初中物理“探究行為”的設(shè)計(jì)重點(diǎn)與組織要點(diǎn)

駱波+許幫正

筆者認(rèn)為，課堂教學(xué)評價(jià)的效度取決于課堂的組織和評價(jià)點(diǎn)設(shè)計(jì).為使評價(jià)結(jié)果促進(jìn)學(xué)習(xí)，需要構(gòu)建以“探究行為”為核心學(xué)習(xí)行為的初中物理課堂（以下簡稱“行為課堂”）;筆者也重點(diǎn)研究了學(xué)生“探究行為”的先行設(shè)計(jì)、有效導(dǎo)引、課堂組織、科學(xué)評價(jià)，以讓學(xué)生在經(jīng)歷探究中更好地領(lǐng)悟科學(xué)方法、培養(yǎng)探究能力，提高物理課堂學(xué)習(xí)效益.本文圍繞初中物理中的《動(dòng)能 ?勢能 ?機(jī)械能》課例，介紹筆者對“探究行為”的先行設(shè)計(jì)與“課堂組織”的相關(guān)探索.

一、“行為課堂”的主旨：激發(fā)純粹興趣和發(fā)展探究思維

（一）激發(fā)對科學(xué)純粹的興趣

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》將“保持探索科學(xué)的興趣與熱情”列入課程總目標(biāo)，情感、態(tài)度、價(jià)值觀的首要目標(biāo)是“有學(xué)習(xí)物理的興趣，有對科學(xué)的求知欲，能保持對自然界的好奇”.黃恕伯老師在《物理教學(xué)頂層設(shè)計(jì)的思考》中反復(fù)強(qiáng)調(diào)：培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣是中學(xué)物理課程的重要目標(biāo)，是初中物理課程的首要目標(biāo).為激發(fā)興趣，在操作層面上物理課堂要讓學(xué)生動(dòng)起來，這里的“動(dòng)”是有目的的實(shí)驗(yàn)、研討或思維的交流，其集中的體現(xiàn)就是“探究行為”.

（二）發(fā)展探究能力和思維品質(zhì)

初中物理重在讓學(xué)生在經(jīng)歷探究中領(lǐng)悟科學(xué)方法、培養(yǎng)探究能力.學(xué)生探究能力的培養(yǎng)不可能只通過理解就能實(shí)現(xiàn)，學(xué)生必須經(jīng)歷探究的過程，在這個(gè)過程中，學(xué)生要有相關(guān)的“探究行為”，某一方面的基本能力一定是和相關(guān)的行為聯(lián)系在一起的.因此，要關(guān)注學(xué)生的發(fā)展必須關(guān)注學(xué)生的“探究行為”.[1]

筆者所在區(qū)域使用的教學(xué)載體是劉炳昇教授主編的蘇科版初中物理教材，該教材在編寫時(shí)把“探究活動(dòng)”作為“構(gòu)建物理基本知識(shí)結(jié)構(gòu)、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、體現(xiàn)課程理念”的主線，良好的載體為“探究行為”成為課堂核心學(xué)習(xí)行為搭建了平臺(tái).

簡言之，無論站在課程目標(biāo)的高度，還是著眼物理教學(xué)的本質(zhì)特征，抑或立足教材這一基本的課程資源，都需要“構(gòu)建以‘探究行為為核心學(xué)習(xí)行為的初中物理課堂”.

二、“探究行為”的設(shè)計(jì)：重點(diǎn)考慮探究行為發(fā)生的載體

（一）學(xué)習(xí)目標(biāo)的制定

探究教學(xué)作為一種教學(xué)組織方式，首要考慮的應(yīng)是準(zhǔn)確解讀課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，在分析教材和學(xué)生學(xué)情的基礎(chǔ)上，把課程標(biāo)準(zhǔn)的要求分解為具體課時(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo).學(xué)習(xí)目標(biāo)通常包含以下四個(gè)要素：行為主體（默認(rèn)為學(xué)生）、行為動(dòng)詞、行為條件和表現(xiàn)程度.就行為動(dòng)詞而言，“行為課堂”中常用的技能性目標(biāo)行為動(dòng)詞有“會(huì)測量、會(huì)使用、會(huì)選用”等，常用的體驗(yàn)性目標(biāo)行為有“觀察、經(jīng)歷、探究”等.

