彰显学科素养 落实课程目标

广东省阳山县阳山中学(513100) 谭 程

2017年版《普通高中物理课程标准》(以下简称为“《新课程标准》”)的重大变化之一就是将“科学探究”放到了前所未有的高度,目的在于将学生学习重心从“过分强调知识传承与积累”向“培养学生的探究能力”转化,让学生从“被动接受知识”向“主动获取知识”转化。科学探究主要包括问题、证据、解释、交流等要素。由此可见新课改实施后高考对科学探究的考查必然要突出对其各要素的考查。本文以2019年全国Ⅰ卷电学实验题为例,来分析《新课程标准》实施后高考命题对“科学探究”及其“科学探究教学目标”的命题特点,从而提出相应的教学建议。

1 试题再现

2019年全国Ⅰ卷电学实验题内容如下：某同学要将一量程为250μA 的微安表改装为量程为20mA的电流表。该同学测得微安表内阻为1200Ω,经计算后将一阻值为R的电阻与微安表连接,进行改装。然后利用一标准毫安表,根据图1(a)所示电路对改装后的电表进行检测(虚线框内是改装后的电表)。

(1)根据图1(a)和题给条件,将图1(b)中的实物进行连接。

(2)当标准毫安表的示数为16.0mA 时,微安表的指针位置如图1(c)所示,由此可以推测出改装的电表量程不是预期值,而是( )。

A.18mA A.21mA C.25mA D.28mA

(3)产生上述问题的原因可能是( )。

A.微安表内阻测量错误,实际内阻大于1200Ω

图1 实验试题图示

B.微安表内阻测量错误,实际内阻小于1200Ω

C.R值计算错误,接入的电阻偏小

D.R值计算错误,接入的电阻偏大

(4)要达到预期目的,无论测得的内阻值是否正确,都不必重新测量,只需要将阻值为R的电阻换为一个阻值为kR的电阻即可,其中k＝____。

本文从“科学探究”以及“科学探究的课程目标”两个角度分析该题是如何落实科学探究考查的。

2 “科学探究”主要要素在试题中的考查呈现

新课改倡导着力培养学生的科学探究能力,故科学探究也就成为高考考查核心素养的重要落脚点。2019年全国Ⅰ卷电学实验题对“科学探究”的考查分析可从以下两方面着手。

2.1 “科学探究”各主要要素在试题中的考查呈现

本实验对“科学探究”的考查时,科学探究各主要要素在试题中的具体呈现如下。

2.1.1 “问题”要素在试题中的具体考查

科学探究的“问题”要素在试题中的具体呈现形式。

(1)如何将量程为250μA 的微安表改装为量程为20mA 的电流表；改装后的电流表如何进行校对；确定改装达标的依据是什么。

(2)改装后得到的量程不是预期的结果,那会是什么原因引起的,该如何改进。

2.1.2 “证据”要素在试题中的具体考查

本实验科学探究的主要证据是：标准毫安表的示数为16.0 mA 时,改装电表的指针位置如图1(c)所示,即为160μA,这是判断改装是否达标的重要证据。

2.1.3 “解析”要素在试题中的具体考查

科学探究中的“解析”要素在本试题中的具体考查形式。

(1)实物电路连接如图2所示。

图2 电路图

(4)接入电阻R时改装后电表实际量程为25mA,故满足IgRg＝(2 5－Ig)R；要将微安表改装为量程为20 mA,应满足IgRg＝(20－Ig)kR,其 中Ig＝250μA＝0.25 mA,联 立 解得：k＝1.25。

2.1.4 “评价”要素在试题中的具体考查

试题对“评价”要素的考查主要体现在：

(1)对改装电表量程不是20 mA 的失败原因分析(即第3问考查)。

(2)对实验方案的改进(即第4问考查)。

2.2 “科学探究”课程目标在试题中的落实呈现

“科学探究”课程目标在2019年全国Ⅰ卷电学实验的具体分析见表1。

3 培养学生科学探究能力的教学建议

科学探究要求探究者通过自身主动参与发现问题、解决问题,更重要的是带着问题去实践。科学探究不仅仅指实验探究,也包括理论探究,物理学家密立根说过：“科学是在用理论和实验这两只脚前进的。有时是这只脚先迈出一步,有时是另一只脚先迈出一步,但是前进要靠两只脚,先建立理论然后做实验；或者是先在实验中得出了新的关系,然后再迈出理论这只脚并推动实验前进,如此不断交替进行。”据此,同时再结合科学探究主要要素和科学探究课程目标,实际教学中对培养学生科学探究能力提出以下建议。

