基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)科學(xué)探究能力的教學(xué)建議

江西省南昌市第十九中學(xué)(330006) 高 靜

江西省南昌市教研室(330000) 潘碧霞

2017年修訂的《高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出了一個(gè)新的概念——物理核心素養(yǎng)。物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個(gè)方面的要素構(gòu)成。九年義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：科學(xué)探究即是教學(xué)內(nèi)容，也是學(xué)生的學(xué)習(xí)方式以及教師教學(xué)的指導(dǎo)思想，科學(xué)探究的目的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力?？茖W(xué)探究能力主要包括提出問題的能力、收集證據(jù)的能力、解釋能力、評(píng)價(jià)能力、表達(dá)能力。

問題導(dǎo)學(xué)法以問題學(xué)習(xí)為中心，以問題發(fā)現(xiàn)、問題生成、問題解決為主線，以師生圍繞問題共同開展自主、合作、探究學(xué)習(xí)為主要學(xué)習(xí)方式的一種課堂教學(xué)模式。它通過教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)的問題化，建構(gòu)“問題或問題群落”及其學(xué)習(xí)情境；通過以問題為中心的“導(dǎo)引”，讓師生圍繞問題開展自主合作探究學(xué)習(xí)；通過問題的解決達(dá)成知識(shí)的自主建構(gòu)、能力的自我培養(yǎng)、價(jià)值觀的自我確立。

要有效發(fā)揮“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)探究能力，應(yīng)創(chuàng)設(shè)問題情景，以問題為主線，以問題為載體組織開展教學(xué)活動(dòng)，所設(shè)計(jì)的問題應(yīng)該具有以下功能：思維導(dǎo)向功能、思維啟發(fā)功能、情感激勵(lì)功能、方法指導(dǎo)功能。

1 基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)提出問題的能力的教學(xué)建議

九年義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了提出問題的能力要求：能從日常生活、自然現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象的觀察中發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問題；能書面或口頭表述這些問題；認(rèn)識(shí)發(fā)現(xiàn)問題和提出問題對(duì)科學(xué)探究的意義。要有效落實(shí)課標(biāo)規(guī)定的提出問題的能力，在教學(xué)過程中要培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生判斷、選擇可探究的科學(xué)問題。

基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)提出問題的能力，要充分發(fā)揮問題的思維導(dǎo)向功能和思維啟發(fā)功能。首先，創(chuàng)設(shè)問題情景，引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地發(fā)現(xiàn)問題，表達(dá)問題。創(chuàng)設(shè)的問題情景能否有效的引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，取決于創(chuàng)設(shè)的問題情景能否給學(xué)生提供支撐性的事實(shí)經(jīng)驗(yàn)的真實(shí)情境，所隱含的應(yīng)變量和自變量是否在學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)范圍之內(nèi)。其次，通過問題啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的思維，幫助學(xué)生從問題中篩選出能夠進(jìn)行探究的科學(xué)問題。

以“探究歐姆定律”為例，考慮到學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)知道了電壓的作用是使一段電路中形成電流，電阻表示導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小，通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)知道流過同一燈泡的電流越大，燈泡越亮。創(chuàng)設(shè)如圖1所示的問題情景：把3個(gè)相同規(guī)格的燈泡接入不同的電路中，電路1與電路2的不同之處在于電路1只有1節(jié)電池，電路2有2節(jié)電池，電路3在電路2的基礎(chǔ)上接入了滑動(dòng)變阻器。問題情景提供的支撐性的事實(shí)經(jīng)驗(yàn)：同一燈泡的亮度不同隱含著流過燈泡的電流不同；電路1和電路2隱含著對(duì)同一段電路，流過電路的電流大小與該電路兩端的電壓有關(guān)；改變電路3中的滑動(dòng)變阻器接入電路中的有效電阻值，電路中的燈泡的亮度發(fā)生改變，隱含著電壓一定時(shí)，電路中的電流大小與電阻有關(guān)。因此，設(shè)計(jì)以下問題引導(dǎo)學(xué)生有意識(shí)地發(fā)現(xiàn)問題：能否根據(jù)觀察到的燈泡發(fā)光情況提出一個(gè)物理問題？

