以“問(wèn)題鏈”為主線 指向猜想與假設(shè)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例

李虹 王永剛

摘 要：用問(wèn)題鏈引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷在教師創(chuàng)設(shè)的情境中提出問(wèn)題、根據(jù)情境進(jìn)行科學(xué)猜想和合理假設(shè)、根據(jù)猜想和假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和制定計(jì)劃、展示交流優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程，讓學(xué)生知道為什么要做實(shí)驗(yàn)？怎么做實(shí)驗(yàn)？從而讓初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的科學(xué)探究更加順暢、科學(xué)探究的要素更加完整，這樣有利于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí).

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);問(wèn)題鏈;科學(xué)探究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）18-0038-03

基金項(xiàng)目：甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題“核心素養(yǎng)視域下基于‘問(wèn)題鏈的初中物理實(shí)驗(yàn)高效課堂構(gòu)建研究”（項(xiàng)目編號(hào)：GS[2020]GHB1459）.

作者簡(jiǎn)介：李虹（1983-），女，甘肅岷縣人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：初中物理課堂教學(xué);

王永剛（1983-），男，甘肅岷縣人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：初中物理課堂教學(xué).

科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的一個(gè)重要方面，《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》將科學(xué)探究列入“課程內(nèi)容”，旨在讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者相似的探究過(guò)程，主動(dòng)獲取物理知識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神.科學(xué)探究涉及提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評(píng)估、交流與合作等要素[1].在實(shí)際教學(xué)中，很多一線教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中直接給定實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)，更加注重學(xué)生的動(dòng)手操作能力，更加注重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出，卻往往忽略了提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃等環(huán)節(jié).愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)：“提出一個(gè)問(wèn)題比解決一個(gè)問(wèn)題更重要”，科學(xué)探究中的提出問(wèn)題要素，就是要培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題的能力，忽略了提出問(wèn)題要素就是忽略了培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題的能力，這樣的話，學(xué)生只知道自己在做實(shí)驗(yàn)，卻不知道為什么要做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也不利于學(xué)生提出問(wèn)題能力的培養(yǎng).“問(wèn)題鏈”是教師為實(shí)現(xiàn)指定的教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知水平，把教材知識(shí)轉(zhuǎn)化為一連串有主題指向的問(wèn)題群[2].問(wèn)題鏈中的問(wèn)題相互有關(guān)聯(lián)，有梯度，對(duì)學(xué)生的能力要求是逐步上升的，設(shè)計(jì)的問(wèn)題對(duì)學(xué)生有吸引力，能激發(fā)學(xué)生的求知欲望，學(xué)生在積極參與課堂教學(xué)的情況下，通過(guò)問(wèn)題鏈來(lái)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)[3].在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者通過(guò)給學(xué)生提供情境，用問(wèn)題鏈為主線引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生根據(jù)情境提出問(wèn)題、科學(xué)猜想、提出假設(shè)，根據(jù)猜想和假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃，可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力要素中的提出問(wèn)題能力、科學(xué)猜想與假設(shè)能力、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃的能力，可以更好地落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng).下面以“探究浮力的大小與哪些因素有關(guān)”為例，談?wù)劸唧w做法.

1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題

情境一：水桶中裝適量的水，讓學(xué)生將籃球逐漸壓入水中.

教師：隨著籃球浸入水中深度的變化，你有什么感受呢？

學(xué)生：隨著籃球浸入水中的深度越深，感覺(jué)到籃球受到的浮力越來(lái)越大.

教師：那說(shuō)明浮力是有大小的，浮力的大小到底跟哪些因素有關(guān)呢？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)，感受浮力的變化，再通過(guò)問(wèn)題鏈的引導(dǎo)，使學(xué)生具有提出問(wèn)題的意識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)情境提出問(wèn)題的能力.讓學(xué)生知道知識(shí)來(lái)源于生活，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生求知欲望，激起學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣.

2 根據(jù)情境，科學(xué)猜想

教師：根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)，我們可以猜想浮力的大小可能跟什么因素有關(guān)呢？

學(xué)生：深度.

