談 “培養(yǎng)有問(wèn)題解決能力的學(xué)生”*
——以“油膜法測(cè)分子直徑”為例

趙明 冉英

(北京市順義區(qū)楊鎮(zhèn)第一中學(xué) 北京 101309)

隨著高中新課程改革深入推進(jìn)，新高考改革已全面啟動(dòng)，這對(duì)課堂教學(xué)提出了新的要求和挑戰(zhàn)．當(dāng)前的基礎(chǔ)教育改革已經(jīng)從“以知識(shí)為核心”轉(zhuǎn)變到“以素養(yǎng)為核心”[1]，注重營(yíng)造學(xué)習(xí)情境的真實(shí)性，培養(yǎng)學(xué)生形成高于學(xué)科知識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)．從“知識(shí)技能獲得”轉(zhuǎn)向“核心素養(yǎng)發(fā)展”，從“信息工具使用”轉(zhuǎn)向“學(xué)習(xí)方式變革”，從“單一紙筆測(cè)試”轉(zhuǎn)向“成長(zhǎng)綜合評(píng)價(jià)”．變革的根本目的在于“培養(yǎng)面向未來(lái)、有問(wèn)題解決能力”的學(xué)生．物理學(xué)科的核心素養(yǎng)相對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)中的三維目標(biāo)而言，是站在一個(gè)更高的物理文化層面對(duì)高中物理教學(xué)提出的要求，它超越對(duì)具體知識(shí)的學(xué)習(xí)，但仍然脫離不了以具體知識(shí)為載體，核心素養(yǎng)的落實(shí)，顯然不僅僅是對(duì)教學(xué)內(nèi)容的選擇和變更，它更是以學(xué)習(xí)方式和教學(xué)模式的變革為保障的．而學(xué)習(xí)方式和教學(xué)模式的變革，要求所有的教學(xué)必須以學(xué)生學(xué)習(xí)為主線進(jìn)行設(shè)計(jì)，必須讓學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程能夠發(fā)生并且展開．那么基于學(xué)科核心素養(yǎng)的物理課堂教學(xué)，要設(shè)計(jì)什么樣的課堂學(xué)生活動(dòng),以什么樣的方式實(shí)施課程,才能從三維目標(biāo)過(guò)渡到核心素養(yǎng)目標(biāo)，讓學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程能夠發(fā)生并且展開呢？培養(yǎng)有問(wèn)題解決能力的學(xué)生，將學(xué)科核心素養(yǎng)落在實(shí)處，成為當(dāng)前廣大一線教師需要在實(shí)踐中一起探索的重要問(wèn)題．

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科．觀察、實(shí)驗(yàn)與科學(xué)思維相結(jié)合，是物理學(xué)科的基本特征．探究實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)思維方法、培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力方面的價(jià)值是大家公認(rèn)的．

下面以“油膜法測(cè)分子直徑”的課堂設(shè)計(jì)為例，談?wù)勛约涸凇芭囵B(yǎng)有問(wèn)題解決能力的學(xué)生”的一些具體做法．

本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)，是使學(xué)生學(xué)會(huì)并理解用“油膜法估算分子直徑”的方法．盡管今天科學(xué)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到很高的水平，但在目前的物理課上，學(xué)生大多還是只能借助圖片等信息了解分子的形狀和外觀，這給講授分子的相關(guān)知識(shí)帶來(lái)一定的困難，也更突出了運(yùn)用估算和建立理想模型的方法研究固、液體分子體積、直徑的重要意義．

課堂教學(xué)中主要解決3方面問(wèn)題：

(1)初步認(rèn)識(shí)固體、液體分子的形狀；

(2)理解油膜法測(cè)分子直徑的原理(含操作中碰到的各種實(shí)際問(wèn)題)；

(3)通過(guò)數(shù)據(jù)處理加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解.

