中学物理“探 做 析”实验教学初探——以“探究恒力做功与动能变化的关系”为例①

(陕西省安康市教学研究室，陕西 安康 725000)

科学探究对于培养学生学科核心素养意义重大，然而在陕南多所高中调研发现：作为科学探究的实践载体——实验教学一直是中学物理教学的薄弱环节，存在课时安排不足、教学组织单一、探究能力偏差、弱化倾向普遍等问题，没有体现实验教学在提高学生核心素养方面的价值。如何有效发挥实验教学的作用，提升实验教学效益？从2016年10月起，我们开始了中学物理“探 做 析”实验教学课题研究，通过融入科学探究思想，重构教学组织环节，推动中学物理实验教学改革。

1 科学探究的能力表现及内涵

科学探究包括问题、证据、解释、交流等要素，其内涵为：(1) 科学探究是获取科学知识的主要途径，是通过多种方法寻找证据，运用创造性思维和逻辑推理解决问题，并通过评价与交流等方式形成共识的过程。(2) 科学探究需要围绕焦点问题设计研究方案，通过收集和分析信息获取证据，经过推理得出结论，并通过有效的表达与他人交流探究结果和观点。(3) 通过科学探究形成的科学知识在一定阶段是正确的，但是随着新证据的增加，会不断完善，甚至会发展变化。(4) 科学探究不仅是一种综合能力，而且是学习物理的主要方式，在科学探究中，发展学习能力、思维能力、实践能力和创新能力，以及运用科学语言与他人交流和沟通的能力。

2 中学物理“探 做 析”实验教学理论探讨

2.1 中学物理实验教学的意义

中学物理实验教学具有明确的目的性、系统的探究性、科学的育人性，成为科学探究教学中最直接、最有效的形式。物理实验对于建立物理观念、内化概念规律、培养探究能力、认识科学本质具有重要的作用，同时物理实验也是发展科学思维、培养科学态度(好奇心与求知欲、实事求是、追求创新、合作分享)的关键途径。

2.2 中学物理“探 做 析”实验教学框架

我们课题组选择从优化实验教学组织方式入手，提出实验教学的主要流程为“探 做 析”三环节，其教学框架如图1所示。

图1

第一环节“探”：探究方案，评估优选。是指在教师的引导下，学生小组(个体)遵循安全性、精确性、可行性原则，对某一个物理实验进行猜想和假设，进而提出操作方案，各小组的方案在组间评价过程中进一步完善。具体探究评估顺序可为探原理、探器材(装置)、探步骤、探证据记录方式等，基本流程如图2。本环节的核心素养培育目标为：深刻理解物理原理，正确建构物理模型，严密论证设计方案，勇于质疑创新。

第二环节“做”：操作获证，体验感受。学生按照优选的实验方案分工协作，动手操作，基本流程如图3。本环节核心素养培育目标为：培养动手操作意识，掌握基本操作规范，养成良好操作习惯，培育合作学习精神。

第三环节“析”：分析归纳，反思提高。完成实验操作之后，引导学生分析实验证据，总结实验结论；反思实验过程，评价实验成效；检测实验成效，放大实验效果。其流程如图4，本环节核心素养培育目标为：培养学生的问题意识，学生有解决问题的愿望；培养学生的证据意识，运用理性思维推理论证，质疑创新；培养学生的合作分享意识，通过讨论交流，解决问题。

图4

2.3 中学物理“探 做 析”实验教学原则

2.3.1 问题诱导原则

学生对于物理实验兴趣保持时间较短，对于实验方案的初期构想往往也过于发散，缺乏方向性，提出的实验方案通常带有很强的理想化色彩，与实际操作诸如实验环境、实验器材、实验操作的可行性等有较大距离。因此，教师需要通过情境创设、问题诱导等教学活动，引导其向着理性化方向发展，同时要营造民主、平等的氛围，促进学生充分发挥想象。

2.3.2 适度参与原则

在学生提出方案构想、制定实施方案、分组操作实践的过程中，教师要参与到小组的具体活动当中，体会学生思维“短板”、观察小组活动开展情况、指导问题解决、协调成员角色互换，充当好参与者和观察者角色，要“到位”而不能“越位”，可提出建议，但不可过多干预甚至替代学生制定方案或动手操作，切忌越俎代庖。

2.3.3 层次递进原则

《普通高中物理课程标准》(2017年版)将学业质量水平划分为五个等级，在制定“探 做 析”实验教学目标时，要对照“科学探究”质量水平描述，进行递进设计，对于初次接触实验的中学生要进行适当培训，从水平2起步，逐步提升。

3 中学物理“探 做 析”实验教学设计案例

课题组历时近两年，完成了高中物理力学实验“探 做 析”三环节两轮次教学实践探索，总结出了相对成熟的“探 做 析”实验学案设计模式与教学组织流程，现以“探究恒力做功与动能变化的关系”为例，展示实验教学实践。

3.1 学情分析

本节课之前学生已经学习了功、功率、动能等概念，能够理解并计算合力做功、物体动能，并有运动学规律、牛顿运动定律、曲线运动等知识铺垫，知道合力做功与动能变化之间存在着联系。

3.2 教学过程

“探究恒力做功与动能变化的关系”的教学过程如表1所示。

3.3 方案展示

在“探 做 析”三环节实验教学实施过程中，实验方案设计、评估优选环节可谓百花齐放，学生思维活跃、争先恐后，学习小组选择方案并优化完善，展示交流精彩纷呈，评估优选据理力争，现摘选主要实验方案展示如下。

(1) 重物(或小球)做自由落体运动

图5

(2)重物拖动小车(或滑块)在水平面上做匀加速直线运动

图6

图7

有小组通过改变实验器材，利用力传感器、两个光电门传感器，同样可探究WAB与ΔEk的关系(如图7)。

4 结语

中学物理“探 做 析”实验教学旨在以实验教学为载体，让学生经历提出科学问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释等，完整体验科学探究过程，发挥科学探究对于学生物理观念的形成、科学思维的培养功能，进而使学生形成对科学、技术、社会、环境应有的正确态度和社会责任感。

“探 做 析”实验教学三环节，与科学探究主要内容“问题、证据、解释、交流”存在着紧密的内在联系(如图8)，科学探究的具体内容在“探做 析”实验教学各个环节中均有渗透，通过引导学生开展自主合作探究，培养学生学科核心素养，取得良好效果，教师的教育教学理念和教学组织方式发生了很大转变，学生探究实验的兴趣明显增强，教学质量也同步提高。

图8

当然，欲使“探 做 析”实验教学扎实推进、切实有效，还需把握好选择性、渐进性，在持续推进中深入研究，真正体现“教师主导、学生主体”，把科学探究的思想方法渗透到教学活动中去，最终达到预期的教学效果。