從核心問(wèn)題的探究中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維

林輝慶 蔡鐵權(quán)

摘? ? 要：根據(jù)我們的長(zhǎng)期研究和實(shí)踐探索，發(fā)現(xiàn)完全由教師提出課堂探究的問(wèn)題存在著諸多弊端。課堂探究必須確定并圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)中的核心問(wèn)題進(jìn)行，才能促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。為此，以“萬(wàn)有引力定律”為教學(xué)案例，示范如何確定并圍繞核心問(wèn)題進(jìn)行探究，并分析其對(duì)發(fā)展科學(xué)思維的作用。

關(guān)鍵詞：核心問(wèn)題;探究;科學(xué)思維;教學(xué)案例

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2020）12-0011-6

探究教學(xué)的理念已為廣大一線(xiàn)教師所接受，在各種公開(kāi)課和發(fā)表的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師都會(huì)創(chuàng)設(shè)情境，力圖讓學(xué)生以探究的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

探究的首要環(huán)節(jié)是確定探究的問(wèn)題，而正是在這一點(diǎn)上，實(shí)際課堂中存在著很大的問(wèn)題，那就是探究的問(wèn)題幾乎都是由教師課前預(yù)設(shè)再在課堂中直接提出的。這至少存在如下幾個(gè)弊端。

第一，教師所提的問(wèn)題可能與學(xué)生的實(shí)際問(wèn)題不吻合。教師基本上是從作為認(rèn)識(shí)結(jié)果的知識(shí)體系角度提出問(wèn)題的，而學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)還必然會(huì)產(chǎn)生一些與知識(shí)生成過(guò)程有關(guān)的問(wèn)題，這就容易出現(xiàn)這樣的情況：教師所提的問(wèn)題，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)可能很容易或者根本就不是一個(gè)問(wèn)題，而學(xué)生真正遇到的問(wèn)題，教師卻不會(huì)涉及。例如，在“萬(wàn)有引力定律”一節(jié)中，教科書(shū)詳細(xì)分析了從太陽(yáng)與行星間的引力跟行星的質(zhì)量成正比到這個(gè)引力跟太陽(yáng)與行星的質(zhì)量乘積成正比的推理過(guò)程，大多數(shù)教師上課時(shí)也在此處花了很多時(shí)間。而事實(shí)上，學(xué)生在此處的困惑不在于理解這個(gè)推理，而在于為什么要作這個(gè)推理（見(jiàn)后面案例）。

第二，不利于發(fā)展學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題這一最重要的科學(xué)探究能力。能力只有在需要能力的活動(dòng)中才能得到培養(yǎng)，而完全由教師提出探究的問(wèn)題，那就剝奪了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題的機(jī)會(huì)。

第三，不利于學(xué)生在學(xué)習(xí)中獲得積極的情感體驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生所提的問(wèn)題被教師和同學(xué)重視時(shí)，會(huì)獲得積極的情感體驗(yàn)，自然也就進(jìn)入到積極主動(dòng)的探究狀態(tài)。由教師提出問(wèn)題，學(xué)生就不能獲得這種情感體驗(yàn)。

在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)我們的研究，并在實(shí)踐中多次驗(yàn)證，提出我們的認(rèn)識(shí)。

1? ? 確定并探究學(xué)生學(xué)習(xí)中的核心問(wèn)題

1.1? ? 學(xué)生學(xué)習(xí)中的核心問(wèn)題

學(xué)習(xí)是一個(gè)自主建構(gòu)的過(guò)程，學(xué)生在學(xué)習(xí)中只有不斷地解決自己遇到的問(wèn)題，才能建構(gòu)起屬于自己的知識(shí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)中會(huì)遇到很多問(wèn)題，有些問(wèn)題自己能夠解決，有些問(wèn)題自己在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法解決。后者又分幾種情況：有些問(wèn)題如果得不到解決，學(xué)生將不能很好地理解甚至無(wú)法理解當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容;有些問(wèn)題解決不了不會(huì)直接影響對(duì)當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解;有些問(wèn)題雖然超出了當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的范圍，但當(dāng)前有條件解決，解決了這種問(wèn)題，能極大地滿(mǎn)足學(xué)生的求知欲，能使學(xué)生對(duì)當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容乃至物理和物理研究獲得更深刻的理解。學(xué)生學(xué)習(xí)中真正遇到的、他們自己無(wú)法解決的、如果解決不了就不能真正理解當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的問(wèn)題，或者雖然超出了當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容，但得到解決后能對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容乃至物理和物理研究獲得更深刻理解且當(dāng)前有條件解決的問(wèn)題，就是學(xué)生學(xué)習(xí)中的核心問(wèn)題。

