實施差異教學(xué)，提升學(xué)生科學(xué)探究能力
——以“壓強”第一課時為例

浙江慈溪市庵東實驗學(xué)校（315327） 游天下

浙江慈溪市附海初級中學(xué)（315332） 柴世科

浙江慈溪市教育局教研室（315300） 毛國永

《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(2011 年版）》對“壓強”課程內(nèi)容的要求是理解壓強的含義。比較不同版本教材，發(fā)現(xiàn)均是由“壓力作用效果的影響因素”的探究活動來引出“壓強”概念的。對該探究活動的處理直接影響學(xué)生對“壓強”概念的理解。華師大版初中科學(xué)教材設(shè)置了兩個探究活動（如圖1 和圖2），浙教版初中科學(xué)教材設(shè)置了1 個探究活動（如圖3）。

圖1

圖2

圖3

兩個版本教材設(shè)置的探究活動有以下共同點：實驗步驟簡潔，注重控制變量法的運用，易定性得出壓力作用效果的影響因素；探究實驗器材單一，沒有量化，缺少思維引導(dǎo)。關(guān)于“壓強”概念的建立有多種主張，有人主張用比值定義法；有人主張用控制變量法；有人認為兩者均可；有人認為在探究壓力作用效果的影響因素時應(yīng)采用控制變量法，而在建立“壓強”概念時應(yīng)采用比值定義法；還有人認為沒有必要采用控制變量法開展“壓力作用效果的影響因素”探究活動。對于此觀點，筆者并不贊同?！皦毫ψ饔眯Ч挠绊懸蛩亍碧骄炕顒硬粌H應(yīng)該保留，而且更應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的個體差異進行分層組織。筆者認為，在引導(dǎo)學(xué)生開展此探究活動時，教師應(yīng)分層制訂能力培養(yǎng)目標(biāo)，指引學(xué)生進行差異化探究，并實施差異化評價，幫助學(xué)生從不同的角度去理解壓力的作用效果，從而有效建立“壓強”概念，深刻理解“壓強”的本質(zhì)內(nèi)涵，最終實現(xiàn)學(xué)生科學(xué)探究能力的差異化發(fā)展。

一、制訂能力培養(yǎng)目標(biāo)，指引差異化探究

（一）總目標(biāo)

因為學(xué)生個體存在差異，所以他們的科學(xué)探究能力水平也相應(yīng)存在一定的差異。根據(jù)學(xué)生的科學(xué)探究能力水平，結(jié)合量化測試，將學(xué)生分為A(科學(xué)探究能力強)、B（科學(xué)探究能力中等）、C（科學(xué)探究能力弱）三個層次。針對不同層次的學(xué)生，分層制訂科學(xué)探究能力培養(yǎng)目標(biāo)，并指出重點培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力，實驗及設(shè)計能力，解釋、檢驗與評價的能力。

（二）差異化目標(biāo)

對于重點培養(yǎng)的科學(xué)探究能力，筆者制訂了差異化目標(biāo)。例如，對于猜想能力，要求C 層次學(xué)生能在體驗性活動(如圖1)的基礎(chǔ)上針對一個影響因素提出猜想；要求B 層次學(xué)生能在體驗性活動(如圖1)的基礎(chǔ)上針對兩個影響因素提出猜想；要求A層次學(xué)生能根據(jù)生活中有關(guān)壓力的現(xiàn)象，聯(lián)系力的作用效果對壓力作用效果的影響因素做出準確的猜想，并陳述理由。對于實驗及設(shè)計能力，要求C層次學(xué)生能根據(jù)教材中提供的實驗器材運用控制變量法設(shè)計一套實驗方案，探究其中一個因素（壓力大小或受力面積）對壓力作用效果的影響，并在A、B 層次學(xué)生的幫助下能進一步對另一個因素進行探究；要求B 層次學(xué)生能使用教材之外的實驗器材運用控制變量法設(shè)計一套完整的實驗方案，并能依照實驗方案開展實驗探究；要求A 層次學(xué)生能利用氣球等器材設(shè)計具有挑戰(zhàn)性的實驗方案，并能思考、比較在未控制變量的情況下壓力的作用效果如何，分析問題本質(zhì)，搭建從控制變量到比值定義的思維橋梁。對于解釋、檢驗與評價的能力，要求C層次學(xué)生能在教師的幫助下對實驗結(jié)果進行準確描述；要求B 層次學(xué)生能相互評價多種實驗方案的可行性，并通過同伴互助能對實驗結(jié)果進行準確描述；要求A 層次學(xué)生能夠評價實驗的新發(fā)現(xiàn)，反思實驗過程。總之，教師應(yīng)制訂好各項科學(xué)探究能力的差異化培養(yǎng)目標(biāo)，以更好地引導(dǎo)學(xué)生開展差異化探究。

