在科学探究中提升学生的核心素养

刘长付 苏奇名 孙娟

摘 要：物理核心素养是培养高中生发展核心素养的重要组成部分，科学探究是培养发展物理核心素养的关键方式.物理学是研究物质、认识自然本质的学科，是自然科学的基础学科之一，从高中物理课堂的角度出发，以“实验：金属丝电阻率的测量”一节为例，通过探究式教学的方式，引领学生们进行有思考的科学实践活动，以培养学生们的物理核心素养.

关键词：科学探究;核心素养;情景教学;高中物理;电阻率

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）17-0019-03

基金项目：北京市教育学会“十三五”教育科研优秀课题“应用PBL创建高中物理活动课程”（项目编号：DC2016-013）.

作者简介：刘长付（1988-），男，北京西城人，硕士，中学一级教师，研究方向：初高中物理学科教育;

苏奇名（1978-），男，北京东城人，硕士，中学高级教师，研究方向：初高中物理学科教育;

孙娟（1987-），女，北京海淀人，硕士，中学一级教师，研究方向：初高中物理学科教育.

教育部基于物理学内涵及学科本质，于2016年发布的《中国学生发展核心素养》中明确提出，物理核心素养主要包含“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个要素.由此可见，物理核心素养是物理知识、科学能力和科学态度三个维度的综合体现.要想发展学生的物理核心素养，在进行基本物理知识的教育之外，必须引导其树立正确的科学态度，养成突破创新的精神，最终提高科学实践的能力.

科学探究是指基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验和制定方案、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、反思的能力.而以“科学探究”为理念基础的探究式教学，则自然而然地成为了培养学生物理核心素养的重要方式.

1 高中物理课堂进行探究式教学的必要性

1.1 应用探究式教学可以提高课堂效率

探究式教学方法是指教师侧面引导学生，调动学生积极性，使学生主动地进行观察思考、提出问题、制定方案、动手实验、归纳报告、合作讨论等流程，在教师和其他同学的帮助下进行自我的知识与实践体系的建构，亲身经历知识成果产生的过程，体会在这个过程中运用到的方法与技能，树立端正的科学态度和积极向上的科学价值观，培养实践创新的精神与熟练的动手能力.它的指导思想是教师引导、学生主动，学生为主、教师为辅.学生深度融入实验过程，可以从中体会到科学探究的艰难困苦和获取探究成果所带来的成就感与乐趣，进而掌握课本知识并提高实践能力，无形中提高了课堂效率.

1.2 应用探究式教学顺应素质教育潮流

在科学探究中培养提升学生的物理核心素养，既遵循了教育部的教学要求，也符合当前社会发展需求高实践素质人才的趋势.通过规范合理的探究式教育方法应用，还可以反作用于这一教学方法的完善.物理学是认识、观察、分析自然中所有物质与能量的本质的学科，是高中阶段最具有实践意义与效果的学科，且本身具有一定的活动性和趣味性，是科学探究最合理最恰当的载体，也是极其适合且应当推广的探究式教学学科.

2 高中物理课堂应用探究式教学的具体方法

2.1 提高硬件标准，做好课前准备

探究式教学对教学设备的要求较高，高中物理课堂所需的实验较多，实验器材相对也较多，学校要尽可能多地争取教育拨款，满足物理探究式教学的设备需求，改善硬件条件，优化实验设施.同时，教师也应不断学习，提高自身教学能力，熟练掌握各项实验器材的应用，在课前应做好准备，制定好教案，准备好实验器材，打好探究式教学的硬件基础.例如，在“实验：金属丝电阻率的测量”一课中，教师就需提前准备好用来被测的电阻丝，测量长度的刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器等.螺旋测微器的使用和读数虽然不是新知识，但因其并非是常用仪器，仍然是本节课的难点之一.如图1和图2所示，为进一步突破该难点，每名学生准备一个空矿泉水瓶，借助矿泉水瓶盖和瓶身的“螺旋关系”，学生通过多次旋进旋出的尝试，理解螺旋测微器的原理，帮助学生解决读数难的障碍.

2.2 创设真实情境，激发学生求知欲

传统的教学模式是教师讲、学生听，教师做、学生看，教师布置书面作业、学生完成，远远不能满足当代中国学生核心素养的培养要求.在探究式教学方法下，应当以学生为主教师为辅，教师负责引入课堂概念目标，学生主动顺应引导进行物理知识的科学探究.因此高中物理课堂的教学模式必须站在学生全面发展的角度，着眼于核心素养的有效培养，循序渐进完成转变.