1.2? ? 確定核心問(wèn)題

要確定核心問(wèn)題，首先要重視學(xué)生的問(wèn)題，應(yīng)該讓學(xué)生處于主動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，發(fā)揮自主學(xué)習(xí)能力，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)提出問(wèn)題。其次要廣泛了解學(xué)生的問(wèn)題，這可以通過(guò)學(xué)生問(wèn)題上交、課堂互動(dòng)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)積累等途徑達(dá)到。最后要甄別學(xué)生的問(wèn)題，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)資源條件等，判斷出那些具有普遍性的、對(duì)于理解學(xué)習(xí)內(nèi)容和提高物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義的問(wèn)題，它們就是學(xué)生學(xué)習(xí)中的核心問(wèn)題。

1.3? ? 探究核心問(wèn)題

核心問(wèn)題是學(xué)生學(xué)習(xí)中遇到的且對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展重要的問(wèn)題，課堂探究應(yīng)該圍繞核心問(wèn)題進(jìn)行。從教師角度講，探究核心問(wèn)題，教學(xué)的力量自然作用于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，能真正做到教學(xué)走在學(xué)生發(fā)展的前面，對(duì)學(xué)生的發(fā)展起促進(jìn)作用。從學(xué)生角度講，核心問(wèn)題是學(xué)生自己的問(wèn)題，他們能積極主動(dòng)地參與探究，解決了這些問(wèn)題，也就理解了相關(guān)的知識(shí)，培養(yǎng)了相應(yīng)的能力，提高了有關(guān)的素養(yǎng)。

2? ? 核心問(wèn)題探究案例——“萬(wàn)有引力定律”的教學(xué)

2.1? ? 教學(xué)方案

本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)用2課時(shí)，教學(xué)方案分成自主學(xué)習(xí)與課堂研討兩部分。

1.自主學(xué)習(xí)

在上一課時(shí)“行星的運(yùn)動(dòng)”結(jié)束時(shí)，布置學(xué)生課外自學(xué)教科書(shū)中“萬(wàn)有引力定律”一節(jié)[1]。要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)回答如下問(wèn)題，并提出自己學(xué)習(xí)中的疑難問(wèn)題。

（1）從哪些前提、如何推出太陽(yáng)對(duì)行星的引力跟行星質(zhì)量成正比、跟距離平方成反比？

（2）如何推測(cè)行星對(duì)太陽(yáng)的引力跟太陽(yáng)的質(zhì)量成正比？

（3）月—地檢驗(yàn)有幾個(gè)環(huán)節(jié)？各個(gè)環(huán)節(jié)的具體內(nèi)容是什么？

（4）萬(wàn)有引力定律的內(nèi)容是什么？它的發(fā)現(xiàn)有什么重大意義？

（5）人們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)測(cè)量G值證明萬(wàn)有引力定律是正確的？卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)采用了哪些巧妙的方法放大引力的作用效果？

各學(xué)習(xí)小組的組長(zhǎng)收集本組學(xué)習(xí)中的疑難問(wèn)題，在下節(jié)課前上交教師。指定5個(gè)學(xué)習(xí)小組，在全面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上分別重點(diǎn)解決（1）～（5）中的一個(gè)問(wèn)題，并推舉一人在下節(jié)課向全班講解本小組重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

2.課堂研討

先是5個(gè)小組按順序用自選的方式向全班講解本小組重點(diǎn)研究的問(wèn)題。每一組講解后，其他同學(xué)可以對(duì)講解的內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)。