表1 分析表

3.1 科学探究教学常态化，切勿形式化

科学探究能力是学科素养在学生身上落实的重要体现,而这种能力不是一朝一夕能培养起来的。故科学探究的教学应常态化,切勿形式化。有些教师因上公开课,就象征性地开展科学探究“示范课”,“示范课”一过,科学探究教学不了了之,来也匆匆,去也匆匆,探究成了摆设。学生探究能力培养的阵地主要在课堂,这种能力需要经历“提出问题、形成猜想和假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释、评价”等多个环节才能逐步形成。每个环节并不是一下就能形成,它需要在课堂教学常态化的条件下,逐一形成。但这些探究环节在课堂上逐一实施会遇到很大困难,一节探究课几乎很难完成探究中的每个环节,这正是造成科学探究形式化的根源。对学生探究能力的培养既然不能一步到位,那么就采取化整为零的方式。逐一开展,一堂课或一段时间内可着重培养科学探究中的某个或某几个环节,当学生把握其中的某些环节后再培养其他环节,从而达到探究教学常态化,而不是形式化,更不是虚假化。

3.2 接受学生探究中的错，切勿让探究教学按部就班

探究教学中很多教师怕学生出错误、走弯路,达不到预期的探究目标,于是探究教学前先给学生设置好探究步骤或按教材中的探究步骤让学生按部就班。这种探究课教师上起来虽然很 “顺手”,学生也不会出错,但是这种“复制式”的探究,对学生来说只不过是走过场,他们的科学思维得不到任何开发。纵观很多物理学家走过的道路可发现：在向科学进军的道路上,大多数人和大多数的时间实际上是耗在那些最终没能得到实验证据支持的假设探究上。但这却是真真切切的科学探究,没有任何一位科学家会否定这种探索的价值。《新课程标准》也强调：“要避免让学生按教师或教材的既定步骤进行虚假‘探究’,不应只把注意力集中在与探究假设相符的物理事实上,还需要观察和收集那些与预期结果相矛盾的信息。”故教师不必担心学生在探究过程中出现的一些错误结果,即使结果是错误的,也要习以为常。当学生知道错误并理解错误后,他们会总结自己的“错因”,寻求“改错”的新方案和策略,这一过程既是经验总结的过程,同时又是重新探究的过程,在这一系列过程中学生的探究能力自然会得到更大的提升。

3.3 科学探究重视结果，更应实施新的评价方案

探究结果固然重要,因为它会使学生获得成功,特别是正确的结果更能增加学生的探究欲望。很多教师在引导学生开展科学探究时,得到正确结果后便到此为止,以为大功告成,其实不然。新一轮课改的另一大亮点就是在 《新课程标准》中对教学有了“新的评价标准”：高中物理课程重视以评价促进学生的学习与发展,重视评价的诊断功能和激励功能,致力于创建一个目标明确、主体多元、方法多样、既重视结果亦重视过程的物理课程评价体系。提倡评价应关注学生的个体差异,帮助学生认识自我、建立自信,改进学习方式,发展核心素养。由此可知核心素养导向下对学生的评价内容不只是结果,更应该是评价学生提出科学问题、获取证据、作出解析、表达交流等能力的发展水平。如能否分析相关事实或结论,提出并准确表述可探究的物理问题,做出有依据的假设；能否制定科学探究方案,选用合适的器材获得数据；能否分析数据,发现规律,形成合理的结论,用已有的物理知识进行解析。教师的评价在于帮助学生找出探究中没有解决的矛盾,从而引导学生发现新的探究问题,进一步提起学生的探究兴趣,提高学生发现问题、解决问题的能力。教师的评价还在于帮助学生找出探究结果与实验假设存在差异的原因,发现探究过程的失误所在,纠正已形成的错误概念,培养实事求是的科学态度,发展学生的科学批判性思维,同时还能吸取经验教训,从而优化探究方案。更重要的是教师评价要关注学生的个体差异,帮助学生认识自我、建立自信,改进学习方式,发展核心素养。

