基于学科核心素养的初中物理实验复习课教学

林君祥

(浙江省嵊州市教研室,浙江 嵊州 312400)

在当前的考试制度下,迫于有限的教学时间,繁重的升学压力,我们的课堂教学一直在传统与创新之间纠结．从本地区近阶段的实验复习课教学活动调研情况来看,虽说有少部分教师能立足于真实的生活情境,引导学生自主建构知识,形成严谨的科学思维,但也感受到了愈加浓烈的应试味道,多数复习课仍以“考试条目”为基准,适当拓展教材内容的形式呈现,课堂设计大多是由“教师罗列考点-投影呈现考题-学生解题析题-知识迁移拓展”4步组成,即学生对知识掌握的熟练程度和解题水平的提升仍被认定为是复习课的主要目的．

实验是物理教学中的重要内容,也是激活学生思维的重要方法．教师对实验内容的复习教学应打破教材中的演示实验、学生实验的局限,要创设新的实验情境,或能适当整合、优化教材实验,让学生以实验为载体,以问题为线索,实现思维与实验相融合,为学生的探究、发现和创新提供开放的时间与空间．处于教学一线的教师更应将课堂教学的重心由“三维目标”的落实逐渐转向学生的“核心素养”的形成和发展,根据学科特点,以学科本质立意,结合具体的教学案例进行合理的教学设计,从“科学知识、科学探究、科学思维和科学态度”4个维度来强化学生的核心素养．

1 创设实验情境,建构科学知识

实验的教育功能之一是有助于学生形成科学概念．随着学习过程的不断深入,学生对概念的理解会逐步加深,最终会形成一个相对完整的概念,因此教学中情境的创设也应多角度、多样化,把我们的教学目标从知识的获取转到能力的提升上来,进而促进学生核心素养的形成．

案例1.教科书中,压强计是用来探究液体内部压强特点的实验装置,整个实验过程运用控制变量的方法来完成,最后还要对多组数据进行分析,才能得出结论．复习课时我们不妨创设如图1、2所示的实验情境来进一步建构液体压强特点,使得实验现象更为直观,操作上也更为简单．

情境1:如图1的实验现象,可得出的结论是什么?

情境2:如图2的实验现象,可得出的结论又是什么?

图1

情境3:为使图2中橡皮膜既不向左凸,也不向右凸,可采用的方法有哪些?并对这些方法进行验证和解释．

建构主义的学习观认为,学习不是被动地接受知识,而是对知识的自主建构．学生在学习知识之前,都有自己的前认知,新的实验情境可以与教材中实验的不同角度来认识和理解同一知识.这体现了建构主义的思想．科学是讲究实证的,需要用事实对情境作出回答,但科学也是需要思辨的,需要对实验的结论作出合理的解释．在上述案例中,教师并没有止步于情境1和情境2,而是进一步引导学生应用得出的实验结论去验证和解释新的问题情境.这样的方式会使知识更加深植于学生的头脑中．

2 优化实验方案,提升探究能力

通过初中阶段的学习,学生应具有一定的实验探究能力,其中能根据探究目的进行实验方案的设计、评价、改进、交流和实施都是科学探究的要素之一．复习课时,学生已具有较为完整的知识体系.在这一教学环节中,教师可以从方案的设计到方案的评价,从方案的优化到方案的再设计等方面,给学生充分思考与交流的机会,让学生收获的不仅仅是知识,更是学习的态度和学习的能力．

图3

案例2.教科书中,采用的是在水平放置的长木板上放一物块,用弹簧测力计匀速拉动物块的方法来测出物块受到的滑动摩擦力(如图3)．因为学生在前一节刚学习了“二力平衡的条件”,因此在理论上只要满足物块作匀速直线运动这一条件,它在水平方向上受到拉力和摩擦力就互为平衡力,大小相等．新授课时,由于学生还不知道影响滑动摩擦力大小的因素有哪些?教材对这一内容如此处理是有其内在的逻辑合理性的．但事实上,师生在实验过程中发现弹簧测力计拉动物块时,很难控制物块做匀速直线运动,致使弹簧忽长忽短,导致在运动过程中弹簧测力计的示数很难读取．而复习课时,学生已经学习了滑动摩擦力的大小只与压力大小、接触面的粗糙程度两个因素有关,与物体运动的速度大小无关．因此,复习课时完全可以让学生从教材实验的不足出发,对滑动摩擦力的测量方法进行优化,并让学生讨论后交流改进方案．

改进方案1:用一个转速较慢的小电动机来替代人手拉动弹簧测力计,这样可以保证匀速拉动物块,方便读数(如图4)．

改进方案2:固定弹簧测力计的一端,另一端勾住物块,拉动木板(如图5)．由于弹簧测力计和物块相对地面是静止的,即使木板没做匀速直线运动,对读数也没有影响．

图4

图5

然后让学生从器材的取得、操作的简易程度等方面继续对这些方案进行综合评价,并让学生根据最优方案进行实证．

案例中让学生对实验方案进行改进的做法,其目的不仅仅是让学生设计出一个科学可行的方案供后续实施,更重要的是让学生在设计过程学会从不同角度来创新实验方案设计．通过生生互动对方案作出科学的评价,让学生认识到一个方案存在合理之处的同时,也可能存在不足之处．当所设计的方案不够理想时,可以对这一方案进行辨析和优化,让学生领会方案优化可以从原理、器材、操作等方面展开．让学生经历方案优化的整个过程,就是学生探究能力提升的过程,既突显了学生的主体性,也体现出探究的本质特征．