隨后，教師投影課前收集的較有意義的疑難問(wèn)題，組織學(xué)生重點(diǎn)研討核心問(wèn)題。

2.2? ? 教學(xué)過(guò)程

1.學(xué)生講解

各小組能夠順利地講解本組重點(diǎn)研究的問(wèn)題。例如，學(xué)生能理清月—地檢驗(yàn)的思路（如圖1）。

2.確定核心問(wèn)題

學(xué)生提出了很多疑難問(wèn)題，對(duì)學(xué)習(xí)較有意義的問(wèn)題如下[2]。

（1）萬(wàn)有引力是如何產(chǎn)生的？

（2）課本中指出：“牛頓深入思考了月球受到的引力與地面物體受到的引力的關(guān)系。正是在這個(gè)過(guò)程中，力與加速度的關(guān)系在牛頓的思想中明確起來(lái)了。”[1]這就是說(shuō)，在此之前，牛頓第二定律還沒(méi)有建立起來(lái)，那前面怎能用它推導(dǎo)行星與太陽(yáng)之間的引力？

（3）在推導(dǎo)太陽(yáng)對(duì)行星的引力時(shí)，可以直接寫(xiě)出F=m（■）2r，為什么還要從F=m■開(kāi)始推導(dǎo)？

（4）既然太陽(yáng)對(duì)行星的引力F=4π2k■中的4π2k是常數(shù)，對(duì)所有行星都相同，為什么還要把它寫(xiě)成F∝■的形式，然后推測(cè)F∝■？

（5）月—地檢驗(yàn)表明地球與蘋(píng)果、月球間的引力像太陽(yáng)與行星間的引力一樣，都與距離的平方成反比，前者是F∝■，后者是F∝■，怎么知道它們的比例系數(shù)是相同的？

（6）既然行星對(duì)太陽(yáng)也有吸引力，那么太陽(yáng)是否運(yùn)動(dòng)？如果運(yùn)動(dòng)，課本中推出的結(jié)論還成立嗎？

（7）兩個(gè)物體之間的距離r→0時(shí)，萬(wàn)有引力趨于無(wú)窮大嗎？如果一個(gè)物體在地球中心，地球?qū)λ囊κ嵌嗌伲?/p>

（8）引力與距離的平方成反比的結(jié)論是從行星做圓軌道運(yùn)動(dòng)推出的，對(duì)行星做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)也適用嗎？

可以看出，學(xué)生所提的問(wèn)題基本上都是書(shū)面知識(shí)背后的問(wèn)題或進(jìn)一步的問(wèn)題，教師一般不會(huì)主動(dòng)涉及。

問(wèn)題（4）（5）從萬(wàn)有引力定律的建立過(guò)程涉及引力的“萬(wàn)有”性質(zhì)，學(xué)生只有解決了這兩個(gè)問(wèn)題，才能真正理解引力是萬(wàn)有的。問(wèn)題（7）有關(guān)萬(wàn)有引力定律的適用條件，是學(xué)生必須掌握的。問(wèn)題（8）雖然超出了教科書(shū)的范圍，但解決這個(gè)問(wèn)題對(duì)學(xué)生意義重大。因?yàn)樯弦还?jié)“行星的運(yùn)動(dòng)”指出，開(kāi)普勒的重大貢獻(xiàn)之一在于發(fā)現(xiàn)行星繞太陽(yáng)沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，而并非“必然是最完美、最和諧的勻速圓周運(yùn)動(dòng)”，因此證明行星沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)也是受與距離平方成反比的引力作用的結(jié)果在理論上是必要的，并且這是學(xué)生的興趣所在。而利用信息課中已學(xué)習(xí)的Excel工作表，能讓學(xué)生“看到”行星受與距離平方成反比的引力作用沿橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，這能在一定程度上解決問(wèn)題（8）。綜上分析，問(wèn)題（4）（5）（7）（8）是值得課堂探究的核心問(wèn)題。

3.探討核心問(wèn)題

下面重點(diǎn)介紹對(duì)核心問(wèn)題（4）（5）和（8）的課堂探討。

對(duì)問(wèn)題（4），教師問(wèn)：你們是不是認(rèn)為F=4π2k■中的4π2k對(duì)所有行星都相同，這已經(jīng)完全解決了太陽(yáng)對(duì)行星的引力問(wèn)題，沒(méi)有必要再研究F與太陽(yáng)質(zhì)量的關(guān)系了？

