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例谈物理核心素养中探究能力的培养

发表时间:2018-06-28 19:08

例谈物理核心素养中探究能力的培养


林绍乾



一.对物理学科核心素养的认识

近年来.世界各国开始关注学生的核心素养,并构建相应的核心素养模型。“素养”是个体基于生活环境的需求.激发其内部情境的社会心智运作(包括认知、技能、情意等行动)的先决条件,以获得知识、能力与态度。由此可见,素养不是简单的知识、技能或态度,它既重视知识、也强调能力以及态度甚至更高层面的价值观。核心素养是人处于社会中的重要能力,能够在复杂的环境中完成活动与任务,健全成功生活与促进社会发展的能力。高中阶段所需要培养的核心素养即学生在接受相应学段教育的过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力[1]

笔者认为物理学科的核心素养,绝不仅仅是物理知识本身,正如爱因斯坦所说教育就是当一个人把在学校所学全部忘光之后剩下的东西。那剩下的东西究竟是什么呢?是科学的思维方法,是实验探究素养以及科学态度与责任。下面笔者将结合课例,谈谈对探究能力培养的思考。


二.探究式课堂教学的本质分析

探究式课堂教学是指在教师指导下,学生运用科学探究的方法来获取知识、锻炼能力的教学实践活动。[2]其实质是将科学领域的探究引入中学课堂,使学生通过类似科学探究的过程来理解科学知识,并培养科学探究能力的一种教学方法。

探究式课堂教学不但可以调动学生的学习积极性,而且在探究过程中可以让学生学习如何发现问题并解决问题,如何将新的信息与已掌握的知识点联系起来寻找问题突破点,以此培养学生的创造能力。在解决问题的过程中,学生需要充分发挥自己的主观能动性,锻炼自己的逻辑思维能力、实验动手操作能力以及对实验数据的处理能力,同时对于知识的记忆则也会转向逻辑思维性的记忆。探究式物理课堂教学可以让学生在收集材料信息中培养主动获取知识的能力,充分体现学生的主体地位。在发现和解决问题的过程中获得成就感和满足感,从而更能增进学生学习物理的兴趣和热情,提高物理成绩,最终使学生对中学物理的学习进入良性循环。在教学中让学生学会灵活运用所学的物理知识去解释现实生活中的各种与物理有关的现象,符合STSE(科学-技术-社会-环境)的教育理念,对培养核心素养中科学态度与责任也有重要贡献,因此探究活动已成为高中物理课堂教学中的重要组成部分


三 .例谈体现核心素养的探究式教学设计

如何开展有效的探究教学培养学生的核心素养呢?笔者以“单摆”这节课为例,简要阐述新课程高中物理探究式教学设计。

参考“单摆”这节课在新课标中的地位和教学重点,本节课使用两个教学课时来完成。第一课时,教师先引导学生自主研究这节课的学习目标,确定研究课题的内容及预定结果。根据现有的信息,讨论制定出探究计划以及具体的实施步骤和确定需要的实验器材。第二课时,在实验室通过具体的实验操作,记录实验数据,通过用坐标图像法等方法讨论分析得出的探究成果,并归纳总结出课题报告。

1、 提出探究课题:

学生利用课外时间搜集关于摆钟的原理、伽利略对单摆等时性的发现及惠更斯对单摆周期公式研究的背景材料;引导学生观察摆球在竖直平面内的振动,确定研究课题:了解单摆的构成,证明单摆的振动是简谐运动,分析单摆振动的回复力和影响单摆振动周期的物理因素。

2、实验分组:

根据班级人数和实验室的条件合理的进行实验分组,各组人数以四到五人最佳。

3、制定实验计划和具体实施步骤:

实验计划为:首先查阅相关资料,从物理学史角度上来了解单摆振动的规律。然后运用受力分析和数学三角理论推导论证单摆的振动是简谐运动。再次,先定性通过实验探究影响单摆振动周期的物理因素。最后,再定量探究单摆振动周期的公式。

在让学生先通过充分自主的探究讨论后,教师再引导学生列出具体的实施步骤:

(1)制作单摆,注意单摆对摆线、摆球、悬挂点的要求。

(2)观察单摆振动的情况,总结出机械振动的特点。

(3)运用受力分析和数学三角知识可以证明,当摆角很小情况下(实验中小于50),单摆的振动可以看作简谐运动。

(4)猜测与单摆的振动周期有关的物理量,如振幅、摆球质量、摆长等。

(5)设计实验对猜测给予定性的验证。实验设计如下:

