《基于核心素养的科学探究式教学实践》
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[摘 要]在课堂教学中,教师要通过各种方式培养学生的核心素养.开展有效的科学探究活动是培养学生物理学科核心素养的途径之一.文章从创设问题情境,诱发探究动机;设计探究活动,培养探究能力;解决实际问题,培养实践意识三个方面,结合《力的分解》这堂课阐述如何在课堂教学中开展科学探究活动,从而达到培养学生核心素养的目的.
[关键词]核心素养;科学探究;生活情境;实践意识
[中图分类号]G633.7 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2020）05-0036-03
物理学科的核心素养主要由四个方面的要素构成,即“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”.科学探究既是物理核心素养的要素之一,也是学生发展的关键能力之一.科学探究有六个环节,分别是：提出具有探究价值的问题;做出符合科学事实的假设;制订或设计切实可行的方案;实施方案过程中通过探究活动收集信息;分析处理所得信息得出结论;进行促进学生发展的交流评估.“科学探究”这六个环节都能促进学生发展,培养学生“科学探究”方面的核心素养.
下面,笔者结合教学实践,以《力的分解》这堂课为例,就“如何开展科学探究,培养学生核心素养”这个话题从三个方面谈一些想法和做法.
一、创设问题情境,诱发探究动机
探究源于问题,物理源于生活.物理脱离不了实际情境,物理情境往往融合在生活当中.物理的学习与生活是紧密相连的,学生有大量的和鲜活的生活体验,教师如果能利用好这些生活情境,创设与教学主题相关的问题情境,让学生猜想、思考、实践,这样,有利于诱发学生的探究动机,激发学生的学习兴趣.
以《力的分解》這堂课的引入部分为例,设计了“绳提重物”的小游戏.如图1所示,游戏时要求两位同学慢慢把重球抬起,在观察体验的同时提出两个问题：随着重球被逐渐提高,绳子拉力大小如何变化?绳子能被水平拉直吗?
设置这两个问题的目的是将学生引入生活情境中,此时,学生就会通过生活经验和亲身体验积极主动地探究问题的真谛.
本实验选用的绳子和重球均来自生活,是初三学生体育中考所用器材,人人都有直接经验.做游戏对比,如图1和图2所示.从图中两位同学的姿势也可以判断出绳子张角随着绳中拉力变大而变大.并且还可以判断出只要重球挂在绳子上,绳子永远都拉不直.为了突出绳子中拉力的作用效果,也为了方便分析和研究,接下来用橡皮筋代替绳子（如图3）,用钩码代替重球.虽然研究对象由生活中的器材转变为实验专用器材,有了前面创设的真实实验情境,学生自然很容易就理解了.
通过贴近生活情境的问题和实验设计,让学生在生活情境中体验、观察和思考,他们会“身临其境”地思考和回答相关问题,从而很好地诱发学生的探究动机.
二、设计探究活动.培养探究能力
所谓“探究能力”,就是作为人们探索、研究自然规律和社会问题的一种综合能力,通常包括提出问题的能力、建立假说的能力、收集资料和信息的能力、进行社会调查的能力、进行科学观察和科学实验的能力、进行科学思维的能力.
教师精心设计科学探究活动,让学生体验科学探究的过程和方法,不仅可以激发学生学习的兴趣,而且能够培养学生的探究能力.
以“斜面上物体所受重力的分解”为例.
教师提出问题：根据生活经验,结合前面所学,猜猜斜面上物体的重力有什么作用效果,并且要说出猜想的依据.
经过思考,学生很容易就能够根据生活经验想到,人坐在滑梯上会往下滑,所以重力有把物体沿斜面往下拉的作用效果;人能够感受到支持力,这个支持力和人对斜面的压力是相互作用力,所以重力有使物体压紧斜面的作用效果.
教师精心设计问题,学生积极思考,并提出合理的猜想,通过这样的活动,培养了学生建立假说的能力.
接着教师给出器材（如图4）并提出要求：请同学们根据提供的器材设计实验方案,探究重力的作用效果.
