实验探究下的物理核心素养的培养

蒋定春（浙江省台州玉环楚门中学，浙江 台州）

作为物理学科的核心素养之一的“实验探究”是指：提出物理问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据得出结论并做出解释，以及对实验探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。本文以教学“探究弹性势能的表达式”为例对如何培养学生的实验探究能力进行研讨，其重点在于如何引导学生通过实验寻找影响弹性势能的因素，并通过实验来证明自己猜想的正确性，同时能向同学交流自己的观点和看法，从而实现对学生物理基本核心素养培养的目标。

一、提出问题

“探究弹性势能的表达式”这节课的内容是建立在功能关系及重力势能的基础上的，所以，在这节课的教学时，我们先组织学生对“重力势能”的相关知识进行了回忆，并提出了下面几个我们这节要解决的问题：

（1）什么是弹性势能？

（2）弹性势能和重力势能之间有什么关系？

（3）影响弹性势能的因素有哪些？

（4）思考：你能用生活中的例子及实验来证明你的观点吗？

……

组织学生先结合上述的问题对教材内容进行学习，并借助多媒体向学生展示一些生活中与弹性势能有关的现象，比如：张弓射箭、打弹弓、撑杆跳远、蹦极等。之后，提出问题：那么，我们该如何计算弹性势能呢？弹性势能的表达式是怎样的呢？这样的过程不仅能够顺利地导入新课，也能提高学生的课堂参与度，对实验探究活动的开展有着重要的促进作用。

二、猜想假设

问题提出后，我们要鼓励学生大胆进行假设，这是培养学生科学素养的基础，也是学生创新能力形成的前提。所以，为了能够让学生做出更为“靠谱”的假设，我先借助多媒体向学生展示了这样一个情境，即：一个弹簧自然伸长，一个小车在光滑的水平面上从弹簧的左侧向弹簧运动，当它遇到弹簧后减速。思考：这一情境下会有怎样的现象产生？引导学生与小组成员之间进行讨论，比如：有学生说小车的速度减慢，因为弹簧给了小车一个相反的作用力。还有学生说小车的速度减慢，是因为小车的动能减少，另外一种能量势必会增加。

……

组织学生说一说自己的认识和观点，最后，引导学生思考：结合重力势能的定义，这另外一种能量应该是什么呢？这种能量与什么有关系呢？一步步引导学生做出“弹簧弹力做功”对弹性势能是有影响的这一假设。那么，弹性势能的大小还与其他什么因素有关系呢？再次引导学生进行假设，并大胆提出自己的猜想。可见，这样的猜想假设过程不仅能够锻炼学生的物理探究能力，也能为下一步实验验证的开展做好前提工作。

三、实验验证

对于学生做出的假设，我们该如何进行实验验证呢？引导学生从教材出发，借助“橡皮筋若干、带弹簧的圆珠笔、不同劲度系数的弹簧、小车、木板、刻度尺”等相关的实验器材进行自主实验，以此来验证自己的假设是否正确？比如：研究弹性势能Ep的大小与弹簧伸长量l有关时。可以让同学们进行了如下几种实验验证。

实验一：选择不同进度系数的弹簧、小车、模板、刻度尺进行实验。

实验二：选择相同进度系数的弹簧、小车、模板、刻度尺进行实验。

引导学生对这两个实验设计先进行分析，根据小车被弹簧弹出的距离来分析弹性势能的大小，进一步来确定两实验是否能够达到预期的实验效果，并说出理由。同时，向学生渗透“控制变量法”的相关知识，让学生明确真正明白实验一和实验二之间的不同，也确保后续的其他实验顺利进行。

之后再引导学生思考重力势能与重力做功之间的功能关系，应用类比的方法让学生明白弹力做功是弹性势能变化的量度，最后再组织学生用类比求匀变速运动的位移方法（应用图象面积法）求出重力势能的表达式，由于后面有教学不涉及实验探究，我不进行详述。

在实验验证时，教师要给学生搭建自主实验、自主验证的平台，以确保学生在主动求知中形成基本的物理素养。

四、总结反思

总结反思是学生进行实验探究活动的最后一步，但也是不可缺少的一部分。

教师的总结反思：从整个教学过程来看，学生都能积极地参与到每个环节之中，尤其是实验探究环节，学生积极地进行了实验设计，并能进行原理分析。虽然一些学生的设计存在改进之处，但也值得肯定。

学生的总结反思：在问题提出环节是否对教师提出的问题进行了积极解决；在大胆猜想环节是否提出了自己的观点和想法；是否有自己的方法验来验证我们的猜想；在实验探究时自己是否积极参等。

不论是教师总结反思还是学生总结反思，目的就是要在总结与反思中发现问题，明确自己的改进方向，这样才能确保课程教学目标的顺利实现，才能在这个过程中帮助学生形成基本的物理素养。

作为一名高中物理教师，我们要认真学习物理核心素养的内容，要通过组织恰当的教学活动来为学生的发展以及自主学习、实验探究搭建平台，鼓励学生在积极主动的求知中形成基本的物理素养，同时也为学生科学素养的培养打下一定的基础。