淺析核心素養(yǎng)視域下落實(shí)科學(xué)探究的策略

沈程娟

(蘇州市吳江區(qū)盛澤第二中學(xué) 江蘇 蘇州 215000)

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》指出,物理課程的課程理念旨在提高全體學(xué)生的核心素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力,其課程性質(zhì)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)課程,具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性等特點(diǎn).學(xué)生在教師的引導(dǎo)性經(jīng)歷與科學(xué)家類似的探究過程中,主動(dòng)構(gòu)建物理觀念、發(fā)展科學(xué)思維,養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神.因此,科學(xué)探究既是物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的目標(biāo)之一,更是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體.科學(xué)探究能否在課堂中真正落地生根,對學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)至關(guān)重要.下面,筆者就部分教師對科學(xué)探究在理解和實(shí)施上存在的一些誤區(qū)展開探討,并結(jié)合具體教學(xué)實(shí)例,淺析有效落實(shí)科學(xué)探究、充分發(fā)揮物理課程育人價(jià)值的策略.

1 走出認(rèn)識(shí)誤區(qū) 正確認(rèn)識(shí)科學(xué)探究式教學(xué)

科學(xué)探究是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題、形成猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取與處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋,以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力[1].因此對科學(xué)探究的理解不應(yīng)囿于形式上的一種課程類型、一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),而是學(xué)生在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下以自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式內(nèi)化知識(shí)、發(fā)展思維、領(lǐng)悟科學(xué)方法進(jìn)行的各種活動(dòng),其本質(zhì)在于學(xué)生關(guān)鍵能力和必備品格的獲得.

1.1 科學(xué)探究概念偷換

作為教師的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容,科學(xué)探究在形式上應(yīng)該是豐富多彩的,除了通常意義上理解的實(shí)驗(yàn)探究,查閱資料、評論結(jié)果、理論分析解決問題、思辨現(xiàn)象問題都是科學(xué)探究.學(xué)生在這些活動(dòng)中發(fā)展高階思維,提升核心素養(yǎng).

新課標(biāo)指出,“實(shí)驗(yàn)探究”包含測量類和探究類學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)[1].教師在觀念上都認(rèn)可這兩類實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生能力素養(yǎng)方面的重要地位,在行動(dòng)中也積極踐行實(shí)驗(yàn)教學(xué),但教學(xué)效果并不盡如人意.究其原因,一方面在測量類實(shí)驗(yàn)中,教師常常只強(qiáng)調(diào)動(dòng)手操作的實(shí)踐性,而忽視了測量過程中涉及的思維方法和科學(xué)態(tài)度.比如在用電流表和電壓表測量小燈泡電阻的實(shí)驗(yàn)中,教師在教學(xué)時(shí)往往將電路的設(shè)計(jì)連接和測量作為教學(xué)的重點(diǎn),而弱化了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析討論,簡單以結(jié)論的形式告知學(xué)生由于燈絲電阻受溫度影響,因此不能多次測量求平均值.另一方面,在探究類必做實(shí)驗(yàn)中,教師認(rèn)為一些實(shí)驗(yàn)事實(shí)顯而易見,眾所周知,沒有必要讓學(xué)生重走一遍前人的“足跡”,將探究實(shí)驗(yàn)簡化為一個(gè)又一個(gè)的現(xiàn)象演示,或轉(zhuǎn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),落實(shí)了雙基,卻忽視了更本質(zhì)的素養(yǎng)要求.

1.2 科學(xué)探究模式僵化

科學(xué)家們在探索自然奧秘的過程中,既有共性,更有個(gè)性.科學(xué)探究除了具有實(shí)踐性特點(diǎn)外,本身還具有引導(dǎo)學(xué)生模仿科學(xué)家研究活動(dòng)的特征.部分教師在教學(xué)實(shí)踐中拘泥于固定的探究形式,按部就班地進(jìn)行各要素的探究活動(dòng),探究活動(dòng)模式化,缺失活動(dòng)的重難點(diǎn)、興奮點(diǎn),不利于激發(fā)學(xué)生的探究興趣,培養(yǎng)學(xué)生對探究本質(zhì)的理解.問題、證據(jù)、解釋、交流等科學(xué)探究的共性要素,在每次探究中的取舍、側(cè)重、順序應(yīng)不盡相同,靈活滲透在教材和教學(xué)的各個(gè)方面.通過一階段一系列的探究活動(dòng),使所有要素對應(yīng)的探究能力都得到培養(yǎng),從而促進(jìn)素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成.