二、設(shè)計差異化探究，理解“壓強”概念

（一）器材準備

為了更好地開放實驗過程，筆者為學(xué)生準備了多種可選擇的實驗器材：一個礦泉水瓶、一個完整的易拉罐、一個去底的易拉罐、適量的水、一個玻璃器皿、一根橡皮筋、一張白紙、一個尖腳的正方形小木凳、一塊海綿、一盒鉤碼、兩個長方體大鐵塊、四個相同的長方體小鐵塊、一盒圖釘、一張硬紙板、五個氣球、一支小型充氣筒、一把刻度尺。

（二）基礎(chǔ)性探究

本課設(shè)計的基礎(chǔ)性探究主要是讓學(xué)生利用簡單的實驗器材探究壓力作用效果的影響因素。通過基礎(chǔ)性探究，學(xué)生體會到了控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用價值，提升了自身的科學(xué)探究能力。例如，在基礎(chǔ)性探究中，A 層次學(xué)生很容易就能對壓力作用效果的影響因素做出準確的猜想，甚至還想到了受壓物體表面材料對壓力作用效果的影響。而B、C 層次學(xué)生借助圖1 的體驗性活動和結(jié)合生活經(jīng)歷，也能提出“壓力”“受力面積”影響壓力作用效果的猜想。學(xué)生的猜想能力得到了很好的培養(yǎng)。在探究前，讓C 層次學(xué)生結(jié)合教材實驗插圖對探究過程進行描述，提示他們注意對變量的控制，培養(yǎng)其嚴謹?shù)奶骄恳庾R。在探究過程中，讓C 層次學(xué)生獨立設(shè)計實驗探究方案，并依照方案完成實驗探究，其間讓A、B 層次學(xué)生對實驗過程進行觀察并提供幫助，使C 層次學(xué)生能夠順利完成對兩個影響因素的探究。對于B 層次學(xué)生，則讓他們利用礦泉水瓶進行實驗設(shè)計，如往礦泉水瓶中裝不等量的水，然后把礦泉水瓶正放在同一塊海綿上，觀察海綿的凹陷程度，以此研究壓力對壓力作用效果的影響；將裝有部分水的礦泉水瓶分別正放、倒放在同一塊海綿上，觀察海綿的凹陷程度，以此研究受力面積對壓力作用效果的影響。A 層次學(xué)生能想到利用易拉罐進行實驗設(shè)計，他們先將完好的易拉罐和去底的易拉罐分別正放在平整的細沙上，然后在兩個易拉罐的頂部放上等質(zhì)量的鉤碼，比較易拉罐在細沙中的下陷程度，而后增加去底易拉罐頂部的鉤碼質(zhì)量，再比較去底易拉罐在細沙中的下陷程度與所放鉤碼質(zhì)量的關(guān)系。除此之外，還可以鼓勵學(xué)生利用四個長方體小鐵塊來進行實驗，主要是改變它們在同一塊海綿上的放置方式（如圖4）。選擇不同的實驗器材設(shè)計實驗，難易程度不同，可讓學(xué)生的實驗及設(shè)計能力得到有效提升。在交流評議階段，以組間評議的形式，把對應(yīng)難度的基礎(chǔ)性探究留給相應(yīng)層次的學(xué)生進行交流闡述，提升學(xué)生的解釋、檢驗與評價的能力。這樣，通過猜想引導(dǎo)、活動分層、評價分層，深化了學(xué)生對壓力作用效果影響因素的認識，也提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

圖4

（三）深度探究

在基礎(chǔ)性探究中，學(xué)生對壓力作用效果的影響因素已有清晰的認識，為了深化學(xué)生的理解，活躍課堂氣氛，筆者引導(dǎo)學(xué)生利用提供的實驗器材進行深度探究。先提出探究問題：氣球扎到釘子容易破裂，這是一種常見現(xiàn)象，那么能否讓氣球置于圖釘尖上，再在氣球上放上科學(xué)課本，而氣球也不破呢？這種認知上的沖突，讓學(xué)生的實驗探究具有一定的挑戰(zhàn)性。在基礎(chǔ)性探究中，對于“受力面積”這一影響因素，學(xué)生在實驗設(shè)計時更多的是一種定向的選擇，所以較容易想到如何改變受力面積。而深度探究把任務(wù)聚焦于如何想到改變受力面積以及如何改變受力面積，從理解到應(yīng)用，要求更高，難度更大。在進行實驗設(shè)計時，觀察A、B、C 三層次學(xué)生的思維表現(xiàn)，重在發(fā)展A 層次學(xué)生的實驗及設(shè)計能力。若發(fā)現(xiàn)學(xué)生遇到實驗設(shè)計瓶頸，可降低探究難度，實施差異化指導(dǎo)，如引導(dǎo)其關(guān)注在壓力一定時改變受力面積可改變壓力的作用效果。待實驗設(shè)計方案達成共識后，可請部分學(xué)生上臺演示實驗。這樣，學(xué)生在實驗過程中就有滿滿的成就感，其解釋、檢驗與評價的能力也相應(yīng)得到了提升。

