以问题链和实验链落实核心素养的课堂教学
各位老师，大家好！
今天我们有幸了听了两位老师的精品展示课。听完江阴夏港中学贲校长的课，我给自己的学习体会取了这样一个标题：以实验链和问题链落实物理学科核心素养的课堂教学。
我们都知道，物理学科核心素养主要包括以下四个方面：物理观念，科学思维，科学探究，科学态度与责任。一般来说，一节课上，比较难同时兼顾到这四个方面，但是《电热器 电流的热效应》这节课，却是能够比较好地培养这四个核心素养。
这节课培养学生什么样的物理观念呢？首先是通过实验，联系生活，让学生明白，什么是电热器，然后，通过实验，逐步推进，让学生明白，电热器的电热多少，与哪些因素有关，即电流、阻值和时间。同时让学生理解，电热器工作的过程，是电能转化为内能的过程。即，焦耳定律其本质体现的是物理观念中的能量观。在学生逐步形成了这样的观念之后，创设情境，让学生来进行解释：例如：电视机、电动机、电脑、投影仪的外壳上都有很多小孔，其作用是用于将这些电器工作时产生的热量及时散出去；例如，在积雪、冰冻天气，交通部门会提醒司机朋友慎用雨刮器，否则可能会烧坏电机（雨刮器是有电动机驱动的），例如，新闻报道中的很多火灾，是由于电路老化引发短路，导致电流太大发热。这些是解释现象，其实还可以用来解决问题：例如，远距离输电的过程中，由于导线有电阻，导线会因为发热而损耗部分电能，为了减少损耗，可以采取哪些措施呢？根据焦耳定律，可以减小导线的电阻（当然这存在实际困难），可以降低电流（即新闻报道中经常提及的远距离输电）。这样，物理观念的形成来源于生活，最终又能够用来解释实际现象和解决实际问题。
物理观念，科学思维，科学态度与责任，离不开科学探究这样的具体过程。这节课的核心部分，其实就是科学探究。让学生通过实验，探究出影响电热的因素。首先，贲校长十分注重培养学生的问题意识，问题链的设计是这节课的一大特色。通过实验创设具体的情景，层层递进地提出问题，例如，为什么泡沫会被割断？生活中还有哪些类似的现象？你认为可能的原因是什么？这些都是从实际情境出发发现问题，让学生提出合理的猜测与假设。再如，根据学生提出的猜测和假设，将问题逐步聚焦为，电热的多少可能与电流大小、阻值的大小以及时间的长短有关，在学生已有研究的基础上，进一步提出探究的科学问题，让学生针对问题提出猜想和假设，从而推动探究活动不断深入。
科学探究的证据，是指让学生具有设计探究方案和获取证据的能力，能正确实施探究方案，使用各种科技手段和方法收集信息。在这节课上，学生证据意识和能力的培养，应该说是到处可见。例如，切割泡沫、锡箔燃烧、电阻丝温度升高——这些都是电热的证据；不同形状的锡箔，细的那一段锡箔燃烧了，其他部分没有燃烧，这是电流相同而电阻不同，导致发热不同的证据；短路的锡箔燃烧了，接在灯泡电路中的锡箔没有燃烧——这是电流大小不同导致电热多少不同的证据。等等。获取证据的能力，还包括掌握课程标准要求的实验器材的使用能力、实验方案的设计能力以及数据的收集能力。我们看到，在实验探究的过程中，贲老师注重通过问题，引导学生顺利设计了实验方案，要求学生根据实验方案，使用提供的实验器材进行组装、连接电路等，协助学生制定了表格，收集必要的实验数据。等等。课堂教学中的这些做法，都是为了培养学生在科学探究中的证据能力，让科学探究落到实处，而不是简单地走一下形式。
