物理学科核心素养是学生必备的科学素养之一，包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等方面
［1］，对学生的全面发展具有重要意义。然而，当前初中物理实验教学存在一些问题，如过于注重知识的传授、缺乏探究性和创新性等，限制了对学生核心素养的培养。探究式实验教学能够激发学生的学习兴趣和探究欲望，培养学生的观察能力、思维能力和动手能力，同时还能够培养学生的团队协作精神和科学态度，可以有效促进学生核心素养的发展。
笔者从核心素养视角出发，通过苏科版“二力平衡”这一具体的实验案例
［2］，探讨探究式实验教学的创新与实践。教材引导学生进行验证性实验，以探究“二力平衡”的特点。这些实验设计操作简单，现象明显，能够轻易地得出预期结论
［3］。验证性实验虽然能够帮助学生掌握一定的实验技能，但也可能限制了学生的思维，学生无法真正理解实验的目的和意义。笔者将验证性实验转换成探究式实验，显化“二力平衡”实验的探究过程，帮助学生理解实验中暗含的探究思想，以期为初中物理教师在核心素养下进行探究式实验教学提供一些参考。
1 以生活为舞台，探寻研究对象
【情境导入】从生活中常见的物体着手，以讲桌上的粉笔盒为例，这个粉笔盒受到哪几个力的作用？
生：重力、支持力。
师：它受到一个竖直向下的重力和竖直向上的支持力，这时候它处于平衡状态，从力的三要素着手，这两个力大小一样吗？方向呢？是否作用在同一物体上？
生：大小相等，方向相反，作用在同一物体上。
【设计意图】将生活中常见的粉笔盒作为受力分析的对象，学生可以更好地将物理知识与现实生活相结合，从而增强学习的代入感和实用性。
2 探究方向遇阻，开辟新的道路
教师引导学生分析受力大小，重力可以用弹簧测力计测量。学生没有学过支持力的测量方法，这两个力不是很好比较。另辟蹊径，换一条思路，竖直方向的力不好比较，那么水平方向的力呢？下面就来研究粉笔盒水平方向的这两个力。
【设计意图】探究实验本就不是一帆风顺的，只有通过不断地尝试、反思、再尝试，才能找到正确的方向，在这个过程中，学生需要保持敏锐的观察力和灵活的思维。
3 减小摩擦阻力，化解认知冲突
【学生实验】学生手拉弹簧测力计，读出各自的示数。经过多次实验，测量出的左右两个弹簧测力计数值大部分都不相等。
【认知冲突】猜测二力平衡的两个力大小相等，预测结果和实验数据不一样，难道猜测错了吗？
生：粉笔盒还受到竖直向下的重力。
师：粉笔盒受到重力，导致在拉的时候，还有一个力也参与进去了，什么力？
生：摩擦力。
师：如何减小摩擦力？
【学生活动】学生小组讨论减小摩擦力的方法。
生1：减小接触面的粗糙程度，把粉笔盒底部打磨光滑，或用光滑的平面，或者在接触面涂上润滑油。
生2：减小压力，把粉笔盒里面的粉笔倒出来，质量变小一些。
生3：变滑动为滚动，在粉笔盒上加轮子。
师：如何把摩擦力减小减小再减小，直到减小为零？
生：把粉笔盒吊起来，悬空就没有摩擦力了。
【设计意图】第一次认知冲突，实验数据和预测结果不一致，让学生意识到还有一个力参与其中，进而分析出摩擦力对实验的影响。在这个过程中，学生运用所学知识解决实际问题，更深入地理解了减小摩擦力的方法，锻炼了他们探究问题的思维，培养了他们勇于探索的精神。
4 探究道路曲折，挑战乐趣并存
【学生实验】学生把粉笔盒悬空后继续实验，发现新的问题：粉笔盒受到重力往下垂，导致弹簧轴线方向与受力方向不一致，无法测量力的大小。
师：粉笔盒受到重力往下垂，无法进行实验，怎样继续改进实验？
生：从粉笔盒上撕下一个小卡片，用小卡片替换粉笔盒，小卡片的质量比较小，几乎不考虑它受到的重力。
【学生实验】实验发现新的问题，两个学生在拉弹簧测力计的时候，弹簧测力计的示数始终不稳定。
师：如何改进实验测量拉力大小？
生：把弹簧测力计换成钩码。
师：用钩码怎样设计这个实验？
生：把卡片放在两个铁架台中间，两边挂上钩码。
【设计意图】通过层层递进的探究过程，拓展思维训练，提升学科素养。在整个探究过程中，引导学生发现问题并解决问题，以积极的态度去面对这个过程，享受每一次挑战和成功，探究实验虽然不是一帆风顺的，但它是一个充满挑战和乐趣的过程。
5 认知冲突再现，过渡教材方案
【学生实验】调整好铁架台，放好卡片，左右两边各挂一个钩码，松手后卡片静止不动。
师：卡片平衡了，左边和右边钩码都是0.5 N，为了避免实验的偶然性，需要多次实验获得更普遍的规律。在左边挂一个钩码，右边挂两个钩码，卡片会不会平衡？
【学生实验】实验发现卡片两边钩码数不一样，还是能保持平衡。
【认知冲突再现】猜测二力平衡的两个力大小相等，难道猜测错了吗？
生：绳子和铁架台接触的部分有摩擦力。
师：怎样把摩擦力减小？
生：加两个滑轮，变滑动为滚动，减小摩擦。
师：经过不断改进实验，最后会惊喜地发现，现在设计的实验器材与书本上给出的图是完全一致的。这个发现让我们更加确信，我们的实验设计方向是正确的，并且成功地解决了书本中未提及的一些潜在问题。
【设计意图】只有通过不间断地发现问题、提出问题、思考问题、解决问题，实现深度学习，才能真正理解教材方案的设计意图以及相关信息所要表达的含义
［4］，从而产生强烈的心理认同感。在解决问题的过程中，学生通过逐步探究得出结论，他们的探究思维能够实现质的飞跃。
6 结语
探究式实验教学是一种基于问题解决的学习方式，通过引导学生进行探究和实验，培养学生的科学素养和核心素养，提高他们的科学素质和实践能力。同时，学生物理核心素养的提升又进一步推动探究式实验教学的深入开展。课标所倡导的“注重问题导向，合理设计探究活动，鼓励学生设计实验方案，改进实验装置和操作方法，留给学生自主探究的时间和空间”
［1］，正是为了帮助学生实现这样的学习方式和思维提升。苏科版教材中的“二力平衡”实验属于验证性实验，笔者通过对该实验进行创新设计，帮助学生理解实验背后所蕴含的探究思想，显化实验中暗含的探究过程，培养了学生的观察能力、思维能力和动手能力。教材方案的设计意图不仅仅是让学生掌握物理概念和理论，更重要的是让学生能够运用所学的知识解决实际问题，培养学生的科学思维和创新能力。
京公网安备11010202008535号
PDF
(405KB)
