優(yōu)化實驗教學(xué)設(shè)計 培養(yǎng)學(xué)生提問能力
——以“二力平衡”教學(xué)為例

蔡 麗

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城初級中學(xué),江蘇 南京 210000)

1 研究背景

愛因斯坦指出：提出一個問題比解決一個問題更重要?？茖W(xué)探究是初中物理課程的重要內(nèi)容，提出問題是科學(xué)探究的重要步驟。一個好的問題，能給予學(xué)生探究的方向和動力，能激發(fā)學(xué)生的探究欲望。因此，培養(yǎng)學(xué)生具有初步的提出問題的能力是初中物理課程目標(biāo)之一，[1]也是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容。然而有研究表明：初中學(xué)生隨著年齡增長，發(fā)現(xiàn)并提出問題的積極性逐漸降低，學(xué)生的提問能力亟待提高。

2 教材與學(xué)情分析

“二力平衡”是初中力學(xué)的重要內(nèi)容，是研究“力與運動關(guān)系”的關(guān)鍵。筆者對本節(jié)課設(shè)定了如下教學(xué)目標(biāo)：(1) 通過對生活中常見現(xiàn)象的觀察與分析，建構(gòu)平衡狀態(tài)與二力平衡的概念；(2) 通過探究，知道二力平衡的條件；(3) 能運用二力平衡知識解釋相關(guān)現(xiàn)象。本節(jié)課的教學(xué)重點是：二力平衡的條件及其探究，教學(xué)難點是：探究過程中的器材選擇和實驗設(shè)計。

為實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，突出重點，突破難點，教學(xué)中可以利用物理實驗具體形象地展示“二力平衡”的相關(guān)知識，創(chuàng)設(shè)真實的探究情境，強化學(xué)生的感知并糾正感知中的錯覺，[2]讓學(xué)生經(jīng)歷從提出問題到通過探究、解決問題，并能夠在此基礎(chǔ)上提出新問題，層層遞進(jìn)，循環(huán)上升，從而培養(yǎng)學(xué)生的提問能力。

3 教學(xué)過程

3.1 趣味引入，引發(fā)認(rèn)知的不平衡，激活學(xué)生的提問熱情

在新課的開始，可以通過圖片、影像或敘述，讓學(xué)生觀察、回憶相關(guān)的現(xiàn)象與事實。也可利用趣味實驗引入課題，使教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生已有認(rèn)知之間形成一種不平衡。把學(xué)生引入一種與問題相關(guān)的情境，造成懸念，從而使學(xué)生的記憶、注意、思維凝聚在一起，達(dá)到智力活動的最佳狀態(tài)，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)。[3]

教學(xué)片斷一：展示“懸浮的火柴”

教師提問：如果一個物體只受到重力的作用，能懸浮在空中嗎？學(xué)生依據(jù)已有的經(jīng)驗，答案是否定的。此時教師將一根火柴放置在(魔術(shù))撲克牌上，適當(dāng)彎曲撲克牌，呈現(xiàn)出火柴“懸浮”的效果(圖1)。

圖1

為增加學(xué)生的對比感，提前給學(xué)生準(zhǔn)備了(普通)撲克牌和火柴，學(xué)生觀看了教師演示，在驚訝之余自己嘗試卻沒有成功，火柴依舊靜止在撲克牌上。于此，懸念就產(chǎn)生了：這是真的嗎？為什么老師的火柴可以懸浮在空中呢？

設(shè)計意圖：用魔術(shù)作為新課引入，出乎意料的現(xiàn)象會使學(xué)生產(chǎn)生強烈的疑問，但這種問題還不能稱之為科學(xué)問題，因為聚焦性不強、指向性不眀。但這個問題會像火種一般，點燃了學(xué)生繼續(xù)探究的熱情和欲望。特別是在本節(jié)課的最后，教師將魔術(shù)撲克交給學(xué)生，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘：撲克上有透明細(xì)絲，豁然開朗。因此在教學(xué)中，通過趣味實驗、生活實例引入，能夠讓學(xué)生自然而然地產(chǎn)生提問的興趣，并將疑問帶進(jìn)課堂進(jìn)行解決。

3.2 設(shè)計實驗，豐富感性體驗，培養(yǎng)學(xué)生提問的思維水平

初中學(xué)生對比較抽象的物理知識較難提出探究性的問題，如何將抽象的知識形象化？這就需要教師在教學(xué)中有意識地設(shè)計實驗，豐富學(xué)生的體驗。只有親身體驗之后，學(xué)生才會有更深刻的感受，才能在體驗中產(chǎn)生疑問，從而提出有價值的問題。教師精心設(shè)計實驗，引導(dǎo)學(xué)生對所觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行思考，從而提升學(xué)生提問的思維水平，培養(yǎng)學(xué)生正確的科學(xué)態(tài)度，引發(fā)強烈的求知欲，進(jìn)而主動獲取物理知識。