科学探究的解释，是指学生具有分析论证的能力，会使用各种方法分析获取的信息，描述和解释获得的结果，并基于证据得出合理的结论。例如，学生对锡箔的形状改变进行了分析，得出，都是锡箔，长度一样，但是横截面积不同，因此，锡箔的阻值应该是不同的，中间那段锡箔横截面积小，所以阻值大，而电流相同，中间的锡箔燃烧了，说明在电流相同的情况下，阻值越大，产生的热量越多。基于这样的认识，他们在进行后续的实验设计的时候，就有了清晰的思路，即，对于实验的变化趋势，有了比较科学的猜测和预测。再如，学生在自主探究实验得出了相关数据之后，开始基于证据，分析相关的现象和原因——他们发现，电流相同的时候，阻值大的电阻丝瓶子里面的液体温度的升高值大于电阻丝小的那瓶液体。而且学生提到，如果是只有一组实验得出这样的数据，值得怀疑，那么两组实验得出类似的数据，则说明这不是偶然，而是一种必然。学生的这样的判断，说明他们对获得的证据的可靠性进行了评估。同时，学生还对电阻相同而电流不同的情况下，得到的液体的温度上升值进行了比较和评估，结合他们观察演示实验时进行的猜想，终于得出结论：电热器的发热量多少与电流的大小、阻值的大小、通电时间的长短，存在正相关。这一过程，充分锻炼了学生的探究能力。
科学探究的交流，是指学生具有交流与合作的意愿和能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果。整节课上，师生之间的交流，学生与学生之间的交流，是相当丰富的。贲老师通过创设情境，引导学生进行猜想，让学生表述自己的猜想和假设。例如，第一个引入实验，让学生表述出了电热这样一个概念，并继续引导，让学生总结出生活中还有哪些用电器，归纳他们的共同之处：利用了电流的热效应，从而给出了电热器的定义。再如，在设计实验的时候，让学生来表述自己的实验方案，让学生根据得出的数据，表述出自己得出的结论，让其他学生来对同学得出的猜想或者结论进行评价，或者提出建议等等。这，都是科学探究中的交流。其实，在学生进行实验的过程中，我们也看到学生之间存在很多的交流。例如，有的小组的学生，对自己得出数据产生了怀疑：都是5欧姆的电阻，电流大小明显不同的情况下，为何液体的温度升高值几乎是一样的？有学生提出，可能是液体的导热性能不太好，有学生提出，可能是天气温度太低导致散热较快，有学生提出，可能是温度计的测温泡距离电阻丝的距离不同，还有学生提出，是不是温度计有问题，是不是要换一根温度计等等。应该说，学生在交流的过程中，彼此思维互补，思想碰撞，产生了很多具有闪光点的想法。
科学探究的顺利进行，自然离不开科学思维。
科学思维包括模型建构，科学推理，科学论证，质疑创新等要素。
模型建构有助于学生抓住事物的关键要素，本节课引入新课的实验，电阻丝发热切割泡沫，其本质就是对电热切割机的模型建构。模型建构能力，还能够学生就能够在得出焦耳定律之后，再模型具体化到生活情境中，去解释很多现象，例如，短路导致的火灾，电动机被卡住之后会烧掉等等。
科学推理，在本节课中也有充分的体现。例如，同样的锡箔，在短路电路中，会起火燃烧，而与灯泡串联之后接入电路中，并没有燃烧，学生据此推理：电热的多少与电流的大小显然有密切关系。再如，形状改变之后的锡箔接入电路中，细条状的部分起火燃烧，而其他部分没有起火，说明，电流相同的情况下，电热的多少与电阻的阻值有密切关系。基于这样的科学推理，为后面的探究奠定了基础。
