基于核心素养的物理探究式教学设计初探

丘珺

【摘 要】本文从四个方面分析用探究式教学法开展《自由落体运动》教学的原因，基于学科核心素养培养阐述《自由落体运动》这节课的设计流程，总结经验，反思得失，为更好地培养学生的学科核心素养提供参考。

【关键词】自由落体运动 核心素养 探究式教学

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2020）01B-0107-03

探究式教学法从 2001 年开始推行进入国家课程教学中，近 20 年来，关于探究式教学的理论争辩一直在继续。基础教育阶段是否需要探究式教学？高中阶段的物理学科，是否需要探究式教学？如何进行适合自己学生的探究式教学设计？

教育部在 2018 年制定颁发的《普通高中物理课程标准（2017 年版）》（注：以下简称“2017 课标”）第 4 页这样表述：“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理学科素养主要包括‘物理观念‘科学思维‘科学探究‘科学态度与责任四个方面。”这其实就意味着，至少目前的研究仍然支持探究式教学，因此我们要把探究式教学放在核心素养培养的高度来思考教学设计。作为一个物理教师，他首先应该是一个教育者，其次才是物理学科的教师。那么，如何基于核心素养来设计物理探究式教学呢？

下面作者以《普通高中课程标准实验教科书—— 物理必修 1 》（人民教育出版社 2010 年 3 月第 3 版，注：以下简称“必修一教材”）第二章中的第 5 节《自由落体运动》为例，谈谈自己的思考。希望能抛砖引玉，让探究式教学走进更多的物理课堂。

2017 课标第 12 页在必修 1 模块的“机械运动与物理模型”主题中，对自由落体运动有明确的说明：“通过实验，认识自由落体运动规律。”并在教学提示里提到“本模块注重在机械运动情境下培养学生的运动与相互作用观念和模型建构等物理学科核心素养。教学中应根据本模块所学物理模型的特点，联系生产生活实际，从多个角度创设情境，提出与物理学有关的问题，引导学生讨论，让学生体会建构物理模型的必要性及方法等”。放在学生学完匀变速直线运动规律后的《自由落体运动》这节课，非常明显是属于知识的迁移和知识的应用部分。

在校全日制的学生在学到这节课的时候，特别是我们学校的高一学生，因为在小学自然课、科学课、课外读物上接触过落体运动，有的学生看过《两个铁球同时落地》这个故事，所以对落体运动有一定的感性认识。但是理解不够深入，对影响落体运动的因素还比较模糊，对落体运动的运动性质还不掌握。

综合上面的因素，笔者认为这个知识点完全可以采用探究式教学。原因可以概括为四点：

其一，探究式教学可以使学生较深入地理解与掌握知识、技能，使高中学生的核心素养得到更好的形成和发展。将这节设计成探究式教学，能让学生体验研究物理问题的基本思路和科学方法，体验面对问题时如何建立模型;帮助学生科学思维与创新能力的形成与发展，帮助学生的核心素养的形成，有利于人才的培养。

其二，这节课是第二章甚至是整个“机械运动与物理模型”主题中的一个比较重要的典型的应用型知识点。将这节设计成探究式教学，符合教材对本节课的定位—— 让学生通过对自由落体这种运动模型的学习和研究，复习和巩固前面的匀变速直线运动规律，突出物理与我们现实生活的联系。将这节设计成探究式教学，更符合 2017 课标对《自由落体运动》的定位：“通过实验，认识自由落体运动规律。”让高中学生通过一些课堂、课外的实验或活动来了解和亲身体验自由落体运动，其与这种模型相近的运动，进而能更好地理解自由落体运动产生的条件与实质。

其三，这节课的重点难点“自由落体运动的性质”适合探究式教学。这节课的一些问题，比如，落体运动快慢的产生原因分析等，不但可以锻炼学生核心素养中的“基于经验事实，忽略次要因素、抓住主要因素构建物理模型”这一科学思维，而且可以锻炼学生基于观察和实验来提出问题、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，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思这些核心素养中的科学探究方面的能力。也就是说，将《自由落体运动》这节课设计成探究式教学，让学生在经历了探究式教学之后，可以在学习过程中逐步形成正确价值观念、必备品格和关键能力，为学生在以后的学习、生活、研究中解决问题打下良好的基础。

其四，将这节设计成探究式教学，对于刚上高中的学生，特别是对于我们学校的学生，有助于巩固、发展他们在初中阶段已经起步的科学探究能力，并能及时衔接、综合学生在之前第一第二章中分散体验到的探究过程，使他们明白对自然现象不能停留在记住结论上，而应探寻现象背后精彩的物理世界。

下面是笔者对《自由落体运动》这节的设计流程：

实际课堂上，出现了一些让笔者意想不到以及很有成就感的片断：

1.在进行“探究一：物体下落的快慢与质量有关吗”时，课堂进行得比预想中要顺利和快速，学生稍一思考，很快地提出了物体下落的快慢和质量没有关系，应该和空气的阻力有关系。不少小组设计出了比如“钥匙和纸片同时同高度下落”“钥匙和揉成团的纸同时同高度下落”“打开的书本和揉成团的纸同时同高度下落”等实验。