案例1：“動(dòng)能 勢能 機(jī)械能”學(xué)習(xí)目標(biāo)的制定

課標(biāo)要求：知道動(dòng)能、勢能和機(jī)械能.通過實(shí)驗(yàn)，了解動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.

教材編排：教材先后安排了三個(gè)探究活動(dòng)：探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)、模擬打樁、觀察擺球動(dòng)能和重力勢能的轉(zhuǎn)化，其中第一個(gè)是重難點(diǎn)，對學(xué)生探究能力有較高要求，需安排學(xué)生分組實(shí)驗(yàn).“生活、物理、社會(huì)”安排了一段“大海中蘊(yùn)藏的機(jī)械能”的短文，使學(xué)生了解到在大海中還有巨大的能源有待我們?nèi)ラ_發(fā).教材中還編排了4個(gè)實(shí)例分析和2個(gè)小制作，可作為學(xué)習(xí)評價(jià)的載體和課堂學(xué)習(xí)的延伸.

學(xué)生分析：由于動(dòng)能、重力勢能、彈性勢能在八年級的學(xué)習(xí)中已經(jīng)出現(xiàn)，有關(guān)它們的一些現(xiàn)象，學(xué)生并不陌生.“定性探究決定有關(guān)能量大小的因素”，對學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)方案、分析論證等探究能力有較高要求.“動(dòng)能和勢能的相互轉(zhuǎn)化”，對學(xué)生而言既陌生又抽象.

基于以上分析，本節(jié)教學(xué)應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)探究（分組實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、觀察與分析），加強(qiáng)物理與生活、社會(huì)的聯(lián)系，著力構(gòu)建以學(xué)生的“探究行為”為核心學(xué)習(xí)行為的初中物理課堂.學(xué)習(xí)目標(biāo)如下：①通過探究，知道動(dòng)能的大小與物體的速度和質(zhì)量有關(guān).②通過觀察和實(shí)驗(yàn)，知道彈性勢能與彈性形變大小有關(guān);通過探究，知道重力勢能的決定因素.③通過觀察和實(shí)驗(yàn)，了解動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化過程，并能簡要說明一些有關(guān)動(dòng)能與勢能相互轉(zhuǎn)化的物理現(xiàn)象.

（二）思維載體的設(shè)計(jì)

認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為，“行為”是“思維”的體現(xiàn)，“行為”又可以促進(jìn)“思維”的創(chuàng)新，“行為”與“思維”結(jié)合的紐帶就是“有價(jià)值的問題”.[2]為使思維活動(dòng)既連貫又不乏躍遷，應(yīng)將問題整合成具有內(nèi)在邏輯的問題鏈.

案例2：“動(dòng)能 勢能 機(jī)械能”問題鏈設(shè)計(jì)

問題鏈1：概念建構(gòu)（探究活動(dòng)的準(zhǔn)備）

下列物體是否具有能量？你是如何感受到的？

運(yùn)動(dòng)的錘子將鐵釘釘入木板 （動(dòng)能）;拉長的橡皮筋能將子彈射出 （彈性勢能）;被舉高的磚塊能使小桌陷入沙子中 （重力勢能）.