科学论证，则表现得更加充分。例如，贲校长在情境创设的基础上，学生猜测，电热的多少可能与电流大小、阻值大小等有关，那么该采用什么样的研究方法呢？学生均比较顺利地提出了控制变量法，并根据这样的方法，设计出了电流相同电阻不同、电阻相同电流不同的实验方案。同时，在如何判断电热多少的问题上，引导学生想到了用转换法，将较难测量的热量通过温度来显示出来，且学生明确提出来，液体的种类必须相同，液体的质量也必须相同。那么，选做什么样的液体呢？ 选择水这种最常见的液体呢，还是选择煤油等其他液体呢？为什么呢？当然，如果有学生提出来选择气体，那就更好，只是选择气体，又需要通过液柱的高低差异来显示温度的变化差异。通过引导式提问，让学生进行讨论和思考，如何对这些变量进行控制、如何对方案的设计进行优化，这，都有利于学生科学论证能力的培养。
质疑创新，在这节课上也有体现。例如，贲老师让学生分组进行的探究实验，与课本上的实验方案就有所不同，对课本原实验进行了改进，这本身就是一种创新；贲老师所用到的这些器材，也都不是现成的，而是自己制作的，这也是一种创新；学生对实验方案的不断修正和完善，也是一种创新。另外，学生对焦耳定律为什么是I2Rt，而不是U2t/R的质疑，对很多为什么很多用电器电功往往大于电热？对于电动机被卡住之后为什么电流迅速增大的质疑等等，都是属于质疑创新。
科学态度与责任。包括科学本质、科学态度和社会责任。
科学本质，通过实验现象和实验分析，学生能够逐步认识到，电热产生的本质，是能量转化的过程，在转化的过程中，往往不仅能产生电热，还可以对外做功，发光等等，所有这些看似迥异的现象，其本质，都是能量在进行各种形式的转化。这为学生树立能量观念，逐步建立能量守恒的思想，都能产生积极作用。
关于科学态度，教学过程中，贲老师通过实验创设情境，有效激发了学生学习物理知识和研究物理现象的好奇心与求知欲；贲老师让学生基于现象证据和合理的逻辑，发表自己的见解，提出自己的方案；贲老师能够从不同的角度完善实验方案，并指导学生在探究实验的过程中与同学分工合作，有的连接电路，有的检查电路，有的计时，有的记录数据等等，而且，指导学生要尊重实验过程中客观得到的数据，而不去篡改实验数据等等，这些，都是对科学态度的培养。
对于社会责任，也有合理的提及，例如在教学过程中提及要合理利用电能、避免短路现象以免造成火灾等等。
以上，是我对贲老师在教学过程中，对核心素养各个要素的落实情况的一个简单总结。
下面，我们回顾一下贲老师的具体的教学过程：
本节课上，贲校长以实验链和问题链互为驱动，推动了整个探究过程，彰显了科学探究的本质。
一、新课引入
实验引入：（实验1：电阻丝切割泡沫）
问题1：为何能切割？——温度升高——原因：电流产生了热量！从而，引出电流的热效应。给出电热器的定义。
二、探究活动
（一）引导猜想
电流通过导体时产生的热量与哪些因素有关呢？
教材上提到小明猜想电热器产生的热量与电流有关，小华猜想与电阻有关，这是教材对学生探究的导向。贲校长并未就事论事，而是引导学生进行猜想。我们都有这样的教学经验，学生根据自己的生活经验，会作出了很多的猜想。很多时候，我们往往认为应该既然放开猜想，不如就彻底放开猜想，但是我们认为这个做法其实并不合适。因为物理课堂上的猜想，是科学猜想，不是天马行空式的瞎想，课堂时间有限，胡乱的猜想，需要老师一一加以排除，不仅浪费时间，还会让有价值的猜想或者有闪光点的思想反而被次要因素淹没。
（实验2：口香糖纸短路试验）
问题1：燃烧，说明什么？温度高！
（实验3：口香糖纸与灯泡串联试验）
问题1：同样是锡箔纸接入电路，为何没有燃烧？两个电路的区别在哪里？电流不同！
问题2：这个现象说明，电热的多少可能与什么因素有关？
通过实验和提问，抽丝剥茧，得出电热的多少可能与电流相关！