1.3 科學(xué)探究有形無神

在初中物理的探究學(xué)習(xí)中,學(xué)習(xí)目標(biāo)常常涉及具體的物理概念、規(guī)律.因此,教師容易將關(guān)注點(diǎn)放在知識(shí)目標(biāo)的達(dá)成上,使得學(xué)生的發(fā)展疲乏,缺乏持續(xù)動(dòng)力.學(xué)生頭腦中的物理概念或規(guī)律可能會(huì)隨著時(shí)間的推移而淡忘,留下的是他在探究學(xué)習(xí)中發(fā)展的思維能力、創(chuàng)新精神以及內(nèi)化的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神.這些正是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的持續(xù)動(dòng)力.物理教學(xué)不是為知識(shí)而教,而是以知識(shí)為載體,使學(xué)生內(nèi)化科學(xué)素養(yǎng),從而才能使其從真正意義上解決學(xué)習(xí)、生活、工作中的問題,為其終身發(fā)展奠定基礎(chǔ).

2 落實(shí)科學(xué)探究的教學(xué)策略

2.1 過程與結(jié)果并重 知識(shí)與思維并行

葉圣陶先生說“教材無非是個(gè)例子”.由于教學(xué)具有時(shí)空限制,不少教師受功利主義影響,教死書,死教書,按部就班完成教材的實(shí)驗(yàn)探究.這種急功近利的教學(xué)看似面面俱到,得到了物理規(guī)律或結(jié)論,卻在思維的發(fā)展上走了捷徑,學(xué)生的認(rèn)識(shí)只停留在記憶和簡單理解的層面,教材的價(jià)值和功能沒有得到充分的挖掘.

如在“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”的教學(xué)時(shí),大多數(shù)教師是照本宣科,首先讓學(xué)生回憶照鏡子的情景,完成“提出猜想”環(huán)節(jié),對“像和物等大”“像到平面鏡的距離等于物到平面鏡的距離”進(jìn)行了猜測,在“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)”,提出問題:“怎樣確定像的位置?”“怎樣比較像和物的大小?”在提出問題后,和學(xué)生詳細(xì)介紹“實(shí)驗(yàn)與記錄”環(huán)節(jié)涉及的實(shí)驗(yàn)器材,演示每一步的操作,在演示過程中引導(dǎo)學(xué)生回答上述兩個(gè)問題,最后組織學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),分析討論得到平面鏡的成像特點(diǎn).整個(gè)過程四平八穩(wěn),大多數(shù)學(xué)生都能順利完成探究得到結(jié)論,但學(xué)生主動(dòng)參與了嗎?學(xué)生的思維激活了嗎?答案是否定的.要使科學(xué)探究真正落實(shí),教師要對教材進(jìn)行充滿睿智的個(gè)性化解讀,用教材教,激活并維持學(xué)生的情感活動(dòng)和思維活動(dòng),特別是高階思維,主動(dòng)參與到探究活動(dòng)中來.

