“三動課堂”讓實驗探究在物理課堂真實發(fā)生

實驗探究是物理教學中的重要環(huán)節(jié)。“問題驅動、思維靈動、評價互動”的“三動課堂”，能讓實驗探究在物理課堂教學中真實發(fā)生。教師應設計有驅動性的問題，引導學生構建真實問題情境；發(fā)散學生的思維，展現(xiàn)學生在課堂學習中的主體地位，讓學生經歷真實的科學探究；通過互動性評價激發(fā)學生課堂學習積極性，呈現(xiàn)高效和諧的課堂，讓學生認識真實的科學本質。下文，以人教版物理必修一3.2《摩擦力》的教學片段為例，探討“三動課堂”教學模式如何讓實驗探究在物理課堂真實發(fā)生。

一、問題驅動，發(fā)揮教師的引導作用，構建真實問題情境

物理規(guī)律的探究需要創(chuàng)設問題情境，教師在課堂中設計好驅動性問題，引導學生根據(jù)真實問題情境，思考本質原因，提出猜想和可能的情況，運用已有知識制定探究計劃，選擇合適的實驗器材進行實驗。以探究影響滑動摩擦力大小的因素環(huán)節(jié)為例。

案例1：教師提出問題聚焦課堂主要教學內容，學生基于真實問題情境提出猜想

師：根據(jù)前面情境實驗體驗，請同學們猜想，滑動摩擦力的大小跟哪些因素有關？

生：①接觸面粗糙程度、材料；②接觸面間的壓力；③接觸面的面積；④相對運動的速度。

師：要研究的影響因素較多，該采用什么方法？

生：控制變量法。

師：正確。如何測量滑動摩擦力？

教師展示，用彈簧測力計拉動小木塊在長木板上面做勻速直線運動，如圖1所示。

生：根據(jù)初中所學知識，小木塊勻速運動時，彈簧測力計的讀數(shù)就等于小木塊受到的滑動摩擦力大小。

生：根據(jù)初中所學知識，小木塊勻速運動時，彈簧測力計的讀數(shù)就等于小木塊受到的滑動摩擦力大小。

師：為什么彈簧測力計的讀數(shù)等于滑動摩擦力？

生：小木塊勻速運動，二力平衡，彈簧測力計的拉力大小等于滑動摩擦力大小。

師：非常棒！

教師創(chuàng)設真實問題情境，有效引導學生回憶初中所學知識，為下一環(huán)節(jié)做好鋪墊工作。

案例2：學生親自動手操作實驗，發(fā)現(xiàn)真實存在的問題

師：同學們，請用桌面上的實驗器材——彈簧測力計、小木塊、長木板設計實驗方案，讀出滑動摩擦力的大小。

學生分小組動手進行實驗操作，教師巡視各個小組，詢問了解學生的實際操作情況，以及遇到的困難。

師：大家在動手實驗中，發(fā)現(xiàn)了什么問題？

生：彈簧測力計的示數(shù)不穩(wěn)定，不好讀數(shù)。

師：是什么原因造成的？

生：用彈簧測力計拉著小木塊運動，很難保證小木塊做勻速直線運動。彈簧秤不停地抖動，所以不好讀數(shù)。

師：太棒了，同學們通過動手實驗發(fā)現(xiàn)了問題的關鍵所在，并且找到了問題背后真正的原因。那接下來，我們要想準確的讀出彈簧測力計的示數(shù)，該如何改進我們的實驗方案呢？請小組內同學交流討論。

教師通過問題引導，學生真正動手操作實驗，學生自己發(fā)現(xiàn)真實存在的問題，后續(xù)才會有改進實驗方案的思維進階。學生若沒有真正動手操作這一實驗，在頭腦中就會存儲錯誤的認識，誤以為“拉著小木塊做勻速直線運動”是一件很容易的事情。

二、思維靈動，凸顯學生的主體地位，經歷真實科學探究

學生是課堂學習的主體，充分尊重學生的主體地位，把獲取知識的主動權還給學生，讓學生動手實驗，像科學家一樣經歷真實的科學探究，培養(yǎng)靈動思維品質。

案例3：小組合作討論，改進實驗方案

生：保持彈簧秤不動，用手拖動下面的長木板，小木塊受到的仍然是滑動摩擦力。因為小木塊保持靜止不動，所以根據(jù)二力平衡可知，此時彈簧測力計的示數(shù)即為滑動摩擦力的大小。如圖2所示。

