核心素養下的高中物理探究性實驗教學策略

陸喜紅

【摘要】新教材實施以來，高中物理實驗數量明顯增加，課標對實驗的要求越來越高.文章對驗證性實驗與探究性實驗進行了比較，闡述了實驗教學對培養學生核心素養上功不可沒.以變壓器的教學設計為例，介紹探究性實驗教學的一般教學模式.并對核心素養下的高中物理探究性實驗教學提出了一些想法.

【關鍵詞】核心素養;高中物理：實驗教學

實驗在物理教學中無處不在.不管是物理觀念的獲得還是科學方法的總結、科學思維的提升，或是科學態度與責任的形成都離不開實驗.

1 核心素養下的高中物理探究性實驗

物理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.而在實驗教學中培養和提升學生的科學探究素養是一個很好的陣地.

傳統物理實驗主要采用的是驗證性實驗.它是由步驟驅使的，針對已有的實驗結果而進行的教學活動.通常實驗前的準備，如方案、器材等都由教師給定，學生只要按照所給的實驗步驟依次完成實驗，看實驗結果是否與預期相同就可以了.而探究性實驗是在問題驅動下，學生通過探究過程來總結規律，得出結論.這樣，學生根據科學探究的一般步驟，認識科學思想觀念，培養科學探究能力，并在潛移默化中獲取知識.因此，探究性實驗能讓更多的學生不斷地提出問題，解決問題，在實驗方案的設計上更加具有開放性，多樣性，參與度.

鑒于實驗在物理教學中的重要性，在2019版人民教育出版社的物理新教材中學生分組實驗由老教材的12個增加到新教材的21個，其中探究性實驗8個、測量類實驗9個、驗證性實驗2個，觀察類實驗1個，制作類實驗1個.

2 探究性實驗教學的一般教學模式

現結合科學探究活動構成要素，將探究性實驗教學流程策略設計如表1.

2.1 提出問題

提出問題是進行探究的起點.教師可以通過設計具有設疑激趣功能的問題情境或體驗活動，通常可以是聯系學生生活實際的實例，將學生的注意力集中在所要研究的問題上.學生通過對情境的觀察與體驗，提出相關的科學問題，引出探究.

2.2 假設猜想

在第一步的基礎上學生利用現有的知識儲備對其進行一些合理的預測和猜想.一方面，它集中了學生的思維.另一方面，要提出猜想與假設，學生需要調用篩選已學知識和探究問題進行整合.教師指導學生做出猜想與假設的一個方法是讓小組的每一個成員各自作出預測，然后相互交流，最后各個小組形成一個共同預測.

2.3 設計方案

通過小組討論形成一個或幾個比較科學、合理的實驗方案.主要包括實驗采用的原理及方法、需要的實驗器材，具體的實驗步驟，設計實驗數據記錄表等.設計實驗方案使得第二步中的假設猜想具體化，程序化.

2.4 實驗研究

根據設計的方案，學生進行自主實驗探究.在此過程中，教師可以在學生遇到困難時加以幫助.此過程充分發揮學生的主體能動性，切實培養學生的科學探究素養.

2.5 分析論證

學生對實驗數據或現象進行整理、歸納，最終得出科學結論.其中，處理數據是科學探究的一個重要組成部分，只有通過處理和分析數據，學生才會對探究的現象有深刻的理解.教師在這個過程中可以組織小組展示，在小組的交流討論中得出實驗結論.

2.6 評估交流

學生通過評估交流對探究方案或是實驗過程中出現的問題進行必要的反思和改進.學生在反思中提高科學探究能力.教師在這個過程中，要鼓勵學生大膽地用已有的科學知識和較為準確的語言表述自己的探究成果.

3 變壓器的教學設計

3.1 創設情境，引出課題（物理從生活中來）

情境1 通過觀察兩張圖片（一張變電站，一張燈火通明的廣場），提出問題：發電廠輸出的電能通過高壓輸電送到我們這里，而我們日常用的都是220V的電壓，如何進行變壓呢？這需要有一個什么設備？

情境2 通過觀察一張有各種變壓器的圖片和一個平常用的手機充電器，提出問題：生產生活中有各種變壓器，有的把低壓升為高壓，有的把高壓降為低壓.變壓器是如何工作的呢？

設計意圖 情境1通過學生初中已知的高壓輸電到實際用電220V，形成沖突，引出課題.情境2讓學生體會到變壓器隨處可見，引起學生一探究竟的求知欲望.