問題鏈2：提出猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（探究行為的設(shè)計(jì)）

①以小車為研究對象，怎樣讓它運(yùn)動(dòng)起來？②如何顯示小車的動(dòng)能大?。竣鄹鶕?jù)生活經(jīng)驗(yàn)，動(dòng)能大小可能與哪些因素有關(guān)？④怎樣研究上述因素對動(dòng)能大小的影響？

問題鏈3：應(yīng)用（探究結(jié)論的應(yīng)用）

①為什么要規(guī)定汽車行駛的最大速度？為什么卡車限速要低一些？②為什么建造水電站時(shí)要建造攔河大壩將水位抬高？

問題鏈要圍繞“探究行為”系統(tǒng)地設(shè)計(jì)，要利于探究行為廣泛、有效地發(fā)生.

以上問題鏈與“探究行為”的關(guān)聯(lián)如圖1所示.

（三）資源載體的設(shè)計(jì)

物理課程的實(shí)踐性很強(qiáng)，“行為課堂”倡導(dǎo)把實(shí)驗(yàn)作為核心的課程資源，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為全面提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和體現(xiàn)課程理念的重要途徑.

案例3：“動(dòng)能 勢能 機(jī)械能”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)1：探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)（如圖2）

本實(shí)驗(yàn)研究的對象是小車，而觀察的對象是木塊被撞擊后移動(dòng)的距離，因此需要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到木塊移動(dòng)的距離越大，小車撞擊前的動(dòng)能越大，但不必深究在撞擊過程中能量轉(zhuǎn)移的過程.為了讓學(xué)生接受“質(zhì)量不等的小車從同一個(gè)斜坡的同一高度釋放，運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí)，它們的速度大小相等”這一信息，教師可增加一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)：去掉木塊，讓兩個(gè)質(zhì)量不等的小車同時(shí)從同一高度滑下，可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)小車的運(yùn)動(dòng)情況是一樣的.為了提高實(shí)驗(yàn)效果，建議在木塊的撞擊面上墊一層泡沫塑料.[3]endprint

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)2：觀察擺球動(dòng)能和重力勢能的轉(zhuǎn)化（如圖3）

學(xué)生實(shí)驗(yàn)前，先讓學(xué)生觀察并討論上拋小球在上升階段和自由下落階段動(dòng)能與勢能之間的轉(zhuǎn)化情況，為下一步過渡到觀察比較復(fù)雜的擺球擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊.學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中，要指導(dǎo)學(xué)生在適宜角度釋放小球，避免與鐵架臺(tái)發(fā)生碰撞.實(shí)驗(yàn)分析時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生著眼于影響動(dòng)能、勢能的因素（如速度、高度等），從而掌握分析動(dòng)能、勢能轉(zhuǎn)化情況的一般程序.

教師演示實(shí)驗(yàn)：魔罐（如圖4）

本課魔罐的身影共出現(xiàn)三次.一為激趣：課堂伊始，從傾角較小的斜面釋放魔罐，觀察到魔罐滾下斜面，然后自動(dòng)返回，又沖上斜面，與學(xué)生已有生活經(jīng)驗(yàn)形成強(qiáng)烈沖突，激發(fā)探究興趣.二為釋疑：在觀察與分析動(dòng)能、勢能相互轉(zhuǎn)化的若干實(shí)例后，撕掉魔罐外表面包裹的紙張，觀察到魔罐內(nèi)有鉤碼和橡皮筋，發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)過程中橡皮筋會(huì)扭曲（彈性形變）、返回過程中又恢復(fù)原狀.三為延伸：課堂小結(jié)后，再演示魔罐實(shí)驗(yàn)，觀察到魔罐往復(fù)滾動(dòng)，且滾動(dòng)幅度逐漸減小直至最終停止，引導(dǎo)學(xué)生課后思考機(jī)械能守恒的粗略條件.

學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)：模擬打樁（如圖5）

選用玻璃容器盛沙，以便于觀察“樁”被打下的深度.“樁”可用演示壓強(qiáng)的小桌來替代.“重錘”的質(zhì)量適宜，可用大小不等的磚塊.實(shí)驗(yàn)演示操作中，學(xué)生站上講臺(tái)面對同學(xué)們，磚塊平落以免撞擊后小桌歪斜，用不同顏色粉筆在桌腳標(biāo)記以便直觀比較下陷深度.

