设计创新实验 培养核心素养

谷春生

摘 要：基于创新实验资源开发的探究式教学是物理科学探究教学的重要组成部分，也是全面提高学生核心素养的重要途径。这就迫切要求中学教师要善于吸收教育科学及所教学科的最新成果，设计创新实验，实施科学探究教育，以更好地培养学生的核心素养。

关键词：创新实验；探究教学；核心素养

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）10-0062-2

基于创新实验资源开发的探究式教学是物理科学探究教学的重要组成部分，也是落实课程目标，全面提高学生核心素养的重要途径。物理实验的开发和利用有利于提高物理教育质量和全面实现物理课程目标。这就迫切要求中学教师要善于吸收教育科学及所教学科的最新成果，拓宽自己的知识面，挖掘出教材所蕴涵的探究性因素，精心设计相应的探究性课题，创新实验资源，把学生置于开放、多元的学习环境中，确立起学生在学习中的主体地位，增进独立思考能力，启迪创新思维，以更好地培养学生的科学探究能力，使其逐步形成科学态度与科学精神，培养学生的核心素养。下面把笔者设计创新实验、实施探究教学实践研究的几个案例介绍给大家，以求能抛砖引玉。

案例1 设计“蜡块量筒魔术”引入新课

取一根粗大的红色蜡烛，用美工刀削成圆柱状，刚好能放入大量筒中。取一个粗橡皮塞也用美工刀加工成如图1所示的形状，使其刚好能把大量筒口部塞紧。然后，在自来水龙头处把大量筒注满水，轻轻放入蜡块，并用橡皮塞将其压入水中，慢慢塞入橡皮塞，注意尽量不要留有气泡。

操作：首先把整个装置倒置，指导学生观察“蜡块冉冉上浮”，然后把装置放平，使其处于水平状态，慢慢调整让蜡块处于大量筒的中间位置处，最后保持大量筒水平，两手握住量筒一端，沿水平方向把蜡块向外甩，让学生猜想：蜡块向大量筒的哪一端移动，向筒底还是筒顶？学生猜想：向外甩蜡块当然向筒底运动，如图1所示。但结果恰恰相反，顿时产生强烈的认知冲突，这到底是为什么呢？学完本节匀速圆周运动的实例分析——离心运动，我们就来揭秘这个小魔术，一下子吊足了学生的胃口，激发起他们强烈的学习愿望。

学完离心运动后，揭示小魔术的奥秘。为了效果更加震撼，笔者花费好大的气力从外面借来了一台离心机，精心配制碳酸钙水溶液，兑入三个洁净的试管中，然后取两试管放入离心机，开动离心机数分钟，取出试管并与刚才的对比试管液体对比，向学生演示，一目了然，如图2所示。

先向学生讲明白离心机的原理：混合液在离心机内高速转动时，因为它们的密度不同，密度大的物体不能获得相应大的向心力，因而做离心运动，从而把它们分离。这里大量筒在水平方向往外甩时，为什么要在水平方向往外甩呢？这样可以防止浮力对实验的影响。当两手握住量筒一端，沿水平方向把蜡块向外甩时，其俯视图如图2所示。在大量筒内假想几乎相同位置处存在一个与蜡块相同体积的圆柱体的水块，当快速旋转时，水块和蜡块中密度大的水块不能获得相应大的向心力，因而做离心运动被甩向量筒的底部，结果如图2所示，而密度较小的蜡块趁势导向大量筒的顶部，所以学生观察到蜡块向量筒顶部运动的反常情景。

案例2 自制“搅拌茶叶水”分组探究小实验

在学生学习了离心运动知识后，设计分组自主探究实验。取一个大烧杯，里面倒入自来水，撒入一些茶叶，每组下发一个玻璃搅拌器，让学生完成在水中央处搅拌，猜想茶叶是向中央运动，还是向四周运动？大家众说纷纭，莫衷一是。

学生分组自主探究，汇报结果：观察到茶叶不是向外甩，而是向中央玻璃棒处移动，这是为什么呢？

解释原理：类比离心机原理，混合液高速转动时，密度大的物体不能获得相应大的向心力，因而做离心运动，从而把它们分离。这里假想在几乎相同位置处的上面存在一个与茶叶相同体积的水块，当快速旋转时，水块和茶叶块中密度大的水块不能获得相应大的向心力，因而做离心运动向外甩，而密度较小的茶叶块趁势导向中央区域，所以学生观察到茶叶向中央运动的反常情景。

案例3 自制“质量与惯性的关系”探究小实验

在讲必修1第三章《牛顿第一定律》中的质量与惯性的关系时，自制了如下探究小实驗：取两个完全相同的黄色乒乓球，其中一个用细钢针扎一个小孔，再用小注射器注入与乒乓球颜色一模一样的黄色颜料水，完全注满确保不留气泡，先用剪成的小圆形双面胶粘紧并密封小孔，再用透明胶带粘住棉线的下端，把它粘在密封的小孔处，从而把密封小孔遮挡起来，为了防止乒乓球滑落，再用长透明胶带粘成“十”字形从而把该乒乓球兜起来以防止其下落。另一个乒乓球不用刺破直接按上述方法粘好相同的棉线即可，这样从外部看两乒乓球一模一样。

把外表上一模一样的两个乒乓球等高地悬挂在铁架台的水平横杆上，然后把整个装置立于讲台上，按图示的左侧面正对学生，然后请出一个“大气王”学生远离两乒乓球30厘米处先后各用憋足的一口气猛吹向左球、右球。奇怪的现象产生了，一球岿然不动，而另一球却被吹得老高，这是怎么回事呢？激发起学生强烈的探究欲望，让他们充分商量交流猜想。然后，老师从铁架台的横梁上取下细线，小心翼翼地保持两球竖直方向并同时把它们放入事先已调节平衡的托盘天平的两托盘上，神奇的结果出现了，哎怎么回事？两个貌似一模一样的乒乓球却使托盘天平两托盘一高一低，原来它们的质量不一样。实验发现：那个岿然不动的乒乓球质量较大，被吹得老高的乒乓球质量较小。然后老师话锋一转，事实上物理学家早在几百年前对此进行了深入的研究，发现质量大的物体惯性较大，质量小的物体惯性较小，质量的大小量度了惯性的大小，还发现质量是惯性的唯一量度。这样的实验探究一波三折，使学生产生强烈兴趣，令学生终身难忘，潜移默化间提升了学生的素养。

总之，设计创新实验，实施探究教学在全面提升学生核心素养方面具有广阔的研究前景，所以教师在教学过程中要深挖教材中的探究性因素，开发创新实验资源，精心设计或启发学生设计新的探究方案，尽最大可能给学生提供必要的科学探究机会，以更好地激发学生探究科学的热情，增强他们的创新意识。

（栏目编辑 王柏庐）endprint