3.2 問題驅動，形成概念

師問1 觀察實驗桌上的可拆式變壓器，回答問題：變壓器由什么構成？

師問2 接通學生電源，小燈泡會發光嗎？

教師追問3 原、副線圈相互絕緣，小燈泡發光是誰提供的電壓？

師問4 變壓器的工作原理是什么？

師問5 變壓器在工作過程中能量實現了怎樣的轉化？

師問6 如果原線圈改接直流電，小燈泡會發光嗎？為什么？

設計意圖 通過一個小實驗和6個問題串，逐步深入，充分提升學生的物理觀念和科學思維的核心素養，學生在不知不覺中解決了變壓器的構造和原理問題.

3.3 實驗探究，獲得規律

提出問題 副線圈電壓與哪些因素有關？

假設猜想 學生提出了這幾項：原線圈所加電壓，原線圈的匝數及副線圈的匝數.

設計方案 通過學生自主設計和小組討論，基本確定了利用控制變量法，測量原副線圈上的電壓并設計了記錄表，確定電壓與匝數間的關系.甚至有學生提出不用現成的變壓器匝數，而嘗試自己繞制線圈.

實驗研究 學生根據自己設計的方案進行實驗探究.下面就是那個提出自己繞制線圈的學生的實驗圖和數據記錄表，如表2.

分析論證 由實驗1得出U2∝n2；由實驗2得出U2∝U1；由實驗3得出U2∝1n1，綜合這三組數據我們可以說U2∝n2U1n1，如果寫成等式的話就是U2=kn2U1n1.k值是多少呢？如何來確定k值？學生提出可以代一組數據計算k值.計算得k約為1，得出結論在誤差允許范圍內U1U2=n1n2.我們只是做了幾組數據，對于其他的匝數比是否也成立呢？帶著這樣的疑問，學生從理論上應用電磁感應定律推出了原副線圈上的電壓與匝數的關系，與實驗相符.

評估交流 通過組間交流發現有些組實驗得出的數據誤差較大，k值與1相差較遠，學生帶著這樣的疑問，通過分析及教師引導得出理想變壓器的概念.并推導原副線圈上的電流關系.

設計意圖 實驗探究的結論是本節課的重點與難點.本設計依照探究性實驗教學的一般教學模式，學生在整個流程中提升了科學思維與科學探究的核心素養.

3.4 知識運用，提升素養（物理到生活中去）

教師通過3個與生活生產密切相關的情境，使學生在解決問題的過程中體會學習物理是有用的.

情境問題1 請你計算一下手機充電器里的變壓器的原、副線圈匝數比是多少？

情境問題2 觀察手機的無線充電，簡要說明無線充電的原理？你覺得充電基座的內部結構是怎樣的？（拆一個給學生看看）

情境問題3? 閱讀課本科學漫步中的電壓互感器和電流互感器部分，回答問題：如何區分電壓互感器和電流互感器？給出線路中的電壓、電流值及所給的電壓表、電流表量程，學生計算互感器的匝數比.

設計意圖 情境問題1與引入新課的情境問題2，起到前后呼應，學以致用的效果.情境問題2是當前很多學生見過或是用過的無線充電技術，讓學生見識一個隱形的變壓器，其本質還是變壓器的原理.通過情境問題3讓學生認識電壓電流互感器，并會利用規律進行簡單計算.

4 結語

培養物理學科核心素養應該在教學中進行整體設計.物理實驗形象地展示了知識的研究過程，提供了大量的促使學生產生思維活動的感性材料，特別有助于培養物理核心素養中的科學思維和科學探究.針對不同的物理實驗，也可以針對科學探究和科學思維中的不同要素進行教學設計.

在進行實驗教學設計時需要注意下面幾點：（1）認真研讀教材，充分挖掘每個實驗在教學中的地位和作用，以及所要達成的核心素養的培養目標.（2）教師必須先做一遍實驗.這樣能切實體驗和掌握實驗的全過程，發現可能出現的問題，提出相應的對策.（3）以學生為主體，鼓勵學生提出質疑和設計不同的方案.同時，必須嚴格貫徹操作規范，杜絕弄虛作假.

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