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在開發(fā)實(shí)驗(yàn)資源時(shí)要特別關(guān)注以下兩點(diǎn)：一是不同學(xué)段探究能力目標(biāo)的層遞性，其中八年級更加注重觀察和描述、提問和猜想、操作與信息收集、交流與合作，九年級除繼續(xù)關(guān)注以上四項(xiàng)外，逐步關(guān)注設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、信息處理、分析概括并提倡評估.二是不同實(shí)驗(yàn)類型探究能力目標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)，其中演示實(shí)驗(yàn)側(cè)重提升觀察品質(zhì)（目的性、客觀性、精細(xì)性、敏銳性）和分析能力（分析與綜合、比較與分類、抽象概括與具體化），學(xué)生實(shí)驗(yàn)的探究過程更加深入且能力目標(biāo)更為全面.教學(xué)實(shí)踐中，我們應(yīng)根據(jù)具體情況適當(dāng)增設(shè)一些學(xué)生實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，如本課增設(shè)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)“觀察擺球動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化”.為突破課時(shí)限制，使學(xué)生經(jīng)歷較為完整的探究過程和獲得開放性的技能訓(xùn)練，我們倡導(dǎo)開展綜合實(shí)踐活動(dòng)和進(jìn)行課外小制作，如本課作業(yè)——“完成如圖6所示小制作，比一比誰的卡片跳得高，想一想在此過程中彈性勢能、動(dòng)能、重力勢能是如何轉(zhuǎn)化的？”

三、“行為課堂”的組織：注重思維可視化

“行為課堂”重視學(xué)生自身的思維沖突和深入思考，注重在探究活動(dòng)中養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣.為促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展，并為教師優(yōu)化探究設(shè)計(jì)提供依據(jù)，我們主張對“探究行為”進(jìn)行科學(xué)地評價(jià).鑒于思維發(fā)展的必要和科學(xué)評價(jià)的考量，“行為課堂”在課堂組織中注重思維可視化.思維可視化的手段可以是實(shí)驗(yàn)或具體實(shí)例，也可以是創(chuàng)設(shè)物理模型的理論論證，實(shí)驗(yàn)必須是現(xiàn)象明確，理論論證則要求注意思維的條理性和物理模型的典型性.[2]本課主要從如下角度凸顯了思維可視化.

（一）實(shí)驗(yàn)質(zhì)疑：引動(dòng)思維

“意料之外”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能激起學(xué)生強(qiáng)烈的探究興趣，引動(dòng)思維去求索“為什么會(huì)是這樣”.

案例4：“魔罐”實(shí)驗(yàn)引動(dòng)思維

師：從斜面某一高度釋放易拉罐，直覺告訴你它將如何運(yùn)動(dòng)？

生：沿斜面滾下，到水平桌面后逐漸減速，最終靜止在桌面上.

師：是這樣的嗎？請細(xì)心觀察易拉罐的運(yùn)動(dòng).

師：易拉罐折返滾上斜面的能量從何而來？本節(jié)課我們共同探究以揭開謎底.

用新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)問題情境，是物理課堂常采用的切入手段，體現(xiàn)了物理學(xué)習(xí)的趣味性.如，用既可倒出白水、又可倒出紅水的魔壺引入《大氣壓強(qiáng)》，以學(xué)生嘗試叉魚的活動(dòng)引入《光的折射》.課堂尾聲再用“情理之中”的原理解釋“意料之外”的現(xiàn)象，首尾呼應(yīng)，彰顯物理知識(shí)的有用性.如，《光的折射》一課在學(xué)生探究了解折射特點(diǎn)后，再次嘗試叉魚，用物理指導(dǎo)實(shí)踐，大大提高了叉魚的成功率.