教師：板書（浮力的大小可能與物體浸入液體中的深度有關(guān)）.

情境二：水桶中裝適量的水，讓學(xué)生用兩只手分別將乒乓球和籃球同時(shí)壓入水中.

教師：兩只手的感覺(jué)有什么不同呢？

學(xué)生：感覺(jué)到籃球受到的浮力大于乒乓球受到的浮力.

教師：由此我們可以猜想到浮力的大小跟什么因素有關(guān)呢？

學(xué)生：物體的體積.

情境三：讓學(xué)生分別用兩只手將大小不同的兩個(gè)飲料瓶同時(shí)壓入水中，大飲料瓶浸入水中的體積小一點(diǎn)，小飲料瓶浸入水中的體積大一些.

教師：感覺(jué)到哪個(gè)飲料瓶受到的浮力大一些？

學(xué)生：小飲料瓶.

教師：那浮力的大小是不是與物體的體積有關(guān)系呢？

學(xué)生：不是.

教師：結(jié)合情境二和情境三，我們發(fā)現(xiàn)浮力的大小跟哪些因素有關(guān)呢？

學(xué)生：物體浸在液體中的體積.

教師：板書（浮力的大小可能與物體浸入液體中的體積有關(guān)）.

情境四：將一枚雞蛋放入水中，觀察到雞蛋沉在水底，然后往水里邊加鹽邊攪拌，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象.

教師：加鹽后雞蛋浮上來(lái)，說(shuō)明雞蛋受的浮力有什么變化呢？

學(xué)生：變大.

教師：由此猜想浮力的大小可能跟什么因素有關(guān)呢？

學(xué)生：液體的密度.

教師：板書（浮力的大小可能與液體的密度有關(guān)）.

教師：結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，你覺(jué)得浮力的大小還可能跟什么因素有關(guān)呢？并說(shuō)出你猜想的依據(jù)是什么？

學(xué)生：還可能與物體的密度、物體的重力有關(guān)[4].

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)猜想是讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、生活經(jīng)驗(yàn)或者已有的知識(shí)對(duì)提出的問(wèn)題進(jìn)行合理猜想[5].通過(guò)問(wèn)題鏈的引導(dǎo)，讓學(xué)生結(jié)合情境進(jìn)行科學(xué)猜想，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，讓學(xué)生知道科學(xué)猜想是有依據(jù)的，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)猜想的素養(yǎng).讓學(xué)生在猜想的同時(shí)說(shuō)出猜想依據(jù)，是為了杜絕學(xué)生不經(jīng)思索的胡亂想象，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)猜想的習(xí)慣.

3 依據(jù)情境，進(jìn)行假設(shè)

教師：依據(jù)以上實(shí)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)，我們猜想到浮力的大小可能與物體浸入液體中的深度、物體浸入液體中的體積、液體的密度、物體的密度、物體的重力有關(guān)，那么浮力的大小跟這些因素到底是什么關(guān)系呢？請(qǐng)依據(jù)實(shí)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)作出假設(shè).

學(xué)生1：籃球浸入水中的深度越深，感受到浮力越大，所以我覺(jué)得深度越深，物體受到的浮力越大.

學(xué)生2：我感覺(jué)到籃球受到的浮力比乒乓球受到的浮力大，原因是籃球浸入水中的體積比乒乓球浸入水中的體積大，所以我覺(jué)得物體浸入液體中的體積越大，物體受到的浮力越大.

學(xué)生3：雞蛋在水中沉底，而在鹽水中上浮，是因?yàn)辂}水的密度大于水的密度，所以我覺(jué)得液體的密度越大，物體受到的浮力越大.

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)情境和生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)提出的問(wèn)題和猜想做出合理假設(shè)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí).

4 根據(jù)猜想和假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定計(jì)劃

教師：如何知道我們的猜想和假設(shè)是不是正確呢？

學(xué)生：用實(shí)驗(yàn)證明.

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生知道做實(shí)驗(yàn)是為了證明猜想和假設(shè)是否正確，即告訴學(xué)生為什么要做實(shí)驗(yàn).