教學(xué)片斷二：體驗觀察，認(rèn)識二力平衡

(1) 平衡挑戰(zhàn)：嘗試用一根手指，平穩(wěn)支撐你的物理課本(圖2)。

圖2

圖3

總結(jié)：課本靜止在我們指尖時，其運動狀態(tài)保持不變，這樣的狀態(tài)稱為“平衡狀態(tài)”。

(2) 演示：電動機豎直向上勻速吊起娃娃(圖3)。

提問：這個娃娃的運動狀態(tài)是否保持不變，是否處于平衡狀態(tài)？

總結(jié)：平衡狀態(tài)是指物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。

展示自制教具：紙牌被三根皮筋拉著處于靜止?fàn)顟B(tài)(圖4)。

圖4

提問：紙牌處于什么狀態(tài)？如果忽略自重，它受幾個力作用？

總結(jié)：對于紙片，這三個拉力的作用效果相互抵消，我們把這樣的一組力稱為平衡力。

提問：忽略自重，如果希望紙牌只受兩個力，可以怎樣操作？剪斷一根皮筋瞬間，紙牌能否保持平衡？紙牌再次靜止后，紙牌處于平衡狀態(tài)嗎(圖5)？

圖5

總結(jié)：如果一個物體在兩個力的作用下，處于平衡狀態(tài)，我們就說這兩個力相互平衡，簡稱二力平衡。剪斷皮筋的瞬間，兩個拉力不平衡。靜止后紙牌又受力平衡，說明二力平衡需要滿足一定的條件。

設(shè)計意圖：“平衡狀態(tài)是否只有靜止？平衡狀態(tài)就是二力平衡？二力平衡是否只指水平方向的平衡？”面對學(xué)生頭腦中可能存在的以偏概全的認(rèn)識或思維定勢，在本案例中，教師設(shè)計了三個演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生從不同維度認(rèn)知“平衡狀態(tài)”，啟發(fā)學(xué)生的思維。對于“二力平衡時兩個力需要滿足的條件”，教師沒有直接提出問題，而是通過自制教具，演示“紙牌在三個拉力作用下平衡、剪斷一根皮筋瞬間不平衡、紙牌在兩個拉力作用下再次平衡”的變化過程，讓學(xué)生通過觀察，發(fā)現(xiàn)從剪斷一根皮筋瞬間的“不平衡”到再次“平衡”，紙牌的受力情況發(fā)生了變化。據(jù)此，與“條件”相關(guān)的問題自然就會在學(xué)生頭腦中生成。

此案例中呈現(xiàn)的實驗給學(xué)生補充了豐富的感性經(jīng)驗，培養(yǎng)了學(xué)生的提問的思維水平，也對學(xué)生有效猜想有啟發(fā)作用。

3.3 通過“大問題”，引出“子問題”，喚醒學(xué)生的提問意識

在教學(xué)中教師給予得越多，學(xué)生能夠提出的問題往往就越少。學(xué)生之所以不愛提問、不會提問，在很大程度上是由于教師在教學(xué)中壓縮了學(xué)生的提問空間。有些教師在備課時往往把教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計得很具體，要解決的問題如劇本般得都放在PPT上，美其名曰“問題驅(qū)動”。但是在物理實驗教學(xué)中，如果問題都是由教師安排好，學(xué)生只負(fù)責(zé)解決，那么學(xué)生就感受不到主動提問的作用和意義，久而久之學(xué)生的提問能力得不到有效的培養(yǎng)。

為了改變這種局面，教師可以在教學(xué)中提出一些幫助學(xué)生定方向的“大問題”，鼓勵學(xué)生針對“大問題”的解決提出更加聚焦的“小問題”，然后師生合作探究。這既是對學(xué)生積極主動參與教學(xué)的邀約，也是喚醒學(xué)生提問意識的有效策略。

教學(xué)片斷三：設(shè)計實驗，探究二力平衡的條件

設(shè)計實驗探究二力平衡的條件既是本節(jié)課的重點，也是本節(jié)課的難點。在探究二力平衡條件環(huán)節(jié)，筆者設(shè)計了如下兩個問題。