平面鏡成像學(xué)生有很豐富的生活經(jīng)驗(yàn),因此,本節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn)不在于實(shí)驗(yàn)結(jié)論,而在于方案的設(shè)計(jì)過程.“怎樣確定像的位置”和“怎樣比較像和物的大小”這兩個(gè)問題是學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵所在,是整個(gè)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn).怎樣引導(dǎo)才能激發(fā)學(xué)生的興奮點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力,促進(jìn)思維發(fā)展,是教師在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)需要突破的卡點(diǎn).在此環(huán)節(jié)筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬照鏡子的游戲,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究.首先請學(xué)生根據(jù)自己照鏡子的經(jīng)驗(yàn),為教師挑選一位最適合充當(dāng)教師的像這個(gè)角色的學(xué)生,并說說理由.在挑選的過程中,學(xué)生們已經(jīng)完成了關(guān)于“物像大小”的猜想.接著,請臺(tái)下學(xué)生當(dāng)裁判,教師和這位學(xué)生一起表演照鏡子活動(dòng),完成“向后走、向前走、揮動(dòng)左手說聲嗨,舉起右手點(diǎn)個(gè)贊”的表演,在歡樂的氛圍中學(xué)生的情緒情感被調(diào)動(dòng)起來,思維開始觸發(fā),直觀感受鏡面對稱的過程中,思考“等距”問題.“下面,請出一面大鏡子,看看同學(xué)們?yōu)槲姨暨x的像真的合適嗎?”教師背對學(xué)生照鏡子,請角色扮演的同學(xué)走到鏡子后方他認(rèn)為的像該在的位置.教師問學(xué)生:這個(gè)“假像”和“真像”像嗎?學(xué)生的興奮點(diǎn)開始出現(xiàn).通過鏡子只能看到“真像”,怎么辦?換玻璃板.學(xué)生在現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題,積極思考,主動(dòng)解決問題.換用茶色玻璃板后,教師繼續(xù)問:這個(gè)“假像”和“真像”像嗎?學(xué)生不知不覺中使用重疊法指揮“假像”移動(dòng)位置,找到教師像的位置,并與“假像”進(jìn)行比較.緊接著,介紹學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材,組織學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù).教師通過一個(gè)愉快而充滿認(rèn)知沖突的游戲?yàn)閷W(xué)生的探究搭建“腳手架”,激發(fā)學(xué)生的思維,促使學(xué)生主動(dòng)參與到學(xué)習(xí)中來,實(shí)現(xiàn)知識(shí)與思維之間的銜接和整合,促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展.

2.2 以情境促思考 以情境助探究

在科學(xué)探究中創(chuàng)設(shè)合理的情境,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引起學(xué)生積極的態(tài)度體驗(yàn)和行為體驗(yàn).在教學(xué)實(shí)踐中,教師往往走入情境創(chuàng)設(shè)的誤區(qū),盲目追求情境的量,窄化情境的質(zhì).熱鬧探究的背后是思維的缺失.有效的探究情境,應(yīng)能觸發(fā)學(xué)生思維的興奮點(diǎn),使之在司空見慣處追根問底,在思維定式中標(biāo)新立異,在山窮水盡時(shí)柳暗花明.

在“光的直線傳播”的教學(xué)中,學(xué)生由于在小學(xué)科學(xué)課上已經(jīng)有了豐富的感性知識(shí),“熟知”光的直線傳播,因此,在通過手影游戲幫助學(xué)生觸發(fā)已有知識(shí)后,若是按照通常的做法演示光在空氣中、水中的直線傳播路徑,并不能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.緊接著教師提問:“光在介質(zhì)中真的一定沿直線傳播嗎?”然后演示光不沿直線傳播的情景.帶有明顯導(dǎo)向性的提問使得本該起著促進(jìn)糾正錯(cuò)誤頑固前概念的強(qiáng)烈認(rèn)知沖突被緩和弱化了.啟思型情境出現(xiàn)的時(shí)機(jī)非常重要.略微調(diào)整情境的先后順序,優(yōu)化探究情境,可能會(huì)帶來意想不到的效果.在游戲?qū)胄抡n引出“光沿直線傳播”后,教師馬上打算通過演示去驗(yàn)證學(xué)生的想法,但是讓光穿過上下不均勻的糖水,視覺上的極大反差使得學(xué)生異常驚訝,思維上產(chǎn)生沖突,并主動(dòng)投入到學(xué)習(xí)中來.教師用玻璃棒拌勻糖水后,光又變回了直線.通過兩次對比實(shí)驗(yàn),學(xué)生開始主動(dòng)糾正完善腦中的“已有經(jīng)驗(yàn)知識(shí)”,從認(rèn)知失衡狀態(tài)通過自我建構(gòu)達(dá)到新的平衡狀態(tài).

