在活动中做真探究

张心悦 康建波 张丽萍

摘 要：科学探究是物理学的本质特征之一，让学生在亲历探究中自主完成知识建构、掌握研究方法是物理教学的核心诉求。基于物理学科核心素养中科学探究的理念，以“闭合电路欧姆定律”为素材，通过创设真情境、激发真问题、践行真实验、归纳真结论等环节设计了以活动为抓手、在活动中做真探究的教学案例。

关键词：活动；科学探究；核心素养；闭合电路欧姆定律；教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2019）2-0013-3

当前物理教学中普遍呈现“重形式、轻实质”的假探究现象，形式化的过程与固定化的内容 [1]使得探究徒有形式而缺少真实的设计思想、探究思路。科学探究是学科核心素养的关键要素，在活动的基础上展开探究，真做探究，做真探究，使科学探究成为常态化、科学化的学习手段。

科学探究一般涵盖：提出问题、猜想假设、设计实验、收集数据、分析论证、得出结论、交流评估七个要素。本文的科学探究乃是基于素材、学情和诉求对上述七要素的采集与组合。案例以“闭合电路欧姆定律”[2]为素材，以活动为抓手，通过营造真实情境、发现真实问题、开展真实实验、得出真实规律等过程，使探究落地课堂。

1 创设真情境

学生想要自主获取物理知识，需以一定的感性认识为基础，这种感性认识可以来源于实际生活体验，也可以是物理实验提供的事实[3]。思路见图1。

1.1 巧用土豆激真趣

（1）设计理念

首先明晰闭合电路概念，而引入闭合电路需对电源进行介绍，借助水果电池原理来激发学生的探究欲望。（选择土豆电池，营造真实的教学氛围，为学生的主动探究创造条件。）

（2）设计方案

演示封闭盒子伸出两根金属片与液晶屏用导线相连构成回路，观察液晶屏状态改变，猜盒中是什么。（活跃思维，演示调动学生的积极性，直观感知操作，加深学生对电源作用的理解。）

取出盒中物体，竟然是土豆。（物理课堂生活化，生活素材引发学生的认同感，激发好奇心和探究欲。）

由土豆电池引出电池这个上位概念，分析电池构造，以此为模型讲解闭合电路及内、外电路概念。（借助形象载体传授概念性知识，促进物理观念的建构，培养物理学科核心素养。）

1.2 解剖电池查究竟

（1）设计理念

课堂解剖干电池，直观感知其构造，体现出课堂探究“真”之所在，明确电池两极间的电压与三部分材质相关。

（2）设计方案

讨论干电池标注1.5 V代表什么？实际剥开干电池，展示电池构造。类比土豆电池，土豆汁液充当电解液，两个金属片分别充当正负极。三部分的材质不同，电池两极间的电压则会产生差异。（利用干电池进行演示，学生可以直观、准确地了解电池构造。）

2 激发真问题

猜想是依据已有知识对新内容形成的预判，而冲突化猜想则是在教师专门设计的特殊情境中形成的，意在暴露学生的前认知，激发认知冲突，从而发现问题。思路见图2。

2.1 组内测量引猜想

（1）设计理念

大力倡导合作探究式学习，课堂中给学生提供交流的机会，依据测量结果与原有认知进行猜想，预设矛盾点。

（2）設计方案

每组甲、乙两个盒子内有不同电池，测盒子电压大小。（学生亲自操作，增强学生的实验操作技能，自主实验得出结果，有助于推进探究活动的开展。）

实验显示乙盒电压高于甲盒电压。在此基础上分别与额定电压为1.5 V的灯泡串联，学生猜想哪个灯泡更亮。（制造矛盾点，以打破前概念的手段为实现知识顺应、重建知识结构奠定基础。）