較多學(xué)生點(diǎn)頭。

教師也附和：這確實(shí)已經(jīng)解決了太陽(yáng)對(duì)行星引力的問(wèn)題。

學(xué)生1：由相互作用的對(duì)稱(chēng)性自然會(huì)想到F與m■成正比。（部分學(xué)生贊同）

學(xué)生2：考慮F與m■的關(guān)系，才能把結(jié)論推廣到其他情況。

教師：這一點(diǎn)很重要。歷史上，牛頓大約在1665年開(kāi)始思考引力問(wèn)題，到1680年還與其他科學(xué)家一樣，把平方反比規(guī)律看成是只有太陽(yáng)系才遵守的[3]。努力拓展新發(fā)現(xiàn)規(guī)律的適用范圍，是科學(xué)研究的重要方面。

這時(shí)有學(xué)生再次提出問(wèn)題（5）。

教師：這確實(shí)是個(gè)問(wèn)題。在牛頓時(shí)代是沒(méi)有辦法直接比較太陽(yáng)對(duì)行星的力與地球?qū)υ虑虻牧?，因而不能確定這兩個(gè)比例系數(shù)是相同的。誰(shuí)有自己的看法嗎？

沒(méi)有學(xué)生回答。

教師：其實(shí)，在當(dāng)時(shí)認(rèn)為這兩個(gè)系數(shù)相同也是一個(gè)假設(shè)，只是后來(lái)從這個(gè)假設(shè)出發(fā)推出的結(jié)論與事實(shí)一致，這個(gè)假設(shè)也就得到了證實(shí)。

教師進(jìn)一步指出：“假設(shè)—推理—檢驗(yàn)”是重要的科學(xué)研究方法。歷史上，牛頓在探究引力作用規(guī)律時(shí)，牛頓第二定律也還是一個(gè)假設(shè)，直到牛頓成功地解釋行星的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)和地球的扁率等事實(shí)，尤其是哈雷用萬(wàn)有引力定律成功地預(yù)測(cè)哈雷彗星的回歸時(shí)間，牛頓運(yùn)動(dòng)定律與萬(wàn)有引力定律才得以真正的確立并被普遍接受[3]。[順帶解決了問(wèn)題（2）]

突然有學(xué)生提出：卡文迪許和隨后的人們測(cè)量了多種物體間的引力，計(jì)算出的G都相同，這是直接的證明。（很多學(xué)生感嘆：對(duì)呀?。?/p>

有學(xué)生質(zhì)疑：行星對(duì)太陽(yáng)有引力作用，太陽(yáng)為什么不運(yùn)動(dòng)？[即問(wèn)題（6）]

教師：太陽(yáng)受行星吸引確實(shí)是要運(yùn)動(dòng)的，只是由于太陽(yáng)的質(zhì)量遠(yuǎn)大于行星的質(zhì)量，所以太陽(yáng)的運(yùn)動(dòng)較小，不易觀(guān)察到。假如太陽(yáng)系中只有一個(gè)行星，太陽(yáng)與這個(gè)行星是繞著共同中心轉(zhuǎn)動(dòng)的，這就叫“雙星”。同學(xué)們可以先學(xué)習(xí)百度百科中的“雙星”條目，我們會(huì)在后續(xù)課程中進(jìn)一步學(xué)習(xí)這個(gè)問(wèn)題。

在第1課時(shí)將結(jié)束時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生研究問(wèn)題（8）。

教師：牛頓當(dāng)年用微積分嚴(yán)格地證明了行星受與距離平方成反比的引力作用能做橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，才無(wú)可爭(zhēng)辯地成為引力定律的發(fā)現(xiàn)者?，F(xiàn)在，我們雖然還不能從理論上作嚴(yán)格的證明，但可以利用Excel工作表用微元法畫(huà)出行星的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡。

