實驗探究下的物理核心素養的培養

蔣定春（浙江省臺州玉環楚門中學，浙江 臺州）

作為物理學科的核心素養之一的“實驗探究”是指：提出物理問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據得出結論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。本文以教學“探究彈性勢能的表達式”為例對如何培養學生的實驗探究能力進行研討，其重點在于如何引導學生通過實驗尋找影響彈性勢能的因素，并通過實驗來證明自己猜想的正確性，同時能向同學交流自己的觀點和看法，從而實現對學生物理基本核心素養培養的目標。

一、提出問題

“探究彈性勢能的表達式”這節課的內容是建立在功能關系及重力勢能的基礎上的，所以，在這節課的教學時，我們先組織學生對“重力勢能”的相關知識進行了回憶，并提出了下面幾個我們這節要解決的問題：

（1）什么是彈性勢能？

（2）彈性勢能和重力勢能之間有什么關系？

（3）影響彈性勢能的因素有哪些？

（4）思考：你能用生活中的例子及實驗來證明你的觀點嗎？

……

組織學生先結合上述的問題對教材內容進行學習，并借助多媒體向學生展示一些生活中與彈性勢能有關的現象，比如：張弓射箭、打彈弓、撐桿跳遠、蹦極等。之后，提出問題：那么，我們該如何計算彈性勢能呢？彈性勢能的表達式是怎樣的呢？這樣的過程不僅能夠順利地導入新課，也能提高學生的課堂參與度，對實驗探究活動的開展有著重要的促進作用。

二、猜想假設

問題提出后，我們要鼓勵學生大膽進行假設，這是培養學生科學素養的基礎，也是學生創新能力形成的前提。所以，為了能夠讓學生做出更為“靠譜”的假設，我先借助多媒體向學生展示了這樣一個情境，即：一個彈簧自然伸長，一個小車在光滑的水平面上從彈簧的左側向彈簧運動，當它遇到彈簧后減速。思考：這一情境下會有怎樣的現象產生？引導學生與小組成員之間進行討論，比如：有學生說小車的速度減慢，因為彈簧給了小車一個相反的作用力。還有學生說小車的速度減慢，是因為小車的動能減少，另外一種能量勢必會增加。

……

組織學生說一說自己的認識和觀點，最后，引導學生思考：結合重力勢能的定義，這另外一種能量應該是什么呢？這種能量與什么有關系呢？一步步引導學生做出“彈簧彈力做功”對彈性勢能是有影響的這一假設。那么，彈性勢能的大小還與其他什么因素有關系呢？再次引導學生進行假設，并大膽提出自己的猜想?？梢?，這樣的猜想假設過程不僅能夠鍛煉學生的物理探究能力，也能為下一步實驗驗證的開展做好前提工作。

三、實驗驗證

對于學生做出的假設，我們該如何進行實驗驗證呢？引導學生從教材出發，借助“橡皮筋若干、帶彈簧的圓珠筆、不同勁度系數的彈簧、小車、木板、刻度尺”等相關的實驗器材進行自主實驗，以此來驗證自己的假設是否正確？比如：研究彈性勢能Ep的大小與彈簧伸長量l有關時?？梢宰屚瑢W們進行了如下幾種實驗驗證。

實驗一：選擇不同進度系數的彈簧、小車、模板、刻度尺進行實驗。

實驗二：選擇相同進度系數的彈簧、小車、模板、刻度尺進行實驗。

引導學生對這兩個實驗設計先進行分析，根據小車被彈簧彈出的距離來分析彈性勢能的大小，進一步來確定兩實驗是否能夠達到預期的實驗效果，并說出理由。同時，向學生滲透“控制變量法”的相關知識，讓學生明確真正明白實驗一和實驗二之間的不同，也確保后續的其他實驗順利進行。

之后再引導學生思考重力勢能與重力做功之間的功能關系，應用類比的方法讓學生明白彈力做功是彈性勢能變化的量度，最后再組織學生用類比求勻變速運動的位移方法（應用圖象面積法）求出重力勢能的表達式，由于后面有教學不涉及實驗探究，我不進行詳述。

在實驗驗證時，教師要給學生搭建自主實驗、自主驗證的平臺，以確保學生在主動求知中形成基本的物理素養。

四、總結反思

總結反思是學生進行實驗探究活動的最后一步，但也是不可缺少的一部分。

教師的總結反思：從整個教學過程來看，學生都能積極地參與到每個環節之中，尤其是實驗探究環節，學生積極地進行了實驗設計，并能進行原理分析。雖然一些學生的設計存在改進之處，但也值得肯定。

學生的總結反思：在問題提出環節是否對教師提出的問題進行了積極解決；在大膽猜想環節是否提出了自己的觀點和想法；是否有自己的方法驗來驗證我們的猜想；在實驗探究時自己是否積極參等。

不論是教師總結反思還是學生總結反思，目的就是要在總結與反思中發現問題，明確自己的改進方向，這樣才能確保課程教學目標的順利實現，才能在這個過程中幫助學生形成基本的物理素養。

作為一名高中物理教師，我們要認真學習物理核心素養的內容，要通過組織恰當的教學活動來為學生的發展以及自主學習、實驗探究搭建平臺，鼓勵學生在積極主動的求知中形成基本的物理素養，同時也為學生科學素養的培養打下一定的基礎。