2.2 实验验证起冲突

（1）设计理念

学生实验后有所发现，萌发科学问题，进行科学探究，在实验探究中渗透学科核心素养。

（2）设计方案

连接电路，观察两组灯泡的亮度，请代表向大家分享小组实验结果。（基于矛盾点设计实验，使教学符合学习心理，便于提出科学探究问题。）

出现认知冲突，教师引导，提出问题：排除外电路故障，这是否反映闭合电路内部的某一规律？（科学探究中教师起到辅助与引导作用，基于现象提出科学问题，进一步推动科学探究的形成，促进物理学科核心素养的提升。）

3 践行真实验

物理规律的建立包含着极富个性的创造性思维，科学探究过程也不应缺失学生创造性的设计与创新性的实践。思路见图3。

3.1 分组合作设方案[4]

（1）设计理念

学习科学探究的一般过程和具体方法，培养学生制定探究计划的能力。

（2）设计方案

引导学生设计可测量内电路的电池，力争使每组都能形成科学合理的设计思路。（教师引导将科学探究活动细化为连续的小任务逐一破解，指导全体学生设计出可行方案，让学生体验成就感。）

小组代表介绍设计思路，师生合作落实，亲自动手制作果汁电池。（小组交流相互启发，增强交流与合作的意愿与能力。）

3.2 果汁实验见创新

（1）设计理念

创新并简化实验器材，学生亲历实验，突出科学探究中的实验探究，培养实验技能。

（2）设计方案

在小组设计的基础上总结并提示：果汁充当电解液，金属片具有探针作用，用来探测内电路，当电压传感器连接在探针两端时，示数即为内电压。掌握测量内电压的方法后，学生自主探究内、外电压之间的规律[5]。（发挥教师积极引导、科学指导、优化过程和系统控制的作用，保证学生成为探究主体。）

4 归纳真结论

动手操作将设计变为实践，分析归纳并揭示规律；其次，学习知识的目的在于运用，即用所学知识来说明现象，分析和解决问题。思路见图4。

4.1 亲历操作归结论

（1）设计理念

学生掌握了该阶段的探究方法，经由具体实验操作来获取证据、对数据进行分析论证，最终归纳出探究结论。

（2）设计方案

分别测量出闭合电路中的内、外电压，以改变外接电阻值的方式多次测量，处理数据归纳内、外电压之间的规律。（挖掘规律本质，学生体验探究过程，获得探究成就感。）

明确电源电动势的定义及特点。引领学生由欧姆定律进行推导，得出闭合电路欧姆定律的数学表达式及具体内容。（通过对数据的分析，感性认识演变为理性概念和规律，完成认识上的第一次飞跃，形成科学探究习惯，提升学生的物理学科核心素养。）

测量中若出现电压传感器示数为负值的现象，将两表笔互换再进行测量。利用电压传感器研究电动势与电势降落的关系，得出结论：在过程中电势两次降落之和与两次跃升之和相等，就等于电源电动势，再次验证结论。明晰电池内部能量转化的关系。

4.2 灵活运用解疑难

（1）设计理念

矛盾点回顾，促进学生理解定律内容，体会科学探究的严谨性，促进良好探究习惯的养成，助力核心素养的培养。

（2）设计方案

打开甲、乙两盒，说明矛盾原因。（明晰规律本质，学生思考并解释，锻炼学生准确表述和反思探究过程与结果的能力。）

课外探究：搜集废旧电池回收利用情况的相关资料，在组间进行成果的展示、交流。

参考文献：

[1]方红霞.高中物理科学探究教学的现状及其对策[J].教学与管理，2015（11）：72-74.

[2]人民教育出版社课程教材研究所，物理课程教材研究开发中心.普通高中课程标准实验教科书物理 选修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010：60-62.

[3]闫金铎，郭玉英.中学物理教学概论（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2009：33-53.

[4]李莉.实现生态化物理教学 显化科学思维方法[J].物理教学探讨，2017，35（4）：64-68.

[5]賴佳颖.“电源电动势和内阻、闭合电路欧姆定律”的教学优化[J]. 物理教学，2015（6）：17-20.

（栏目编辑 赵保钢）