3.4 科学探究不能越俎代庖，而要亲身经历与实践

华盛顿儿童博物馆有句格言：“我听见了就忘记了,我看见了就记住了,我做过了就理解了。”可见科学探究要让学生理解,就得让学生亲身经历与实践。西汉文学家刘向说过：“耳闻之不如目见之,目见之不如足践之。”但实际教学中,有些教师怕学生不熟悉器材使用、探究中出错等原因,于是教师一人在讲台上开展“探究示范课”,帮助学生探究,越俎代庖,学生成了观众,这种“包办式的探究”学生失去了亲历与实践。比如在“提出问题”这一环节的教学中,不能因学生提不出问题,教师一着急就直接告诉了学生,教师应该冷静地去引导学生思考问题。对学生的探究活动,教师要舍得花时间,让学生多动眼“看一看”,多动脑“想一想”,多动口“说一说”,多动手“做一做”,充分发挥学生在课堂上的主体作用,开发学生的情感潜能、思维潜能、操作潜能,激发学生创新的火花。科学探究中不要忘记学生是主体,教师只是引导者。著名特级教师路培琦在“摆”一课中,让学生用20min的时间做一个15次/10s的摆,这是一个学生自主探究、亲身经历的过程,能否成功地做出一个15次/10s的摆,绝不是教师的终极目标,其目的在于引起学生对自己做摆过程的关注,关注做摆过程中产生的问题,关注做摆过程中解决问题的方法,关注自己在做摆过程中的思维过程,当把摆做成功的时候不正是对摆的本质了解的时候吗? 这不就是让学生在亲身经历与实践中培养自己的探究能力吗? “亲身经历”是每个学生成长过程必需的,只要给学生充分的时间和条件,学生的表现是值得我们去喝彩的。即使探究失败了,对学生也具有重要的教育价值——让学生体会到“原来科学研究这么不容易,科学家真了不起”。

3.5 渗透STS教育，重视用STS问题培养科学探究能力

STS是研究科学、技术和社会相互关系的一门新的学科,它强调科学技术在社会生产、生活中的应用。如果在物理教学中,将STS渗透其中,可加深学生对科学、技术与社会关系的理解,更重要的是这些问题紧密联系生活,涉及的知识面比较广,这就给学生留下了感兴趣的探究空间。更重要的是STS问题的设置具有针对性,它是针对学生原有的想法、观念和思维惯性等设置的问题,引发学生的认知冲突。同时这类问题还应具有恰当的思维难度,学生“跳一跳、摸得到”,使学生既不至于无从下手,也不会觉得没挑战性。比如笔者在讲授“核能”时,不但要引导学生知道核技术既可应用于医疗、能源等方面,但它也会给人类带来危害,比如核污染、核放射的杀伤性。这些知识更能引发学生的求知欲,增加学生的探究欲望,虽然这些知识超出了教材的研究范围,但是这些问题具有很强的趣味性,有些学生迫不及待地想知道这些问题的结果,无疑可以激发学生的探究兴趣,培养他们“明知山有虎,偏向虎山行”的无畏探究精神。

4 结束语

德国教育学家第斯多惠在《德国教师培养指南》中指出：“教学的艺术不在于传授本领,而在于激励、唤醒和鼓舞。”所以,核心素养导向下的物理课堂教学必修教材将“教书”与“育人”融合在一起,充分展示物理学科的美与优势。把真实的历史事件、感人的科学精神、不断创新的物理思维方法,展现给学生,并融入到物理探究教学中去,使科学求“真”的理性思维与人文文化中那种至善、至美的追求相结合起来,促进真、善、美的统一,人与自然的和谐与统一,让物理课堂充满激情。从而激发学生对自然、对生命的热爱,引导学生逐步树立起崇高的理想以及人生观和价值观,学会思考和生活,学会探索和创新。这正是当代教育所赋予物理教师的历史责任与教育目的。

总之,物理学科的探究价值在于实现3个转化功能：那就是通过科学探究最终让学生掌握物理观念、发展科学思维和提升科学态度。这一价值的体现过程如图3所示。

图3 体现过程