線，該段直線表示這個區間小燈泡的電阻不變;而前兩種方案卻能讓小燈泡獲得0～3 V時小燈泡的電壓值，伏安特性曲線更完整，說明甲、乙方案電路中測量電壓范圍大。曲線在0.3 V左右發生彎曲，為減小誤差，在0.3 V左右測繪點要密集。

綜合四種方案可以得出結論：

（1）圖線是一條曲線，它的斜率隨電壓的增大而減小，這表明小燈泡的電阻（斜率倒數）隨電壓（溫度）升高而增大。

（2）燈泡兩端電壓在額定電壓附近變化（小燈泡接近正常發光）時，曲線的斜率幾乎不變，即燈絲的電阻值變化很小。一般情況下可忽略這個變化，認為阻值不變。隨即教師提問“為什么白熾燈常常在打開開關時燒壞”，以解決生活中的實際問題，增強學生的實踐意識。

3.4? ? 反思創新階段——對探究過程與結果進行交流和反思，質疑創新，提升素養

引導學生深度思考：丙、丁方案為什么不能測得0～1.8 V的數據？甲、乙方案電路圖的區別在哪里？大膽放手讓學生充分討論，仔細分析、比較特性曲線，學生自己總結出滑動變阻器分壓接法和限流接法的區別，并深刻體會到“要求電路中電壓（電流）從0連續變化時必須用分壓接法”。教師順勢演示滑動變阻器的兩種實物接線，借助實物情境強化理解。還發現甲、乙方案電流表接的位置不同，哪種誤差更小呢？學生討論，教師引導，電壓表看作能讀出電壓的大阻值“電阻”，電流表看作能讀出電流的小阻值“電阻”，在電路中把電壓表、電流表看作一個“電阻”，生生、師生交流后得出：Rx>>RA時用內接法，Rx<

4? ? 探究式分組實驗教學的操作思路

探究式分組實驗教學活動中，教師是“導演”，學生是“演員”。教師結合學科核心素養和科學探究要素精心設計探究式實驗教學目標（解決為什么教、教什么的問題）和學生學習目標（解決學什么的問題），設計導學案和上課環節（解決怎樣教的問題），引領學生課前自主學習、小組合作學習，設計實驗方案。課堂上小組交流展示，出現多種實驗方案，老師不直接肯定或否定設計方案，讓學生按照自己的設計去實驗探究，讓學生去感受和體驗實驗過程，然后大家把不同方案得到的結果拿到一起比較孰優孰劣，形成統一認識。如此，不僅能加深學生對所學物理知識的理解，更能培養其知識建構的能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]廖伯琴，李洪俊，李曉巖.高中物理學科核心素養解讀及教學建議[J].全球教育展望，2019，48（9）：85.

[3]張仁賢.打造高效課堂的有效策略[M].北京：世界知識出版社，2014：5.

[4]張安.高中新課程物理實驗探究能力教學初探[J].物理教學探討，2010，28（10）：1-3.

[5]徐州市教育局.“學進去 講出來教學方式”行動計劃[S].2013.

[6]葉瀾.葉瀾談基礎教育改革[J].基礎教育論壇，2015（29）：1.

[7]于涵，莫雷.中國高考評價體系說明[S].北京：人民教育出版社，2019.

（欄目編輯? ? 李富強）

收稿日期：2020-06-02

基金項目：本文為2018年江蘇省基礎教育前瞻性教學改革實驗項目“普通高中數字化實驗室支撐理科深度學習的教學改革實踐建構”（蘇教基函【2018】6號）的研究成果。

作者簡介：張學慶（1978-），男，中學一級教師，主要從事高中物理教學工作，曾獲2018年度江蘇省中學實驗教學說課比賽一等獎，被評為2019年度全國中小學實驗教學能手。