下面依次談?wù)勗谶@3方面的具體做法．

(1)初步認(rèn)識(shí)固體、液體分子的形狀

通過(guò)PPT展示掃描隧道顯微鏡下小分子的圖片，讓學(xué)生歸納出分子的形狀與排列情況．

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)單刀直入的方式，直觀地讓學(xué)生了解固體、液體分子的形狀，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，為后面學(xué)生將油酸分子處理為球模型做好鋪墊．

(2)理解油膜法測(cè)分子直徑的原理(含操作中碰到的各種實(shí)際問(wèn)題)

為使學(xué)生能真正理解油膜法測(cè)分子直徑的原理，明白為什么要這樣設(shè)計(jì)，為什么要這樣操作，為什么要有這些注意事項(xiàng)，設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，以層進(jìn)的方式給學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境．

實(shí)驗(yàn)一：每組一瓶小米粒、一個(gè)量筒．

要求學(xué)生通過(guò)思考、討論，能給出測(cè)小米粒直徑的方法．為此設(shè)計(jì)的問(wèn)題提示有：

(1)怎樣估測(cè)出小米粒的直徑？跟同學(xué)交流、討論你的設(shè)計(jì)方案．

(2)設(shè)計(jì)方案需要哪些具體的操作步驟？

(3)怎么測(cè)用到的小米粒的體積和鋪開的面積？

學(xué)生從交流、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和操作步驟，到真正動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，在這個(gè)與學(xué)科知識(shí)相聯(lián)系的實(shí)踐活動(dòng)，不僅獲得了實(shí)驗(yàn)操作體驗(yàn)，還充分鍛煉了動(dòng)作技能和科學(xué)思維．

解決測(cè)小米粒鋪開的面積這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生可以說(shuō)是腦洞大開．有的提出可以用彩筆描出小米粒鋪開面積的邊界，借助坐標(biāo)紙估算面積；有的提出對(duì)鋪開的小米粒進(jìn)行拍照，導(dǎo)入電腦中，用畫圖軟件對(duì)著圖片描出邊界，再估算邊界對(duì)應(yīng)的面積；還有的學(xué)生用繪圖軟件的摳圖功能，然后根據(jù)比例計(jì)算膜的面積等等．這些不局限于課本，由學(xué)生自己想出來(lái)的方法，都為后面用油膜法測(cè)分子直徑提供了思路．關(guān)鍵是學(xué)生利用自己已有的知識(shí)和技能解決了一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，這使他們很有成就感和獲得感，這個(gè)過(guò)程充分挖掘了他們的潛能，培養(yǎng)了他們的技能，更增強(qiáng)了他們學(xué)以致用的意識(shí)．下面的圖1是學(xué)生畫的實(shí)驗(yàn)原理圖和部分操作過(guò)程的附圖．

(a)測(cè)小米粒直徑的原理

實(shí)驗(yàn)二：植物油，油酸，酒精，滴管，邊長(zhǎng)約40 cm方形水槽，10 mL量筒，畫有方格線的透明塑料板．

實(shí)驗(yàn)二思考問(wèn)題1：利用已有的儀器給出測(cè)油酸分子直徑的實(shí)驗(yàn)方案．

2.2.2.1 藥劑拌種該病除選用上述技術(shù)原則外，還可用種子100kg，營(yíng)養(yǎng)液5kg，溶入58%甲霜靈可濕性粉劑300g，（營(yíng)養(yǎng)液可以用含微量元素葉面肥尿素、磷酸二氫鉀各100g代替）對(duì)種子均勻噴灑翻拌，悶種3h～4h，即可播種。有預(yù)防霜霉病和壯苗的雙重作用。

學(xué)生將盤子里裝上水，往水里滴油，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并沒(méi)有想象的那么簡(jiǎn)單．實(shí)際情況是油并不散開，而是在水面上成一小坨，如圖2所示，不會(huì)像小米粒那樣鋪成一層．

圖2 向裝水的盤子里滴油

在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生：要有什么作用能把滴在水中的油酸給拽開就好了，大家可以查一下資料．查閱后學(xué)生很快就對(duì)上述問(wèn)題提出了解決方案，即稀釋——可以用酒精稀釋，制成油酸酒精溶液．

配制完溶液后，讓學(xué)生將一滴溶液滴在水面上，接著讓學(xué)生思考下面的問(wèn)題：

實(shí)驗(yàn)二思考問(wèn)題2：油膜在水面上的邊界怎么確定？

學(xué)生實(shí)際操作后發(fā)現(xiàn)油膜的邊界很難辨認(rèn)和確定．受上面引導(dǎo)的啟發(fā)，學(xué)生自然會(huì)考慮什么做法有助于把膜的邊界顯現(xiàn)出來(lái).于是果斷查資料，得出確定油膜邊界的方法：可以在水面上均勻地撒一層薄薄的痱子粉，來(lái)清晰地顯示油膜的邊界在哪．