問題1：你認(rèn)為二力平衡時,兩個力需要滿足什么條件？

問題2：要想判斷猜想是否正確，你會如何設(shè)計實驗？我們可以從哪些方面進(jìn)行思考？

對于問題1，學(xué)生依據(jù)之前的經(jīng)驗不難做出猜想，即二力等大、反向、共線、同體。對于問題2，在“如何設(shè)計實驗”這一大問題的框架下，教師首先要引導(dǎo)學(xué)生分解問題，也就是思考從哪幾個方面來設(shè)計。此時學(xué)生會提出以下“子問題”：

(1) 需要選擇怎樣的器材？

(2) 確定什么為研究對象？

(3) 如何對研究對象施加兩個力的作用？

(4) 如何判斷平衡狀態(tài)發(fā)生了改變？

師生圍繞這些子問題展開討論和研究，這些更加聚焦、更利于有序探究的“小問題”，都應(yīng)該是學(xué)生在教師的啟發(fā)下提出，而不是由教師直接給出。

設(shè)計意圖：教師給學(xué)生提供必要的實驗器材，請學(xué)生自己設(shè)計實驗方案。在“大問題”的引領(lǐng)下，學(xué)生自然會思考：在選擇研究對象、提供兩個力、探究多個因素影響的物理現(xiàn)象時，應(yīng)該采用什么方法來研究？在本案例中，教師不僅關(guān)注學(xué)生在問題解決中的表現(xiàn)，也關(guān)注學(xué)生提出問題的過程，鼓勵學(xué)生思考：從哪幾個方面來設(shè)計實驗？在“子問題”的引領(lǐng)下，學(xué)生積極思考、動手實踐，其問題意識和解決問題的能力都得到了提高。

3.4 追問引導(dǎo)，澄清問題關(guān)鍵,提升學(xué)生提問品質(zhì)

初中生的理性思維能力依然有限，對于學(xué)習(xí)過程中某些問題的認(rèn)識有時是浮于表面的。所以學(xué)生提出的問題，包括對問題的解決難免存在偏差。這就需要教師通過不斷追問，幫助學(xué)生澄清問題關(guān)鍵所在，引導(dǎo)學(xué)生意識到自己思維的局限性，產(chǎn)生有價值的質(zhì)疑，進(jìn)而促使他們提出更有品質(zhì)的問題。學(xué)生提升提問品質(zhì)的過程，其實也是學(xué)生發(fā)展思維、完善認(rèn)知、實現(xiàn)遷移的深度學(xué)習(xí)的過程。

教學(xué)片斷四：選擇研究對象，探究二力平衡條件

關(guān)于如何選擇實驗研究對象這個問題，課本上已經(jīng)給出了實驗裝置圖，學(xué)生大多會選擇輕質(zhì)小卡片作為研究對象，利用鉤碼對卡片產(chǎn)生拉力作用(圖6)。

圖6

師：你們?yōu)槭裁礇]有選擇塑料片作為研究對象？

生：小卡片所受重力小于塑料片。

師：為什么要選較輕的物體作為研究對象？

生：因為我們研究的是二力平衡，所以需要找較輕的紙片作為研究對象，這樣其重力可以忽略不計。

師：塑料片一定不能作為研究對象么？

教師追問到此，下面的問題就由學(xué)生來表述了。通過引導(dǎo)，學(xué)生可能會提出以下問題：

問題1：如果在塑料片的兩邊掛上更多鉤碼，塑料片兩邊細(xì)繩能繃直在同一直線上嗎？

問題2：如果需要選擇較輕的物體作為研究對象，那這個“較輕”其實是相對什么而言的？

問題3：我們研究二力平衡時，研究對象所受重力可忽略(理想化方法)的前提是什么？

設(shè)計意圖：上述問題具有層次性，學(xué)生提出問題1后，教師要鼓勵學(xué)生動手實踐，發(fā)現(xiàn)在兩邊增加鉤碼后，塑料片兩邊細(xì)繩會繃直成一直線，這就和紙片的情形一樣。這時教師再幫助學(xué)生聚焦關(guān)鍵詞“較輕”，引導(dǎo)學(xué)生提出問題2，進(jìn)而體會到卡片“較輕”應(yīng)該是相對于兩邊拉力而言的，而不是相對于塑料片。接著教師引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)方法的角度提出問題3，真正理解理想化方法在本實驗中的應(yīng)用，實現(xiàn)思維的拓展和升華。學(xué)生能夠理解對于質(zhì)量稍大的塑料片，只要兩邊拉力相應(yīng)增大(遠(yuǎn)大于塑料片所受重力)，它也可以作為研究對象。如果教師能夠從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的角度加以悉心引導(dǎo)，那么學(xué)生的提問品質(zhì)也會得到進(jìn)一步提升。