这样的引导式的猜想，能够让学生逐渐养成把注意力集中在关键问题和本质问题上，而抛弃次要因素的习惯。这给了我重要的启发：例如我们平时教学过程中，也经常会让学生进行猜想，在学生进行猜想的时候，我们可以适时地提出问题：你有哪些实例支持你的猜想？要求学生列举出更多生活中的实例来支持这个猜想，从而达到让学生进行“有依据的猜想”这一目的。即，让学生的猜想具有真正的科学猜想的价值。
（实验4：口香糖纸作剪切后与灯泡串联）
问题1：中间与两侧相比，电阻哪个大？依据是什么？
问题2：通电时，电流一样吗？依据是什么？
通电后发现中间部分着火了，
问题3：这个现象说明电热的多少还可能与什么因素有关？——电阻
问题4：为什么不是电流呢？——电流相同
问题5：用电水壶烧水，随着时间的增加，水温逐渐升高，说明电热的多少还可能与什么因素有关呢？——时间！
（二）设计实验
问题1：刚才大家的猜想是电热与三个因素有关，在设计实验时应采取什么方法？
——控制变量法！
问题2：如何比较两个电阻通电的时候产生热量的多少？
——比较温度！
问题3：方案1如何比较电热多少？
问题4：方案2如何比较电热多少？
问题5：选择哪个方案？为什么？
（三）实验探究
（实验5：探究电流大小对产生电热的影响）
问题1：如何改变电流大小？——滑动变阻器！
问题2：通过这个实验得到什么结论？
——学生在叙述结论的时候，提醒了学生注意控制变量！
（实验6：探究电阻的大小对产生电热的影响）
问题1：如何控制电流相同？如何控制时间相同？
——学生：串联！
学生回答很多，贲校长注意引导学生得出串联的方法（电流相同，控制相同的时间也比较简单），这是注重探究过程中的思维深度发展。
问题2：通过这个实验得到什么结论？
——由学生来表述结论。
教师：以上探究，只能得到电热与电流、电阻、时间的定性关系，并不能得到电热与这些与因素的定量关系。
实验探究活动结束后，要求学生利用电功公式和欧姆定量进行数学推理，从理论上推导出焦耳定律，说明理论探究与实验结论的一致性，这实际上体现的是科学思维中的科学论证，让学生锻炼的数理结合能力和逻辑推理能力。这一点我十分赞同。
以上我们可以看出，贲老师的多个实验所涉及到的器材，工具，都是比较简单的，甚至是廉价的，实验装置并不美观，甚至是很简陋的。然而，这些装置，十分贴近学生的生活实际，直观性非常好，能够清晰地展示现象，能够有条理地说明问题，起到了非常好的教学效果。这些瓶瓶罐罐式的器材、拼拼凑凑式的实验活动，正是贲老师卓越的教学智慧的展示，也正是物理学深层次美感的体现。前不久在淮阴举行的高中物理省物理实验创新大赛，很多实验器材在创新性上并没有突出的表现，但是却显得高大上，高：制作价格高，据说那个巨型牛顿管，成本花费了7万元，这样的成本，没有几个学校能够承担得起，这样的作品，很大程度上就是为了拿奖；大，尺寸大，体积大，是这次获奖作品们的普遍特征，给存放和运输带来很大麻烦，甚至没有办法走进真正的课堂；上，看上去很上档次，不少装置看上去十分精美——，教师们制作的痕迹基本看不到，工厂化生产的特征到十分明显。当然，这些作品能够拿到一等奖，在直观性等方面的确可圈可点，只是，在推广性方面存在局限性。我个人不太赞同。
我们也知道，有的老师在上这节课的时候，在定性分析的基础上，还采用了定量研究的方式，试图从实验中比较严格地得到焦耳定律。
这个定量的实验具有一定的必要性。因为瓶瓶罐罐、拼拼凑凑做实验的形式，毕竟存在一些不足，所以，用好更先进的器材进行补充和完善实验，我觉得也是完全可以的，毕竟，这能够让学生更直观地看到定量的关系，更深刻地体会物理的本质。