經(jīng)過上述的探究，學(xué)生對壓力作用效果的影響因素的認識更加清晰、深刻，這對“壓強”概念的建構(gòu)是極為有利的。對此，筆者繼續(xù)提出探究問題：“如果在同一塊海綿上分別立放小鐵塊和平放大鐵塊，海綿的凹陷程度會怎么樣？”B、C 層次學(xué)生大多數(shù)不會比較，理由是沒有控制好變量。A 層次學(xué)生能做出正確的判斷，但不能說出個所以然。對此，筆者讓每一小組中的C 層次學(xué)生進行實驗，并描述實驗現(xiàn)象，以此提高C 層次學(xué)生的探究參與度。嘗試讓B、C 層次學(xué)生分析本質(zhì)問題：兩鐵塊壓力不同、受力面積也不同，沒有控制好變量，能否從中尋找相同的要素進行比較？海綿每一單位受力面積上產(chǎn)生的形變實則反映了鐵塊對其壓力的整體作用效果。因此，可從中進行求同比較，即比較單位面積的形變程度；再進行求異分析，即海綿的形變程度不同是因為單位受力面積上所受的壓力不同。取單位受力面積分析，因為小鐵塊更高，所以它對單位面積的海綿壓力更大，因此小鐵塊對海綿的壓力作用效果更明顯?？梢?，要比較壓力的作用效果可以比較其單位面積所受到的壓力。

那么上述的定性分析能否轉(zhuǎn)換成定量分析呢？指導(dǎo)學(xué)生在上述實驗的基礎(chǔ)上進行定量分析。例如，A、B 層次學(xué)生在圖4 實驗中用刻度尺測量甲、丙在同一塊海綿上的凹陷深度，比較海綿凹陷深度是否與壓力大小成正比。鑒于材料本身的特性，該實驗雖難以定量完成，但經(jīng)歷這樣的實驗設(shè)計，親歷這樣的探究過程，學(xué)生無疑對科學(xué)本質(zhì)的認識更清晰，對“壓強”概念的理解更深刻。

三、實施差異化評價，實現(xiàn)差異化發(fā)展

（一）自選化評價

自選化評價，即允許學(xué)生用自己擅長的方式表達探究結(jié)果、完成探究任務(wù)，以激發(fā)學(xué)生的探究興趣。本課的自選化評價的內(nèi)容包括探究方法的選擇，探究的注意事項，探究步驟、現(xiàn)象、結(jié)論的表述，其中表述的方式可多樣化。如允許學(xué)生用語言表述探究方案和探究結(jié)論，其間重在觀察其是否注意到對控制變量法的運用；允許學(xué)生用簡圖表達探究方案設(shè)計，關(guān)注其簡圖是否科學(xué)簡潔；鼓勵學(xué)生選擇性地評價同伴的實驗方案的可行性，能將科學(xué)方法、注意事項融入各個實驗方案中。

（二）自省化評價

自省化評價，即在探究活動告一段落后，鼓勵學(xué)生通過反思的方式，評價探究結(jié)果以及自己在整個探究活動中的表現(xiàn)，從而促進學(xué)生得到最大限度的發(fā)展。本課的自省化評價的內(nèi)容主要是對探究活動的反思。C 層次學(xué)生重在反思通過探究所得到的收獲，A、B 層次學(xué)生重在反思探究方案的可行性和局限性。如C 層次學(xué)生評價自己在探究活動中的表現(xiàn)，在哪些環(huán)節(jié)通過積極參與、積極思考有新的收獲，對壓力作用效果和壓強有什么新的認識。A、B 層次學(xué)生在上述探究之后有了這樣的反思：（1）上述用刻度尺測量的定量實驗為什么沒有達到預(yù)期效果？因為材料本身的特性，海綿的形變與所受壓力不成正比例關(guān)系，這正是刻度尺測量的定量實驗難以達到預(yù)期效果的原因。（2）如果選擇桌面作為受力物體，適合探究嗎？為什么？雖然桌面不適合用于探究“壓力作用效果的影響因素”，但是桌面承受的壓強依然存在，結(jié)合對單位受力面積的分析，可讓學(xué)生更好地區(qū)分壓力作用效果與壓強的關(guān)系，深刻理解壓強概念。

基于學(xué)生的個體差異，通過“壓力作用效果的影響因素”的探究活動來建構(gòu)“壓強”概念是一種有效途徑?！皦簭姟彪m不等同于“壓力作用效果”，但在探究中根據(jù)目標(biāo)的差異化，選擇差異化探究內(nèi)容是符合學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律的。教師進行差異化教學(xué)設(shè)計，由基礎(chǔ)性探究到深度探究，將壓力作用效果合理地過渡至壓強概念，以此突破壓強概念建構(gòu)的難點。該探究活動的開展符合差異教學(xué)理論的觀點：從個體差異出發(fā)，開展有差異的教學(xué)，最終實現(xiàn)學(xué)生差異化發(fā)展，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。