教師簡(jiǎn)單介紹思路：如圖2，設(shè)太陽(yáng)位于坐標(biāo)原點(diǎn)O，t=0時(shí)刻行星位于P0（x0，y0）點(diǎn)，速度為v0（v■，v■）。取一段很短的時(shí)間Δt，在各個(gè)Δt內(nèi)，行星的加速度可以看作不變。依次計(jì)算出行星每過(guò)Δt時(shí)間所在的位置P1（x1，y1）、P2（x2，y2）、P3（x3，y3）……就可以畫(huà)出行星的軌跡。

布置課外作業(yè)：列出計(jì)算P1、P2、P3……坐標(biāo)的式子，要求能盡量減小計(jì)算的誤差。下節(jié)課到計(jì)算機(jī)房，用自己所列的式子在電腦上描繪行星軌跡。

第2課時(shí)開(kāi)始時(shí)，投影兩個(gè)學(xué)習(xí)小組列出的計(jì)算P1、P2、P3……坐標(biāo)的式子，通過(guò)討論、修改，統(tǒng)一到如下的計(jì)算方法：

t=0時(shí)行星的加速度：

ax■=-■

ay■=-■

其中，r0=■。行星在第一個(gè)Δt內(nèi)，平均速度為：

v■=v■+a■■

v■=v■+a■■

P1點(diǎn)的坐標(biāo)為：

x1=x0+vx■Δt

y1=y0+vy■Δt

由x1和y1求出行星在P1點(diǎn)的ax■和ay■，行星在第二個(gè)Δt內(nèi)的平均速度為：

v■=v■+a■Δt

v■=v■+a■Δt

上述計(jì)算中認(rèn)為行星在0.5Δt～1.5Δt時(shí)間內(nèi)加速度保持在P1點(diǎn)的值不變，能更好地減小誤差。P2點(diǎn)的坐標(biāo)為：

x2=x1+vx■Δt

y2=y1+vy■Δt

同理，計(jì)算P3、P4……的坐標(biāo)。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，取Gm■=1;初始位置坐標(biāo)x0=0.50，y0=0;初速度vx■=0，vy■為不等于0的某個(gè)值;微元時(shí)間Δt=0.1。學(xué)生按上述關(guān)系建立Excel工作表（見(jiàn)表1），其中G列下的粗線(xiàn)框單元格可以輸入不同的vy■值。利用“插入散點(diǎn)圖”在數(shù)據(jù)表的右側(cè)建立（x，y）散點(diǎn)繪圖區(qū)。取vy■為小于■的某個(gè)值（例如取vy■=1.20），下拉數(shù)據(jù)表，隨著一行一行數(shù)據(jù)的生成，繪圖區(qū)散點(diǎn)不斷增加，軌跡隨之延伸。下拉到第18行時(shí)，軌跡成為一個(gè)閉合的橢圓，初始點(diǎn)是遠(yuǎn)日點(diǎn)，如圖3（a）。

改變vy■的取值，就可以得到行星的不同運(yùn)動(dòng)軌跡。當(dāng)vy■=■，軌跡是圓，如圖3（b）;■

2.3? ? 教學(xué)說(shuō)明

1.設(shè)計(jì)依據(jù)

學(xué)生已經(jīng)掌握學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的前提性知識(shí)，并且作為高中學(xué)生，具有較強(qiáng)的自學(xué)能力，因此讓學(xué)生通過(guò)自學(xué)教科書(shū)把握本節(jié)的基本內(nèi)容，課堂中重點(diǎn)探討學(xué)習(xí)中的疑難問(wèn)題，能很好地提高教學(xué)效果與效率。為了使學(xué)生的自學(xué)不流于字面，教師要求他們自學(xué)后回答本節(jié)內(nèi)容的5個(gè)基本問(wèn)題，并鼓勵(lì)他們提出疑難問(wèn)題。

2.非核心問(wèn)題的教學(xué)處理

對(duì)學(xué)生提出的非核心問(wèn)題，教師不能置之不理，而應(yīng)結(jié)合教學(xué)過(guò)程以恰當(dāng)?shù)募炔贿^(guò)多占用課堂時(shí)間又能保護(hù)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的方式加以回應(yīng)。一般可以采用如下三種方式回應(yīng)。