如图3所示，以“实验：金属丝电阻率的测量”一课为例，教师可以在课堂开始时，创设如下的问题情境：这是一卷未知材料的金属丝的一部分，能否根据已有知识和生活经验初步判断它的电工用途？做灯丝？做导线？做输电线？或是做保险丝？学生开始的回答可能多来自感性的判断，如灯丝通常是黑色的、导线通常是黄色的、做输电线应该是材质较软的……随着思考的深入，发散的思维最终会聚焦到问题的本质，是一个能反映材料本身电学特性的物理量——电阻率.至此，不仅满足了学生课前的好奇心，更是从实践层面使学生明白电阻率能反映导体导电性能.既然明确了实验的目的是测量金属的电阻率，那么如何测？学生容易想到根据电阻定律得到电阻率的表达式.然后提出疑问：需要用到什么工具或器材（如图4）？运用什么方法进行计算？先引导学生进行思考，对实验流程大致熟悉，清楚实验目标，然后邀请学生一起进行实验，以学生为主体进行实验，教师从旁指导操作，课堂中让几组学生分别进行实验，互相指导，让学生们互相讨论，归纳总结实验要点、注意事项和实验操作的不足，最后巩固知識点.

2.3 扩大知识面，做好课堂延伸

如今的素质教育理念，是为了构建一个开放的充满活力的高中物理课堂.探究式教学要求教师除了把握课堂，还要在课堂之外也关注学生核心素养的培养与发展.只有课内课外双管齐下，才能充分发挥探究式教学模式的核心价值.具体来讲，就是物理课堂内外都需要补充和渗透更丰富的内容，从而使物理课堂更加丰满.因此，物理课堂上，教师要在清晰地把握教材内容的基础上，有的放矢地对课堂内容进行补充，对物理课堂进行横向和纵向的延伸.课堂外，教师也要鼓励学生多多观察生活，发现生活中的物理知识与物理相关的问题，并引导帮助学生独立地进行实验，解决问题.例如学生在数据测量后，抛出问题数据如何处理，学生们能够想到U-I图像法，也有同学想到了先利用R=U/I测出六组数据然后取平均值，教师先不对这两种做法作出评价，给学生体验的机会，让学生感受图像处理数据的优势.又例如，在完成“实验：金属丝电阻率的测量”的实验后（见表1），可以带着学生比对教材第59页几种导体材料在 20 ℃ 时的电阻率（见表2），判断实验材料为镍铬合金.教师接着可以引导学生探讨，镍铬合金的电阻率远大于常规金属的，有什么用途？学生思考讨论得出，在长度、横截面积相同的情况下，使用镍铬合金制作的电阻的阻值明显大于纯金属.教师进而分析引导学生得出镍铬合金一般用于热电偶、高电阻仪器等.从而前后呼应，回归问题，拓展思考.

本节课后，教师还可以让学生观察生活中出现的其他导体，如果想要知道它们的电阻、电阻率，该如何设计可以完成操作的实验，获得数据后又怎么进行计算.物理课堂的延伸，有利于学生对课本知识的整体把握，在激发学生物理学习兴趣的同时，也培养了他们发现问题与解决问题的能力，进而培养学生热爱生活的情怀.

2.4 关注全体学生，共同提高素养

当今素质教育是站在社会发展、民族兴旺、全人类文明进步的高度，要求学生全面发展，成为社会需要的高素质人才，探究式教学理念承接了培养学生核心素养的任务，教师理应关注全体学生，不放弃任何一位学生，以循序渐进的方式共同学习进步.只有如此，才能将学生们培养成善于发现问题并解决问题，能实事求是、追求真理，为社会繁荣、国家发展奉献力量的人材.

3 结束语

综上所述，在高中物理课堂的教学实践中，可以通过探究式教学，引导学生独立完成课本实验，从生活常见现象中归纳思考其蕴含的物理知识，制定相对合理、有可操作性的探究方案，安全规范地使用部分实验器材，并从实验中获取数据加以分析，最后与其他师生讨论交流成果.由此可见，学生的观察能力、分析推理能力、归纳总结能力、理解和应用能力都可以得到一定的锻炼提高，在潜移默化中不断培养发展学生的物理核心素养.

参考文献：

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[2]张利国，崔琰，张玉峰.通过中学物理实验发展学生科学思维—以洛伦兹力的方向教学为例[J].中学物理，2020，38（23）：33-35.

[3]廖伯琴.普通高中物理课程标准解读（2017年版）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[4]林崇德.面向21世纪的学生核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016.

（收稿日期：2021-04-02）