学生设计实验方案后,把钩码放在斜面顶端,发现当斜面倾角较大时钩码下滑,可以找到重力的一个作用效果：把物体沿斜面往下拉.根据弹性板的形变,学生就能找到重力的另一个作用效果：使物体压紧斜面.通过这两个现象,学生知道了重力可以分解为沿斜面向下和垂直斜面向下的两个分力.这样通过实验设计和实验探究,就可以培养学生进行科学观察和科学实验的能力.
接下来,为了引导学生拓展延伸,教师提出问题：改变斜面的倾角,两个分力将会如何变化?
学生通过思考发现,用这一套装置无法精确测量两个分力的大小.要解决这个问题就要用到DIS数字化实验（如图5）,把两个分力随斜面夹角变化的情况显示在屏幕上（如图6）,使实验现象更加明显.图6中线①表示重力沿斜面分力,线②表示重力垂直斜面分力,由图可知：随着夹角逐渐增大,沿斜面平行分力逐渐增大,垂直斜面分力逐渐减小.当夹角为0°时垂直于斜面的分力等于物体重力,平行于斜面的分力等于0°当夹角为90°时平行于斜面的分力等于物体重力,垂直于斜面的分力等于0°两条线的交点对应的夹角正好是45°.以上数据与理论推导得到的结果完全一致.这样就完成了一个由理论探究到实验验证,由定性分析到定量探究的过程.
从根据所学知识和生活经验提出猜想或假设,到根据所得器材初步设计实验方案进行定性探究,再到优化实验方案进行定量探究,让学生体验完整的探究过程,这样的过程是学习物理重要而有效的途径之一.通过这样的科学探究活动,不仅可以使学生体验科学探究的乐趣,享受发现新知识、新规律的成就感和自豪感,还可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题和交流反思的能力.
三、解决实际问题.培养实践意识
交流评估是科学探究的一个重要环节,用所学知识解决生活实际问题是交流评估的有效途径.这与我们平时强调的“学以致用”是不谋而合的.
教学的最终目的是将学到的知识运用到实践中去.学习的物理知识有没有用?就要看学生能否运用所学物理知识解决生活实际问题.这就要求教学要与现实生活紧密联系,在真实生活中通过运用物理知识解决问题,培养学生的实践意识.因此在教学实践中,教师应当培养学生善于运用物理知识和思维解决生活实际问题的能力.
在《力的分解》这堂课中,通过两种方式设置了解决生活实际问题的内容.
第一种方式为解释生活中的现象,如高大桥梁为什么有很长的引桥?盘山公路为什么又弯又长?磨刀为什么不误砍柴工?等等.通过解释现象,学生能更深刻地理解所学知识.
第二种方式为动手解决实际生活中遇到的问题,如“绳拉汽车”（如图7）、“巧断钢丝”（如图8）等.这对学生提出了更高的要求,既要从理论角度给出解释,要能够根据理论设计出实际操作方案.
譬如“巧断钢丝”,首先学生要能根据所学知识画出力的分解的平行四边形,知道合力一定,两个分力随着分力的夹角增大而增大;然后根据这一规律设计出实验方案,并能用相关材料制作如图8所示的实验器具;最后学生动手操作,实实在在地用制作的器具拉断钢丝.
通过以上活动,学生的实践意识自然而然地得到了很好的培养.
总之,在科学探究的过程中,教师要尽可能地创设出联系生活情境的问题,让学生置身于真实的生活情境中思考问题,从而激发学生的学习兴趣,诱发学生的探究动机;要利用好各种实验器材,尤其是用生活中常见易得的工具来设计探究活动,让学生体会到科学探究离我们很近,并没有想象中的神秘,从而培养学生的探究能力;学习的目的就是为了应用,教师在学生掌握知识以后,要适时设计一些联系实际的问题,让学生在解决问题的过程中体验知识的力量,享受成功的喜悦,从而让学生真正爱上科学,达到培养学生实践意识的目的.
通过这样的科学探究,能够培养学生严谨的求知态度,在真理面前人人平等的意识,尊重事实和证据的品格,具有实证精神,勇于弘扬理性,具备运用科学知识、原理和方法解决问题的能力,从而真正落实物理学科核心素养的培养.
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