素養提升：基于問題解決的物理實驗探究

陳金貴 林炳煌

摘? ?要：本文以“探究感應電流的方向”教學為例，從問題情境、方案創新、實驗優化等方面展示學生思維為主要教學環節，闡述在該實驗課教學中如何培養學生“科學探究”核心素養的具體優化策略。

關鍵詞：問題解決;實驗探究;素養提升

基于問題解決的課堂教學是以問題解決作為中心目標的物理教育活動，尤其是物理實驗課，可以在實驗探究活動中促進“科學探究”等素養的提升。為改革課堂教學形態，提高教學實效，更應突出對“問題解決”教學與學習過程的設計。

1? 基于問題解決旨向“科學探究”素養的教學實踐

1.1? 案例“探究感應電流的方向”設計的流程：

1.2? 創設情境，提出問題

教師演示如圖1所示的實驗，一根輕桿的兩端固定著A、B兩只很輕的鋁環。A環閉合，B環開口，輕桿可繞中心軸自由轉動。

當它們處于靜止狀態時，讓條形磁鐵的任一極靠近A環，發現A環會背離該磁極的方向運動;磁極靠近B環時卻不會發生這種現象。這究竟是為什么呢？

學生觀察實驗現象，結合法拉第發現電磁感應現象的過程，聯系所學的知識，對現象進行思考、討論。

教師引導學生發現A環被推斥或被吸引的現象，說明A環中會產生感應電流，感應電流會產生磁場，磁體對電流的磁場會有力的作用。而A環被推斥或被吸引取決于A環中感應電流的方向，那么感應電流的方向遵循什么規律呢？引出課題：探究感應電流的方向。

此教學環節趣味實驗引入，巧妙設疑，引發認知沖突，吸引學生注意力并積極思考，營造教學氛圍和教學情境，從而使學生形成相應的物理觀念。

1.3? 形成假設，確定方案

對比圖1實驗，結合給定的器材設計方案1。

方案1：條形磁鐵在相對合環運動時，有吸引和排斥現象，說明感應出電流。把微電流傳感器兩接線柱分別接在開環的兩端，條形磁鐵靠近或遠離時從屏幕上可以看出也有感應電流產生。通過安培定則或者微電流傳感器電流脈沖的方向來確定感應電流的方向。

從方案1的探究中可以獲得事實經驗：感應電流的效果總是阻礙相對運動（與磁極無關）。教師再引導學生發現在一些情況下，沒有相對運動，沒有明顯的作用效果，也會有感應電流，讓學生意識到用阻礙相對運動這種方法的局限性，那么引起產生感應電流的原因是什么？可以從磁通量的變化來考慮問題，接下來是為找尋磁通量與感應電流方向的關系設計了方案2。

方案2：若大線圈不動（相當于環固定），開關S閉合或斷開的瞬間，或滑動滑動變阻器，小線圈的磁場在變化，則大線圈中將產生感應電流，通過給定的器材尋找磁通量與感應電流方向的關系。

方案的確定，是深化學生對感應電流概念、阻礙概念的認識。也是基于問題解決展示學生思維為主要課堂教學環節的落實。課堂主要教學活動是以學生為中心進行互動，學生自己思考和討論，有助于促進學生能力的發展，科學思維素養得以提升。

1.4? 實驗探究，得出規律

科學探究1：探究感應電流的效果總是阻礙相對運動。學生先按要求連接好電路，通過干電池試觸，觀察并確定屏幕上的脈沖電流跟電流流入接線柱方向的關系。接下來根據給定的器材（計算機、微電流傳感器、數據采集器、數據線、雙鋁環、開關、導線若干），按方案1要求連接好電路，通過實驗探究并填寫實驗表格1。

學生實驗探究感應電流的效果，得到阻礙相對運動，認識到磁場之間的作用，進一步提煉為感應電流的磁場總是起到阻礙“相對運動”的作用。

科學探究2：探尋磁通量與感應電流方向的關系。學生根據給定的器材（計算機、微電流傳感器、數據采集器、數據線、學生電源、滑動變阻器、原副線圈、開關、導線若干），按要求連接好電路，根據方案2進行實驗探究并填寫實驗表格2。

學生通過實驗探究，借助實驗現象入手，從磁通量變化的角度出發，體會阻礙磁通量的變化。讓學生用簡短的語言總結感應電流的磁場方向遵循的規律。在交流的互動思維活動中，培養學生的歸納能力，得到楞次定律。

2? 案例反思與總結

“科學探究”主要包括問題、證據、解釋、交流等要素[ 1 ]。本案例是基于問題解決促進物理學科核心素養提升的教學實踐，重點體現的是物理實驗探究的基本思路和操作流程。在教師的引導下，讓學生學會提出科學問題、獲取證據、作出解釋、表達交流，實現“科學探究”核心素養的落地。

2.1? 理解的深度：從原點開始

本節課是在前面所學感應電流的產生條件的基礎上進行知識的延伸。本節課從實驗創設問題情境，對比實驗，增加關于感應電流的效果，體驗“阻礙”，認識到磁場之間的作用，這不難理解，重點在于落實“問題、證據、解釋、交流”等要素。尤其是通過DIS數字信息系統使探究過程簡單、直觀、快速有效，通過對圖表的分析讓學生體會阻礙磁通量的變化，總結歸納得出楞次定律的內容。所以，教師必須引領學生從原點開始，逐漸深入分析，在實踐中逐漸感悟，深度理解，把建構物理規律過程中所顯現出的思維方法結合起來，才能真正理解本實驗的實驗原理。

2.2? 設計的角度：從學生出發

只有從學生出發，滿足其學習需求，激活其認知活動，才能產生源源不斷的學習驅動力。教師積極引導學生參與教學過程，激發學生學習興趣。教師站在學生的立場上，變換思維，根據學生的需求，從學生的視角設計最優方案，嶄露科學探究的特性。教學情境設置是為了讓學生有能力提出有效問題，再以“問題解決”為核心，親身經歷體驗，把學習變成研究，通過閱讀、思考、表達、評價等互動環節，把猜想轉化為假設。結合給定的器材提出實驗方案，設計探究思路，在不斷生成問題和科學探究過程中提升物理學科核心素養[ 2 ]。

2.3? 實驗的厚度：從體驗落腳

基于核心素養導向下的實驗教學，實驗的創新更能體現它的魅力，將無限內化于心！基于問題解決促進核心素養的提升，在于知識體系建立過程。而知識來源于體驗，尤其是實驗的學習體驗，是在探究過程中獲得。教師要創立給學生體驗學習的條件，提供時間、空間，并給予引導和幫助，讓更多學生親身參與探究。從體驗落腳，在問題的生成過程中，讓思維進階，深度思考，提升實驗厚度。學生在不斷尋找解決實際問題的方案中，理解物理慨念和規律[ 3 ]。實驗教學既能培養學生科學探究的能力，又能實現物理學科核心素養的落地。

3? 結束語

實驗既能提高學生的實踐能力，也能提升“科學思維”，更能在實際的情境中培養學生的創新意識。教與學的發展過程，要從實驗的厚度，指向學習的深度，從而實現深度的實驗教學。教師在課堂教學實踐中要積極探索、創新實驗設計，使學生在體驗科學研究的過程與方法中提升物理核心素養。

參考文獻：

[1]包慧軍. 基于物理核心素養導向的教學設計研究[D]. 杭州： 杭州師范大學，2018.

[2]肖建華. 實驗——創設良好物理學習環境的途徑[J]. 中學物理：（高中版），2012（13）.

[3]肖建華. 深度思考，讓深度學習真正發生[J].湖南中學物理，2019（10）.