學(xué)生1：燈泡的亮度為什么會(huì)改變？

學(xué)生2：燈泡的亮度是否與燈泡兩端的電壓有關(guān)？

學(xué)生3：燈泡的亮度是否與電路中的電阻大小有關(guān)？

學(xué)生4：燈泡的亮度與什么因素有關(guān)？

學(xué)生5：為什么電路中的電流大小會(huì)發(fā)生改變？

其次，引導(dǎo)學(xué)生從問題中篩選出能夠進(jìn)行探究的科學(xué)問題。學(xué)生提出的問題一般可以分為兩類，一類是“為什么”的問題，另一類是“是什么”的問題。上述問題中，學(xué)生2、學(xué)生3、學(xué)生4的問題屬于“是什么”的問題，學(xué)生1、學(xué)生5的問題屬于“為什么”的問題。解決“為什么”問題常常需要“是什么”問題的解決為前提，因?yàn)椤笆鞘裁础眴栴}能為后續(xù)的研究提供清晰的思路，且有一個(gè)明確的答案：是或不是。因此，先引導(dǎo)學(xué)生將“為什么”轉(zhuǎn)化為“是什么”的問題，具體步驟如下。第一步把學(xué)生描述的物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為與現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的物理名詞。燈泡的亮度對(duì)應(yīng)的物理名詞是實(shí)際功率，當(dāng)使用的是同一個(gè)燈泡時(shí)，根據(jù)學(xué)生已獲得的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，可以把燈泡的亮度對(duì)應(yīng)的物理名詞實(shí)際功率轉(zhuǎn)化為電流的大小。第二步分析影響電流大小的因素。引導(dǎo)學(xué)生分析電路1與電路2的不同之處，提出問題：“電流的大小是否與燈泡兩端的電壓有關(guān)？”分析電路3，提出問題：“電流的大小是否與電路中的電阻大小有關(guān)？”再根據(jù)分析確定探究的科學(xué)問題：“電流與電壓、電阻之間存在怎樣的關(guān)系？”

2 基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)收集證據(jù)的能力的教學(xué)建議

證據(jù)在科學(xué)探究中的價(jià)值是至關(guān)重要的。在課堂的探究活動(dòng)中,學(xué)生要運(yùn)用獲得的證據(jù)對(duì)相關(guān)問題做出解釋。證據(jù)的獲取,要通過學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的觀察和測(cè)量。證據(jù)的有效性，取決于實(shí)驗(yàn)方案的合理性、測(cè)量和觀察的準(zhǔn)確性。要有效的培養(yǎng)收集證據(jù)的能力，在教學(xué)過程中，通過問題引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和方法，自主的開展科學(xué)探究，讓學(xué)生在不斷的嘗試過程中領(lǐng)悟其中所蘊(yùn)含的科學(xué)方法和科學(xué)思維。

基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)收集證據(jù)的能力，要充分發(fā)揮問題的思維啟發(fā)功能和方法指導(dǎo)功能。教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)問題情景，讓學(xué)生開展自主探究活動(dòng)，使學(xué)生呈現(xiàn)出真實(shí)完整的思維過程和探究路徑，并在此基礎(chǔ)上了解學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知特點(diǎn)及思維狀況。即通過問題讓學(xué)生明白每一步的探究目的，即明白做什么？怎樣達(dá)到探究目的、實(shí)驗(yàn)原理是什么、使用什么實(shí)驗(yàn)方法，即知道怎樣做？

以“探究壓力的作用效果”為例。為了引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基本思路，在探究該實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生的討論聚焦于“如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理(力使物體發(fā)生形變)來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，掌握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵、操作的要點(diǎn)。接下來，教師通過以下問題引導(dǎo)學(xué)生展開討論，并把思維過程和探究路徑“可視化”。

問題1：壓力的作用效果如何顯示？問題指向：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理如何使壓力的作用效果便于觀察和測(cè)量，學(xué)生會(huì)想到用容易發(fā)生形變的物體，如：細(xì)沙、海綿等。滲透實(shí)驗(yàn)方法：轉(zhuǎn)換法。

問題2：壓力的作用效果與兩個(gè)量(壓力大小、受力面積)有關(guān)，應(yīng)該使用什么實(shí)驗(yàn)方法？實(shí)驗(yàn)方案和步驟是怎樣的？問題指向：控制變量法的使用，以及根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案和步驟。壓強(qiáng)是8年級(jí)的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生初學(xué)物理，沒有掌握控制變量法的使用，因此，需要設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和步驟。

問題3：所選器材在實(shí)驗(yàn)中起什么作用？問題指向：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪x擇實(shí)驗(yàn)器材。