（二）實(shí)驗(yàn)操作：顯化思維

思維是人腦對客觀事物本質(zhì)屬性與規(guī)律的概括、間接的反映，思維支配下的行為是思維的外顯形式.物理課堂中的實(shí)驗(yàn)操作就是思維支配下的典型行為，因此關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作不能僅僅停留在操作技能層面，而要著眼操作與思維的相互作用，以實(shí)驗(yàn)操作達(dá)成發(fā)展思維的頂層目標(biāo).

如，探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)時(shí)，學(xué)生用粉筆在實(shí)驗(yàn)桌上標(biāo)記木塊被撞擊后滑行的距離.再如，模擬打樁時(shí)，學(xué)生用粉筆在桌腳標(biāo)記下陷深度.表面上看，這些操作是為了增大實(shí)驗(yàn)的能見度，便于觀察或比較.若加以追問，學(xué)生可能就會(huì)表述出“用木塊滑行的距離、方桌下陷的深度來顯示能量”的轉(zhuǎn)化思想.

除了在操作過程中顯化思維外，我們的實(shí)踐表明還可從以下角度充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)對思維的促進(jìn)作用：①在實(shí)驗(yàn)操作前，讓學(xué)生明確觀察的目的與任務(wù);②實(shí)驗(yàn)操作結(jié)束后，重視歸納與評估.

（三）交流評估：梳理思維

評估、交流與合作，是科學(xué)探究的重要要素，也是具有重要思維價(jià)值的探究行為.無論是評估探究過程和探究結(jié)果，還是交流探究活動(dòng)中出現(xiàn)的新問題，抑或通過討論改進(jìn)探究方案，都是對思維的整合與梳理，在提升思維的廣闊性、批判性、深刻性等品質(zhì)上大有裨益.

如，本課小結(jié)時(shí)在對話中引導(dǎo)學(xué)生畫出如圖7所示的能量圖.概念圖、流程圖等思維導(dǎo)圖可形象地顯示一章或一節(jié)中所學(xué)的知識(shí)及其相互關(guān)系.教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生掌握梳理的一般步驟：①列出一章或一節(jié)中的重要概念;②把這些概念按其概括性程度進(jìn)行排序;③把有聯(lián)系的概念用線連接起來，并寫上連接詞.

結(jié)語：我們的研究表明：探究行為的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是以問題鏈為核心的思維載體設(shè)計(jì)和以實(shí)驗(yàn)活動(dòng)為核心的課程資源設(shè)計(jì)，確保探究行為的發(fā)生，避免教師行為包辦或替代學(xué)習(xí)行為;探究行為的課堂組織要點(diǎn)在于利用思維可視化手段組織好核心的探究活動(dòng)，充分挖掘“討論—探究—?dú)w納—評估”各環(huán)節(jié)發(fā)展學(xué)科思維的價(jià)值，確保探究行為的有效，避免盲目或低效的探究.正如某老師所指出的：“在課堂教學(xué)過程中所面臨的諸多問題里面，最核心、最關(guān)鍵、最基礎(chǔ)的問題就是如何改善、改進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為.學(xué)習(xí)物理要?jiǎng)邮帧?dòng)腦，探究行為就是物理學(xué)習(xí)的外顯，其內(nèi)隱是學(xué)生思維和智慧的生長.因此初中物理‘行為課堂的構(gòu)建對把握物理學(xué)科特質(zhì)、優(yōu)化課堂教學(xué)生態(tài)有積極意義.”

參考文獻(xiàn)：

[1] 駱波，許幫正.優(yōu)化評價(jià)量表，構(gòu)建行為課堂[J].中學(xué)物理（初中版），2011（7）.

[2] 許幫正.物理探究教學(xué)的設(shè)計(jì)原則及內(nèi)涵把握[J].中學(xué)物理教與學(xué)，2014（9）.

[3] 蘇科版物理教材編寫組.物理（九年級上冊）教師教學(xué)用書[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2013.endprint