第一，教師直接作出簡(jiǎn)要的回答。如對(duì)問(wèn)題（1），教師可以這樣回應(yīng)：這是一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題，牛頓當(dāng)時(shí)也沒(méi)有解決。后來(lái)法拉第、麥克斯韋等人的研究證明了電磁力是通過(guò)電磁場(chǎng)發(fā)生的，電磁場(chǎng)的傳播就是電磁波。此后，人們認(rèn)為引力也是通過(guò)引力場(chǎng)發(fā)生的，1916年愛(ài)因斯坦預(yù)言存在引力波，2016年科學(xué)家宣布探測(cè)到了一個(gè)引力波信號(hào)。不過(guò)直到現(xiàn)在，人們對(duì)引力場(chǎng)的認(rèn)識(shí)還十分有限。

第二，納入核心問(wèn)題的探究之中。核心問(wèn)題必然聯(lián)系著若干一般性問(wèn)題，解決了核心問(wèn)題，也就同時(shí)解決了相關(guān)的一般性問(wèn)題。如對(duì)問(wèn)題（2）的處理。

第三，為學(xué)生指示進(jìn)一步學(xué)習(xí)的路徑。告知學(xué)生到哪里獲取何種資料對(duì)問(wèn)題作進(jìn)一步的了解，如對(duì)問(wèn)題（6）的處理;或要求物理能力較好的學(xué)生研究這個(gè)問(wèn)題，然后張貼、投影或講解解決過(guò)程等。

3? ? 核心問(wèn)題探究促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展

科學(xué)思維的方式、方法和能力，形成、發(fā)展并運(yùn)用于科學(xué)探究活動(dòng)。核心問(wèn)題是學(xué)生重要且感興趣的問(wèn)題，他們樂(lè)于投入探究。因此，對(duì)核心問(wèn)題的探究能有力地促進(jìn)科學(xué)思維的發(fā)展。

3.1? ? 激發(fā)提問(wèn)本能，發(fā)展提問(wèn)意識(shí)與能力

思維總是從提出問(wèn)題開(kāi)始的。問(wèn)題意識(shí)和提問(wèn)能力是重要的科學(xué)思維能力，也是發(fā)展其他科學(xué)思維能力的前提。當(dāng)學(xué)生的問(wèn)題被重視，他們的提問(wèn)本能就被激活了。正如案例中看到的，學(xué)生不但能提出教師想得到的問(wèn)題，還能提出很多教師想不到的問(wèn)題。學(xué)生在解決自己?jiǎn)栴}的過(guò)程中還能不斷地發(fā)現(xiàn)、提出問(wèn)題。例如，學(xué)生為解決問(wèn)題（6），對(duì)“雙星”問(wèn)題進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)由于運(yùn)動(dòng)而不是慣性系，于是又產(chǎn)生這樣的問(wèn)題：把太陽(yáng)當(dāng)作慣性系，根據(jù)行星繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的周期T和軌道半徑r計(jì)算出太陽(yáng)質(zhì)量m■=■，這正確嗎？在考慮太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的情況下，通過(guò)推理得到m■+m■=■[4]?？梢?jiàn)，教科書(shū)中認(rèn)為只要知道T和r就能計(jì)算出太陽(yáng)質(zhì)量[1]這個(gè)結(jié)論并不完全正確。要準(zhǔn)確地測(cè)量太陽(yáng)的質(zhì)量就要先測(cè)出行星的質(zhì)量，而要測(cè)量行星的質(zhì)量，又要先測(cè)出它的衛(wèi)星的質(zhì)量。問(wèn)題似乎陷入了絕境。后來(lái)終于想到地球這顆有人類(lèi)居住的特殊行星，卡文迪許用他發(fā)明的扭秤測(cè)出了G，再結(jié)合g就能求出m■。至此，問(wèn)題才算得到圓滿(mǎn)的解決。學(xué)生在這樣不斷地提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的循環(huán)中，問(wèn)題的意識(shí)、提問(wèn)的能力以及解決問(wèn)題需要的科學(xué)思維能力都能得到有效的提高。