2.在进行“探究二：影响物体下落快慢的主要因素到底是什么呢？是否可以设计一个实验证明你的观点”时，学生在思考如何设计实验的时候，一开始，很多学生随意地说到月球上做。笔者追问“难道在地球上无法证明吗”的时候，教室里突然安静了一下，很多人都露出了思考的神情，最后有几个学生迫不及待地说：“用真空罩，初中用过的那个。”学生的思考让笔者有成就感的同时，不得不感嘆，如果一旦有实验对学生的思维造成冲击，那么便会更深刻地刺激学生，使从实验中得到的知识很快成为学生新知识中的一部分。

3.在进行“探究三：自由落体运动是一种什么运动”时，学生很快想到，并能根据观察牛顿管里发生的现象说明自由落体运动是一个加速运动。有一部分预习过的学生能说出“自由落体运动是一种匀加速直线运动”。这一部分学生与那些只停留在“加速运动”这个结论上的学生相比，有更深的认识，但在笔者追问如何证明的时候也卡壳了。接着，又是一小会的安静后，有个别学生才以试探性的语气问：“看看数据是否符合匀变速直线运动的公式。”这说明学生在这个时候没有能养成利用特点判断物理模型的思维习惯。在这其中，笔者再次告诫自己，课堂千万别停留在学生喊出结论的这个层面上。于是，在紧接着进行的全班交流中，笔者引导学生进行思考，打开学生的思维大门，学生迅速想到匀变速直线运动的特点和规律，包括公式、图象。当笔者看到学生“原来如此”的神情时，有一种成就感油然而生。

4.关于实验方案的评估。笔者提出要评估时，学生自然地把汇总上来的方案进行可行性评估和操作性评估，而且进行得非常自然且顺利。这给笔者提示，以后要找机会让学生进行更多的评估，使学生养成评估的好习惯。

在课后的自我总结与反思中，笔者发现，这节课基本达到了预想的目的，符合 2017 课标中对它的定位“通过实验，认识自由落体运动规律”。在机械运动情境下，培养学生的运动与相互作用观念和模型建构等物理学科核心素养。设计探究式教学，使学生在对自由落体运动的研究和学习过程中，较深入地理解知识、掌握技能，使学生的核心素养得到更好的培养和发展。

这节课在设计思路上，就自由落体运动的本质和特点，引导学生提出问题—提出猜想—设计方案—交流评估方案的可行性—合作实验—分析实验数据得出结论。在整个学习过程中，学生基本上经历了探究式学习中的几个基本环节。探究的基础技能，如“交流”“预测”“收集证据”及“推断”等得到了训练。这个完整的探究过程体验，既使学生于之前的学习中体验过的科学研究方法得到再次体验和巩固，又使学生学到新知识，并将之纳入旧知识结构中，不断完善知识体系。

在探究式教学中，这节课的重点、难点“自由落体运动的性质”经由学生质疑、思考、动手实验后，很自然地理解和掌握。将科学思维、科学探究的方法植入学生的脑海中，将新知识融入知识结构中，避免了死记硬背的现象，也使学生更好地运用所学知识解决遇到的新问题。

我们发现，很多学生不缺少科学结论，缺少的是批判性思维“为什么是这样？”这节课的设计和实施，应该说，避免了让学生只懂得“轻重不同的物体应该下落一样快”的结论和“亚里士多德是错误的”的观点，使学生获得思维的训练。这节课，自始至终都体现了课程标准的要求，在学生已有知识的基础上建构，以学定教。特别是在课堂的进行过程中，能因为自己的问题引起学生思维冲突，引导学生深入思考。这不但使学生受益，而且也让老师获得满满的成就感。

同时，老师也必须明白，核心素养的形成不是一朝一夕的事情。教育是一个循序渐进的过程，也就是说，是一个逐步习得然后巩固熟练的过程。比如，上这节课前，我们虽然在上第一章和第二章的时候已经把科学思维、科学探究的几个过程渗入课堂，也还进行了单一过程的重点训练，但是学生还是没有较好地掌握探究的方法。因此，在上这节课时，笔者还是要加强训练，逐步引导，让学生用实际行动去培养自己的思维方法，并在探究中学习和锻炼。

我们还要注意的是，在课堂活动中，当某一小组的同学发言时，要求其他小组的同学不要干扰，更不要在下面议论，而应该学会倾听;也不要只顾自己本组的实验，而忽略与其他小组进行交流。在平常的教学中，这样的情况时常发生，特别是在大班教学中，很难避免。如何让每个学生体会到交流与合作的重要性，明白尊重别人的道理，能静下心来倾听别人的意见和观点，是我们日常教学中应该注意的问题。

这节课也有一些遗憾，（1）在进行“探究一：物体下落的快慢与质量有关吗”的时候，因为没能预想到学生中有不少已经对这有过比较广泛的阅读和思考，所以自己临场没能及时调整课程进行的速度;（2）没能对学生分组实验时间有个较准确的估计，导致实验分析和总结都只能放到第二个课时完成。虽然从另一个角度来说，是给了学生思考和消化的时间，但是否可以做得更好？总而言之，高中物理采用探究式教学法虽然可以使学生的核心素养得到较好的培养和发展，但是要根据学生的学情、课程标准的要求和学校的实际进行合理设计，要不再好的方法也难收到满意的效果。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.通高中物理课程標准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

（责编 卢建龙）