實(shí)驗(yàn)二設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)本實(shí)驗(yàn)的情境和設(shè)計(jì)上面的思考問(wèn)題，是希望在完成實(shí)驗(yàn)二的過(guò)程中，學(xué)生能學(xué)會(huì)用學(xué)科眼光觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、表述問(wèn)題，利用學(xué)科思維，分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，即用問(wèn)題化的學(xué)習(xí)方式，替代傳統(tǒng)教師講而學(xué)生按部就班做實(shí)驗(yàn)的模式．學(xué)生在將實(shí)驗(yàn)一的方法遷移到實(shí)驗(yàn)二的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)理論并不等同于實(shí)踐，實(shí)踐中還會(huì)出現(xiàn)很多設(shè)計(jì)之初根本想不到的具體問(wèn)題，而解決這些實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程，就使學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)能夠發(fā)生并且展開，學(xué)生的問(wèn)題解決能力也就得到培養(yǎng)，學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)便落在了實(shí)處．

(3)通過(guò)數(shù)據(jù)處理加深對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解

在上述準(zhǔn)備工作完成后，學(xué)生已經(jīng)真正明白了該實(shí)驗(yàn)為什么這么設(shè)計(jì)，為什么要這樣操作，為什么要有這些注意事項(xiàng)．接著通過(guò)下面的問(wèn)題讓學(xué)生進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行深入思考.

思考2:如何測(cè)得鋪開的油膜面積？

學(xué)生在經(jīng)過(guò)充分的思考、討論后，得出解決上面問(wèn)題的思路和方法.

思考2的解決：在油膜穩(wěn)定后，用彩筆在畫有方格線的透明塑料板上描出膜的邊界，通過(guò)數(shù)格的方法(不足一半舍，夠一半算一個(gè))估算油膜的面積．

設(shè)計(jì)意圖：第(3)個(gè)問(wèn)題的任務(wù)設(shè)計(jì)，是想讓學(xué)生明白，雖然實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原理沒(méi)有變，但為了滿足該設(shè)計(jì)原理，在實(shí)際操作中，已經(jīng)對(duì)有些步驟進(jìn)行了改進(jìn)，那么在處理數(shù)據(jù)時(shí)，也應(yīng)該對(duì)改進(jìn)部分做出相應(yīng)的調(diào)整，不能死記硬背，做到真正理解原理式中各個(gè)物理量的確切含義．

至此，學(xué)生經(jīng)歷了下面一系列過(guò)程：利用顯微鏡下石墨和金屬表面的分子圖片，直觀而快捷地建立分子模型的過(guò)程；將估測(cè)小米粒直徑的方法遷移到測(cè)分子直徑的思維過(guò)程；在理解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，逐個(gè)解決實(shí)際操作中出現(xiàn)的具體問(wèn)題，合理處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等過(guò)程．學(xué)生在整個(gè)設(shè)計(jì)、完善實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，充分理解并應(yīng)用到物理學(xué)中的建模、微小量的放大、估算等重要的科學(xué)方法，而整個(gè)帶著問(wèn)題去查閱資料，與同學(xué)交流、討論并完善改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，自主完成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，既培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)獨(dú)立思考、處理解決實(shí)際問(wèn)題的能力，又充分挖掘了學(xué)生的潛能，調(diào)動(dòng)了他們的積極性、能動(dòng)性．教師為學(xué)生營(yíng)造的真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，使課堂教學(xué)真正實(shí)現(xiàn)了 “以知識(shí)為核心”到“以素養(yǎng)為核心”的轉(zhuǎn)變．

學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)如何落在實(shí)處，需要我們一線教師樹立學(xué)科育人的理念，摒棄“為獲得知識(shí)而教育”的理念．我們的學(xué)生是面對(duì)未來(lái)生活的，世界上一切都在變，我們?cè)谶@樣的氛圍里也必須隨之改變．做一個(gè)與時(shí)俱進(jìn)的教師，嘗試和探索一直在路上！