3 细化实验过程,启迪科学思维

为提高实验教学的效果,教师需要对实验的一些方法和步骤进行细化处理,以便在课堂上师生之间、生生之间形成一种良好互动．细化实验过程不仅可以引导学生仔细观察实验过程,并深入思考每一步实验操作的前因与后果,帮助学生理解并掌握科学知识,进而提高实验教学的质量,还可以培养学生思维的严密性和深刻性,以及学生的实验探究能力和问题解决能力．

案例3.探究“电流与电阻的关系”的实验,常规的教法是分为以下5步进行．

(1) 提出问题:电流与电阻存在怎样的关系?

(2) 设计实验方案:(控制变量的方法,如保持电压表示数为3 V不变,多次改变定值电阻Rx的阻值,记录相应的电流值)

(3) 设计电路图(如图6),并正确连接电路．

图6

(4) 当定值电阻为5 Ω时,调节滑片位置,使电压表示数为3 V,记录电流表的示数．

(5) 将定值电阻从5 Ω改为10 Ω、20 Ω时,重复第4步实验,获得3组数据,分析得出结论．

但事实上,学生在实验过程中会遇到一系列的问题,尤其是第5步操作,当学生的更换电阻后,接下去应该怎么操作?这样操作的依据是什么?这些细节问题正如梗在学生喉咙中的刺一般,让他们难以消化和吸收,并对今后的理解和应用产生困难．因此教师需要对这一步骤作进一步的细化处理．

(1) 将定值电阻从5 Ω改为10 Ω时,让学生观察电流表和电压表的示数变化情况(I<0.6 A,U>3 V),这时应停一下,让学生思考:① 为什么会出现这一现象?② 为使电压表示数变为3 V,应怎么操作(变阻器的滑片应向哪一边调节)?③ 这样调节的科学原理是什么?

(2) 将定值电阻改为40 Ω时,重复第4步实验,无论怎样移动变阻器滑片的位置,均无法使电压表的示数变为3 V,原因是什么?解决这一问题的方法有哪些?

实验并非简单的机械操作,培养学生的实验操作技能也不是实验教学所要追求的唯一目标,实验需要学生做到手脑并用,将实验操作与科学原理相联系,可以让学生在实验中得到思维的训练．上述案例中,教师不是简单地让学生根据教材实验方案去自行操作,而是对某些步骤以问题串的形式进行了细化．这些具有一定思维品质,同时又有一定层次性的问题,可以充分暴露出学生学习过程中存在的问题,再让学生在具有挑战性的真实问题情境中,进行着分析、讨论等学习活动,触发了学生的深度逻辑思维,进而理解教材实验的设计意图．

4 正视实验意外,彰显科学态度

课程标准指出,学生应具备“能尊重事实和证据,不迷信权威,具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神”的素养．一直以来,用课堂的预设来搏取教学的精彩是教师们的不懈追求．然而,“本真”的课堂是一种充满活力,充满灵性的,有动态生成性资源的课堂．师生在实验中一旦发现疑问,就要尊重观察到的事实,并基于师生对科学本质的理解、对科学精神的领悟,对观察到的现象作出合理的猜想,使实验得以继续延伸,最终对实验的意外作出科学的解释.这样的做法有利于在实验中形成严谨的科学态度．

案例4.学生在分组完成“平面镜成像规律”的活动时,发现物体在玻璃板后形成了“叠影”(两个像)现象(如图7),十分好奇,并产生了“物体在平面镜中为什么会形成两个像”这一疑惑．如果此时教师把课本的结论强加给他们,会让学生产生不尊重事实的不良后果,也与求真求实的科学精神相悖．最合理的处理方法是与学生一起进一步探究实验中发现的问题,直至得出“叠影现象跟镜面具有一定厚度有关”的结论．甚至还可以采用两块玻璃板来模拟厚玻璃进行了验证(如图8),使这一意外的发现得到圆满地解决．

图7

图8

意外也是一种教学资源,可以挖掘出许多闪光点;质疑更是一种可贵的科学精神,教师应当始终处于积极的准备状态,敏锐地捕捉学生在课堂上闪现出的光点,从而使课堂在学生质疑中不断走向深入,使课堂变得更加真实而有灵性．对实验意外的出现,我们必须实事求是,绝不能遮掩搪塞,本着严谨的科学态度,坚持不懈地去探究真相,找出问题的原因,这是物理的核心素养要求之一．

布鲁纳教育的思想认为,所谓知识,是过程,而不是结果．学生的核心素养的形成虽然离不开知识作为背景,但素养本身并不属于知识,核心素养的形成具有自身的机制和规律．从教师的传授到学生的接受这种口授式的教学只能给予关于素养的知识而不是素养本身．实验的设计和开展能有效地将知识和探究融合在一起,要为学生提供一个主动参与、积极思考的自主学习的过程,要让学生在实验探究的过程中提升解决问题的能力,久而久之,这些学习的过程和提升的能力终将内化为学生自身的素养．