教師：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和生活經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在我們猜想到浮力的大小可能與物體浸入液體中的深度、物體浸入液體中的體積、液體的密度、物體的重力、物體的密度等因素有關(guān)，比如說(shuō)我們現(xiàn)在要證明石塊受到浮力的大小與石塊浸入液體中的深度的關(guān)系，應(yīng)該怎么做呢？

學(xué)生1：先測(cè)出石塊的重力，然后讓石塊的一半浸入水中，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出對(duì)石塊的拉力，算出石塊受到的浮力，再讓石塊全部浸入水中，測(cè)出石塊受到的浮力，比較大小，可以得到浮力大小與深度的關(guān)系.

教師：大家覺(jué)得合理嗎？

學(xué)生2：我覺(jué)得不合理，因?yàn)樯疃仍谧兓耐瑫r(shí)石塊浸入水中的體積也在增大，我們無(wú)法確定到底是深度影響了浮力的大小還是體積影響了浮力的大小.

教師：那這個(gè)時(shí)候我們應(yīng)該怎么辦呢？

學(xué)生2：要研究浮力大小與深度的關(guān)系，我們應(yīng)該控制其他因素不變，改變石塊浸入液體中的深度，然后比較浮力的大小.

教師：非常好，這種方法就是我們物理學(xué)中經(jīng)常用到的“控制變量法”.那我們要如何做才能保證浸入水中的深度變化但是體積不變呢？

學(xué)生3：讓石塊完全浸沒(méi)在水中，然后改變石塊在水中的深度，測(cè)出石塊先后兩次受到的浮力.

教師：非常好，那我們來(lái)試一下，還有更好的方法嗎？

學(xué)生：分組做實(shí)驗(yàn).

教師：觀察各組實(shí)驗(yàn)情況.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題鏈引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生深入思考，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，滲透控制變量的物理研究方法，讓學(xué)生明白當(dāng)有多個(gè)因素影響一個(gè)物理量的大小時(shí)，研究時(shí)要具有控制變量的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生具有控制變量的科學(xué)思維.

教師：好，接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們以小組為單位，設(shè)計(jì)能夠證明猜想和假設(shè)的實(shí)驗(yàn)方案，畫出記錄數(shù)據(jù)用的實(shí)驗(yàn)表格，明確分工，注意控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，設(shè)計(jì)完后向全班展示.

學(xué)生：小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制定計(jì)劃.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題鏈引導(dǎo)，讓學(xué)生知道做實(shí)驗(yàn)的目的是驗(yàn)證自己的猜想和假設(shè)是否正確，不是為了做實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn)，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生具有分工合作的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和制定計(jì)劃的素養(yǎng).

結(jié)語(yǔ)：科學(xué)探究是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)要素之一，在初中物理教學(xué)中，開(kāi)展好科學(xué)探究，可以在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，有助于學(xué)生形成物理觀念，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)責(zé)任，對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)起到至關(guān)重要的作用.用問(wèn)題鏈引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷在教師創(chuàng)設(shè)的情境中提出問(wèn)題、根據(jù)情境進(jìn)行科學(xué)猜想和合理假設(shè)、根據(jù)猜想和假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和制定計(jì)劃、展示交流優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程，讓學(xué)生知道為什么要做實(shí)驗(yàn)？怎么做實(shí)驗(yàn)？從而讓初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的科學(xué)探究的過(guò)程更加順暢、科學(xué)探究的要素更加完整，有利于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí).

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[3]李雪奎.促進(jìn)高中物理深度學(xué)習(xí)的“問(wèn)題鏈”策略研究[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（17）：1-4.

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[6]陸建忠.初中物理課堂教學(xué)思維的培養(yǎng)——談物理教學(xué)中問(wèn)題鏈的設(shè)計(jì)[J].名師在線，2020，（05）.

[7]蔣天依.“問(wèn)題鏈·導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式的探索與思考[J].中學(xué)物理，2011，29（07）.

（收稿日期：2021-06-09）