案例4：動手實驗檢驗，再次發(fā)現(xiàn)問題

改進后的措施是：一位學生用手捏住彈簧測力計，另一位學生用手拉動長木板運動，這種情況下彈簧秤也會晃動，這個現(xiàn)象對彈簧秤的讀數(shù)依然存在影響。

師：怎么解決這個問題呢？

生：把彈簧測力計用夾子固定住。

師：固定在哪里呢？

生：固定在鐵架臺上。

師：今天沒有提供鐵架臺，只提供了一個豎直的支架。

生：哦，想到了，把彈簧測力計懸掛在支架上，然后通過定滑輪改變繩子拉力的方向。

師：太棒了！

教師展示學生改進后的示意圖，如圖3所示。

學生自己真正動手進行了實驗操作，就會遇到以上真實的問題情境，自主探索解決問題的辦法，設計出最合理的實驗方案。在這一過程中，學生的科學思維逐步得到培養(yǎng)，思維品質得以提升，靈動的思維在課堂悄然發(fā)生。

三、評價互動，體現(xiàn)課堂的高效和諧，認識真實科學本質

高中物理學習評價是以學生發(fā)展為本，基于物理學科核心素養(yǎng)的評價，評價的主要目的是促進學生的學習和改進教師的教學。課堂教學中常用的評價方式包含課堂問答、自我評價以及同伴評價等方式。

案例5： 分組實驗采集數(shù)據(jù)，描點展示探究成果

學生分組開展實驗，根據(jù)改進后的實驗方案，安裝好實驗器材，通過控制變量法進行實驗操作，獲得四組不同實驗條件下的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)點描繪在坐標圖中（圖略）。

實驗①：保持接觸材料為小滑塊鋼面與長木板光滑面不變，研究滑塊受到的滑動摩擦力與壓力大小之間的關系。

實驗②：保持接觸材料為小滑塊鋼面與長木板粗糙面不變，研究滑塊受到的滑動摩擦力與壓力大小之間的關系。

實驗③：保持接觸材料為小滑塊砂面與長木板光滑面不變，研究滑塊受到的滑動摩擦力與壓力大小之間的關系。

實驗④：保持接觸材料為小滑塊砂面與長木板粗糙面不變，研究滑塊受到的滑動摩擦力與壓力大小之間的關系。

案例6：綜合分析，大膽猜想實驗規(guī)律

各實驗小組獲取實驗數(shù)據(jù)，描繪出的點跡各不相同。通過多媒體平臺展示各小組的圖像，學生觀看圖像，尋找特點和規(guī)律。

師：四個小組實驗的數(shù)據(jù)點呈現(xiàn)什么規(guī)律？大家猜測一下。

生：好像是在一條直線上。

師：請同學們用筆畫線，完整地呈現(xiàn)其圖像。

案例7：互動評價，總結規(guī)律得出結論

各小組學生將數(shù)據(jù)點連成直線后，再次在多媒體平臺上展示圖像。這次教師還未提問，學生就異口同聲“哇”地喊出來。

師：大家看到了什么？

生：描繪的點基本都落在直線上，圖像真的是一條直線。

師：但是也有點沒有落在直線上，原因是什么？

第一小組學生：我猜測應該是我們小組在實驗時存在誤差。

第二小組學生：老師，我們小組也有些點偏離直線較遠，這個也可能是因為實驗存在誤差。

師：非常棒！實驗中不可避免會存在誤差，所以，我們通過畫一條直線，讓盡可能多的點落在直線上，不在直線上的點盡量靠近直線并分布在直線兩側，這樣就可以減小誤差了。

師：四個小組畫出來圖像基本上都是一條過原點的直線。那么這條過原點的直線說明了什么規(guī)律呢？

第三小組學生：說明滑動摩擦力隨著壓力的增大而增大，壓力相同的情況下，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。

師：非常棒！第三小組的同學不僅指出了滑動摩擦力隨著壓力的增大而增大的規(guī)律，而且還發(fā)現(xiàn)了“壓力相同的情況下，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大”的特點。

師：同學們再看，四個小組的圖像直線的斜率各不一樣，而直角坐標系的標度是一樣的。可能的原因是什么？

第四小組學生：第一小組的直線斜率最小，我們組的直線斜率最大。我們猜測應該是與滑塊和木板的接觸面材料不同有關，接觸面材料越光滑，直線的斜率越小。

師：太棒了，完全正確！在壓力相同的情況下，接觸面越粗糙，滑動摩擦力就會越大。

師：事實上，科學家經過大量的實驗研究發(fā)現(xiàn)，接觸面材料保持不變時，滑動摩擦力f的大小與壓力FN的大小成正比。今天的實驗次數(shù)不算太多，但是，同學們經歷了完整的科學探究過程，重現(xiàn)了科學家前輩走過的研究歷程，收獲了科學的思想和方法。

本節(jié)課師生的問答、學生的自我評價，以及小組間的互相評價，將實驗誤差分析得清楚透徹，水到渠成得出實驗規(guī)律。更重要的是，學生像科學家一樣，真實地經歷了實驗探究過程，自主發(fā)現(xiàn)了客觀存在的規(guī)律，這種學習中的成就感與獲得感對學生的影響會更大。

注：本文系深圳市南山區(qū)教育科技項目2023年度一般資助項目“學生自主創(chuàng)新實驗培養(yǎng)物理關鍵能力的實踐研究”（編號：nsjy202303039）研究成果之一。