实验目的:应用控制变量法和对比法,通过实验来探究单摆振动周期与摆长、振幅、摆球的质量是否有关系

实验器材:铁架台、细线、摆球、铁夹子、秒表等


实验步骤:


探究问题

单摆振动的周期与振幅的关系

单摆的振动周期与质量的关系

单摆的振动周期与摆长的关系

控制变量

单摆摆长与摆球质量不变

改变单摆振动的振幅

单摆摆长和单摆振动的振幅不变

改变摆球质量

摆球质量和单摆振动的振幅不变

改变单摆摆长

实验

步骤

让一个单摆做振幅不等的振动,用秒表测出摆振动一定次数(如50次)所用时间。

用秒表分别测出两个摆长相等的单摆,在摆球质量不等、摆角相等时,振动一定次数(如50次)所用时间。

用秒表分别测出两个摆球质量相等、摆长不等的摆做振幅相等的振动,测出振动一定次数(如50次)所用时间。

观察

测量

结果




实验

结论





(6)定量探究单摆振动的周期与摆长的关系。实验设计如下:

实验目的:探究单摆周期T与摆长L的定量关系呢,是否是教科书中所讲单摆振动周期与摆长的算术平方根成正比。

实验器材:一个可调摆长的单摆、秒表、米尺、铁架台和游标卡尺等

实验步骤:改变摆长,用秒表分别测量它们的周期T和相应的摆长L并记录。 


次数

1

2

3

4

5

6

7

摆长L(m)








周期T

(s)








T2(s2)








T1/2(s1/2)








T3(s3)









(7)根据上面表格,通过用坐标图像法探究出单摆的摆长与T、T2、T1/2、T3等的函数关系式。再从误差允许范围内找出摆长是与那个量成正比关系,来验证教材所给我们的单摆周期公式。

教师指导:在各实验小组制定计划和实验探究时,教师巡视指导各实验小组,解决学生所提出的问题,纠正在实验设计及具体实施中的不足,要求同实验小组中每个成员都要积极参与,团结协作,实验小组之间相互交流。


4、课后交流总结:

各实验小组经过两课时的探究实验后,基本上可以完成任务,并写好实验总结报告。为了让学生体验成功的乐趣及展示自我机会,可以安排课外时间让各实验小组进行实验交流总结。在每个实验小组展示汇报后,师生共同讨论本实验的误差来源,提出如何尽量的减小这些误差的方案,比较分析这些方案的优缺点,总结归纳最合理的探究方案。

现在高中学生最薄弱的环节一般是在实验动手操作能力和对实验数据处理的能力,所以一定要让学生通过多动手操作和在实验后对实验数据多进行处理练习来加强。尤其是对坐标图像的应用能力上,一定要让学生充分体验到利用坐标纸描绘函数图像来探究两个物理量间的关系这种在科学研究中运用非常广泛的方法。同时这种与坐标图像有关的实验题型也新课标物理高考中非常重要的题型之一,重点考查的就是学生对实验数据的处理能力。所以我们应该在平时的教学中强化学生的这一能力。

如何评价探究式课堂教学实效?笔者认为,要以学生是否参与、怎样参与、参与多少和最终收获多少来衡量。这就要求物理教师以学生为主体,设计合理可行的探究式教学,因材施教,灵活处理教学过程中出现的各种问题,让学生积极、主动参与探究教学,才能改变传统课堂教学“满堂灌”的现状,让中学物理课堂充满生机活力。

物理探究式教学是培养学生物理学科核心素养的有效途径。如何引导学生开展有效的物理探究实验?需要我们加强新课程的学习和实践,加强对课程标准和教材的研究,加强对学生的研究,设计符合学生学习的教学方案,培养学生物理学科核心素养。


参考文献:

[1] 蔡清田.“核心素养”:新课改的目标来源IN].中国社会科学报,2012(B01)

[2] 高嵩.李彦青.基于核心素养的探究式教学[J] .物理教学探讨,2015(8)


作者单位:四川省成都市树德中学

(责任编辑:卓   平)


成都市教育局《成都求学》编辑部

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