在“歐姆定律的應(yīng)用”這節(jié)內(nèi)容中,教材安排了兩個(gè)獨(dú)立的版塊:“運(yùn)用歐姆定律測量電阻”和“運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行簡單的計(jì)算”.一個(gè)是實(shí)驗(yàn)測量版塊,一個(gè)是計(jì)算版塊,在這兩個(gè)看似關(guān)聯(lián)不大的版塊間,正是任務(wù)情境大顯身手之處[2].作為前一節(jié)教材中導(dǎo)圖里小明提出問題“在調(diào)光電路中,如果電源電壓大于燈泡允許的電壓,就需要串聯(lián)一個(gè)定值電阻,如何選擇這個(gè)電阻?”的回應(yīng),創(chuàng)設(shè)一個(gè)任務(wù)情境:每組均有6 V電源、電流表、電壓表、開關(guān)、導(dǎo)線、標(biāo)明規(guī)格的小燈泡、標(biāo)明規(guī)格的鎳鉻絲、剪刀、刻度尺等,請學(xué)生剪合適長度的鎳鉻絲作為保護(hù)電阻,使小燈泡能在電路中正常發(fā)光.再請學(xué)生們測一測,比比誰剪取的鎳鉻絲的阻值與理論值最接近.通過一個(gè)任務(wù)情境的設(shè)置將一個(gè)測量實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算綜合成一個(gè)問題解決性質(zhì)的探究過程.基于核心素養(yǎng)養(yǎng)成的教學(xué),要求教師注重給學(xué)生創(chuàng)設(shè)富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)情境,在探究中學(xué)習(xí)知識(shí)技能,綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題,并將科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與精神內(nèi)化于心.

2.3 注重挖掘探究的育人價(jià)值

核心素養(yǎng)視域下的科學(xué)探究不是為了探究而探究,也不是為了知識(shí)而探究,而是以知識(shí)作為育人載體,在學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)內(nèi)化知識(shí)的過程中,培養(yǎng)學(xué)生樂學(xué)善學(xué)、勤于思考的品質(zhì),促使學(xué)生形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,具有學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的能力.在經(jīng)歷與科學(xué)家類似的探究過程中,培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、求實(shí)創(chuàng)新、持之以恒的科學(xué)精神,以及在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì),了解科學(xué)、技術(shù)與環(huán)境、社會(huì)關(guān)系的基礎(chǔ)上培養(yǎng)家國情懷并推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)責(zé)任與態(tài)度.

例如“牛頓第一定律”的探究可以將物理學(xué)史與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,讓學(xué)生從角色扮演中切身經(jīng)歷理論發(fā)展的過程.在“人推動(dòng)小車,風(fēng)吹動(dòng)枝葉”這些日常現(xiàn)象中,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷與亞里士多德類似的憑借直覺與思維的探究過程,充分暴露部分學(xué)生的前概念“力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因”,緊接著引導(dǎo)學(xué)生針對此理論進(jìn)行思辨,在討論中突出此理論遇到的困難,提出新的假說“阻力對物體運(yùn)動(dòng)有影響”,從而進(jìn)行與伽利略類似的觀察-假說-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證-推理的科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程.學(xué)生重新體驗(yàn)科學(xué)家研究問題的思維和方法,使得科學(xué)方法和科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度的學(xué)習(xí)不再是借助歷史故事的空洞講授,而是鮮活的經(jīng)歷內(nèi)化過程.物理學(xué)在建立知識(shí)體系的過程中,除了凝練出大量的科學(xué)方法和科學(xué)思想,更升華出豐富的文化內(nèi)涵,是科學(xué)與人文的和諧統(tǒng)一.又如在“凸透鏡成像規(guī)律”的探究中,通過“天宮課堂”的水球?qū)嶒?yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,潤物細(xì)無聲地弘揚(yáng)民族精神,增強(qiáng)學(xué)生的“四個(gè)自信”;在“電磁波”的學(xué)習(xí)中,引領(lǐng)學(xué)生在麥克斯韋統(tǒng)一電與磁的電磁場理論中領(lǐng)略物理的統(tǒng)一之美;在“光的反射”“力的作用是相互的”的學(xué)習(xí)中,意識(shí)到物理是從紛繁表象中領(lǐng)略簡潔對稱之美,尋求本質(zhì)的科學(xué)特征.