3.2? ? 尊重探究天性，培養(yǎng)審辨式思維能力與品格

簡(jiǎn)言之，所謂審辨式思維，就是對(duì)他人（包括教師、教科書(shū)）的觀(guān)點(diǎn)和結(jié)論，不無(wú)條件地接受，對(duì)自己的想法，不先入為主，固執(zhí)己見(jiàn)，各種觀(guān)點(diǎn)均要經(jīng)過(guò)不斷地質(zhì)疑和批判、檢驗(yàn)和修正，直到有事實(shí)證據(jù)支持、與相關(guān)理論一致。審辨式思維是科學(xué)思維的本質(zhì)特征之一，它既是一種思維方式，更是一種思維能力與品格。課堂中重點(diǎn)探究核心問(wèn)題而不是直接傳授結(jié)論，基于探究天性，學(xué)生自然能像科學(xué)家那樣以理論內(nèi)部一致和理論與事實(shí)相符為準(zhǔn)則進(jìn)行不斷的探索、檢驗(yàn)和修正，直至得到合理的結(jié)論。在這個(gè)過(guò)程中，審辨式思維能力與品格自然會(huì)得以培養(yǎng)。案例中，學(xué)生能提出問(wèn)題（2）～（8），能通過(guò)持續(xù)不斷的質(zhì)疑與探究解決與問(wèn)題（6）有關(guān)的一系列問(wèn)題，就是很好的證明。

3.3? ? 深入研究問(wèn)題，發(fā)展科學(xué)思維方式

首先，核心問(wèn)題個(gè)數(shù)較少，有時(shí)間充分探討;其次，核心問(wèn)題是學(xué)生自己的“重大問(wèn)題”，他們會(huì)積極主動(dòng)參與，因此教學(xué)中能做到對(duì)問(wèn)題進(jìn)行深入、全面的研究。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生的科學(xué)思維能力會(huì)得到很好的鍛煉。例如，對(duì)問(wèn)題（7）的探究，學(xué)生逐漸明確萬(wàn)有引力定律的適用條件是兩個(gè)相互作用的物體可以看作質(zhì)點(diǎn)或是均質(zhì)球體。任何兩個(gè)物體，當(dāng)它們不斷靠近時(shí)，物體本身的大小與它們之間的距離相比變得不能忽略，因而不能直接用萬(wàn)有引力定律計(jì)算它們的引力，也就不存在r→0導(dǎo)致F→∞的情況。要計(jì)算它們的引力，可以用圖4所示的微元累積的方法。用這種方法能較容易地求出處于地心的物體受到地球?qū)λ囊Φ扔?，并非原來(lái)想的∞。學(xué)生經(jīng)歷了這個(gè)探究過(guò)程，不只是加深了對(duì)萬(wàn)有引力定律的理解，還必將使建模能力、推理論證能力得以提高，微元累積思想方法、對(duì)稱(chēng)思想方法得以鞏固。

3.4? ? 深度體驗(yàn)過(guò)程，增強(qiáng)科學(xué)探究動(dòng)力

學(xué)生在對(duì)核心問(wèn)題的深入探究中，必然經(jīng)歷深刻的情感體驗(yàn)：遇到困難時(shí)的迷茫困惑，找到思路時(shí)的全情投入，問(wèn)題解決時(shí)的輕松愉悅乃至興奮激動(dòng)。學(xué)生在用Excel工作表研究行星運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，一邊下拉數(shù)據(jù)表格，一邊觀(guān)察繪圖區(qū)行星軌跡的變化;隨著軌跡的不斷延伸，心情不斷變得緊張：軌跡會(huì)閉合嗎？當(dāng)最終看到軌跡閉合成為一個(gè)橢圓時(shí)，興奮的心情難以言表，感情達(dá)到了“高峰體驗(yàn)”。當(dāng)他們?cè)倏吹叫行堑某跛俣却笥谀持禃r(shí)竟然離太陽(yáng)而去，又感到不可思議，極想搞清楚這是為什么。學(xué)習(xí)中積極情感體驗(yàn)的積累，將形成勇于質(zhì)疑、勤于思考、樂(lè)于探究的品格，這是科學(xué)思維持續(xù)發(fā)展的保障。

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[4]李允和，林輝慶.能求出中心天體的質(zhì)量嗎？[J].物理教學(xué)，2008，30（8）：60-61.

（欄目編輯? ? 趙保鋼）