但是，我跟贲校长沟通过，贲校长最初设计的时候，的确也试图用传感器来进行定量实验，但是反反复复地实验之后发现，误差实在太大，完全无法得到满意的定量关系，后来把还把速尔威公司的物理实验的专业工程师请过来，也没有办法达到预期目的。后来有同事提出来，反正这个实验是做给学生看的演示实验，实在不行，就在软件里面动点手脚，弄点假数据来糊弄糊弄学生好了。我们认为，物理学的一大特征就是美，而“真”，就是“美”的一大要素，无论如何，不能造一组数据来欺骗学生。于是，贲老师后来就果断放弃了定量研究这样一个课堂的所谓亮点。这一点，我也是十分赞同。
不过据说，的确有老师在大型的公开课里面利用传感器得出了严格的定量研究数据，这是我们以后要学习改进的地方。
（实验7：电阻丝换成铜导线，切割泡沫）
问题1：为何电阻丝能切割，而串联的铜导线却不能切割？
问题2：远距离输电，导线发热损耗电能，可采取什么措施：（减小电阻，降低电流）
问题3：电视机、电动机、电脑外壳上为何有许多小孔？（散热）
问题4：雨刮器在积雪和冰冻，为何要慎用雨刮器？（会烧坏）
——（实验8）：电动机正常工作的时候的电流和电动机被卡住的时候的电流
问题5：相同时间内，电动机被卡住和正常运转时，消耗的电能哪个多？
综合以上，我们可以看到，本节课的探究过程，主要是通过设计得十分精致和巧妙的实验链以及指向明确、层层递进的问题链互相驱动的一个探究过程，我们可以看到，贲老师对培养学生科学探究能力是有较深的思考的。
1. 有价值的问题来源于对学生现状的准确把握。
对学生提问，是让学生进行科学探究的前提，脱离了问题，科学探究就无从谈起。在准确把握学生认知情况的基础上，教师提出指向性很强的问题，既能帮助学生把新发现的事实与已有的认知之间的联系揭示出来，又能增强学生根据事实进行思考的能力，这反过来能够培养学生敏锐地发现问题和提出高价值问题的能力。层层递进的提问，让学生在探究过程中，不断进行新的思考，不断地提出新的解决策略和实验方法，形成了一个有梯度、有价值的问题链，也形成了一个具有创新性和挑战性的实验链。两个链条互相驱动，推动了探究活动的不断深入。现在不少课堂上追求让学生动起来，这本身是好事情，只是，有的课堂上的动，只是浅层次的形式上的动，看上去热热闹闹，但是由于缺少有价值的问题的追问和引领，学生的思维并没有真的动起来，这样的活动，在某种程度上是虚假的动，没有价值的动，是低效的动，不值得提倡，甚至应该是反对的。
2. 引导学生科学猜想，内化探究的意识与方法。
贲校长通过实验链的巧妙设计，帮助学生调动原有的知识和经验，对事实的成因或结果做出假设或解释，这是科学猜想。科学的猜想有助于培养学生的深度思维能力。探究的策略与方法，贲校长并未直接指定，而是引导学生根据具体的问题作出恰当的选择和完善，教师在这个过程中所起的作用是组织和引导，而没有替代学生的探究猪蹄地位。长期坚持这样的探究模式，能有助于将科学探究的意识和方法逐渐内化为学生探究认知的一种本能。
3. 科学探究过程中的交流与表达。
本节课并没有利用大量文字投影展现题目或者结论之类，而是利用实物创设情境，让学生直观感受并加以理解和解释，锻炼了学生“说”的能力。学生经过一系列的问题链和实验链互为驱动的探究之后，在观察、分析的基础上，逐步得出解释性结论，这些结论是由学生主动生成的。结论或者解释，由学生来完善和表达，这也是科学探究的重要价值所在。
总之，贲校长在这节课上，通过实验链和问题链，有效地推进了学生探究活动，在探究的过程中，比较全面地培养了学生的物理学科核心素养，因此，以实验链和问题链有效落实学生的学科核心素养，是我听课学习的最大感受。
才疏学浅，不当之处，请各位专家各位同行批评指正。