問題4：要研究壓力的作用效果跟壓力是否有關(guān)，應(yīng)保持哪個(gè)量不變？改變哪個(gè)量？你準(zhǔn)備怎么改變？研究壓力的作用效果跟受力面積是否有關(guān)時(shí)，應(yīng)保持哪個(gè)量不變？改變哪個(gè)量？你準(zhǔn)備通過什么方法改變？問題指向：學(xué)生的表達(dá)能力，而且能使其他學(xué)生明白其實(shí)驗(yàn)的思路和方法。即學(xué)生討論時(shí)可以說清楚：選用的器材、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、控制和改變的量、具體是怎樣控制和改變的、實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)論。

問題5：實(shí)驗(yàn)中需要記錄哪些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或數(shù)據(jù)？怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格？問題指向：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格的要求：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定需要記錄的物理量和現(xiàn)象、物理量對(duì)應(yīng)的單位、體現(xiàn)多次實(shí)驗(yàn)的要求。同時(shí)讓學(xué)生感受到用表格的形式記錄現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，可以簡單而明確的表示各個(gè)量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于分析和發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，有利于學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3 基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)解釋能力的教學(xué)建議

解釋是指根據(jù)證據(jù)，對(duì)科學(xué)性問題予以解釋，在解釋的過程中，證據(jù)和解釋之間要具有邏輯關(guān)系。解釋是學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的方法,即通過適當(dāng)?shù)姆椒▽⑺^察到的現(xiàn)象或收集到的數(shù)據(jù)與已有的知識(shí)聯(lián)系起來,超越現(xiàn)有知識(shí)、提出新的見解。

基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)解釋能力，要充分發(fā)揮問題的思維啟發(fā)功能和方法指導(dǎo)功能。解釋能力是使用證據(jù)說明自己觀點(diǎn)的能力。要有效使用證據(jù)，需要掌握對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法(運(yùn)用數(shù)學(xué)方法或物理圖像處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))以及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析歸納能力(在對(duì)諸多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、比較的基礎(chǔ)上，歸納出現(xiàn)象的共同屬性，抽象出現(xiàn)象的本質(zhì)特征，形成結(jié)論)。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)問題情景，引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)學(xué)方法或物理圖像對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或?qū)?shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、歸納。

以“探究歐姆定律”為例，為了引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)收集到的證據(jù)解釋歐姆定律，設(shè)置了以下問題。

問題1：根據(jù)收集的證據(jù)能得出什么結(jié)論？問題指向：用數(shù)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在物理學(xué)的定量研究中，當(dāng)一個(gè)量與另一個(gè)量成倍數(shù)關(guān)系時(shí)，才能判斷兩個(gè)量成“正比”或“反比”關(guān)系。而不是只要一個(gè)量隨另一個(gè)量的增大而增大(減少)，這兩個(gè)量就是“正比”或“反比”關(guān)系。

問題2：根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)繪制電阻一定時(shí)的電流—電壓圖像和電壓一定時(shí)的電流—電阻圖像。問題指向：學(xué)習(xí)使用描點(diǎn)法作圖以及根據(jù)圖像處理問題，體會(huì)圖像法的直觀性、簡潔性、準(zhǔn)確性。

4 基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)評(píng)價(jià)能力、交流能力的教學(xué)建議

基于“問題導(dǎo)學(xué)法”培養(yǎng)評(píng)價(jià)能力、交流能力，要充分發(fā)揮問題的思維啟發(fā)功能、情感激勵(lì)功能。

評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容：獲得證據(jù)的活動(dòng)方案是否合理、記錄的數(shù)據(jù)和觀察到的現(xiàn)象是否準(zhǔn)確？探究過程中所獲得的證據(jù)能否支持給出的解釋？這個(gè)解釋能否充分地回答自己提出的問題？從證據(jù)到解釋的推理過程是否嚴(yán)密？從所得到的證據(jù)是否還能提出其他合理的解釋？

交流的目的：學(xué)生要能夠清楚地闡述所研究的問題、實(shí)驗(yàn)方案、獲取的證據(jù)、基于所獲得的證據(jù)對(duì)問題所做出的解釋。其他同學(xué)能夠評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案、基于解釋提出疑問、核查證據(jù)、解釋推理過程中的錯(cuò)誤；或就相同的證據(jù)提出不同的解釋。

5 結(jié)束語

由于教學(xué)時(shí)間的限制、探究內(nèi)容的特點(diǎn)、以及學(xué)生的認(rèn)知水平，確定本節(jié)課著重培養(yǎng)探究能力的一方面或幾個(gè)方面，沒必要每節(jié)課都培養(yǎng)科學(xué)探究能力的各個(gè)方面，有些探究內(nèi)容也不可能培養(yǎng)科學(xué)探究能力的各個(gè)方面。