指向核心素養(yǎng)的初中物理問題鏈及其設(shè)計

吳承智

在初中物理教學(xué)中，問題鏈是教師引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識點進行思考的“問題組”。教師合理設(shè)置問題鏈和建構(gòu)以問題為中心的物理課堂，可以培養(yǎng)學(xué)生提出問題以及解決問題的能力。在問題鏈中不同問題有不同功能，對促進學(xué)生深思及提升學(xué)生學(xué)科知識、能力均具有重大意義。文章以“浮力”為例，進一步指向核心素養(yǎng)，通過探討如何設(shè)計問題鏈引導(dǎo)學(xué)生理解物理知識，進而有效地提高初中物理教學(xué)質(zhì)量。

一、基于問題鏈，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

導(dǎo)入式問題鏈是教師為導(dǎo)入將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容而設(shè)計的一系列問題，有效的導(dǎo)入性問題鏈能激發(fā)學(xué)生的思維熱情，讓其全身心地投入物理知識的學(xué)習(xí)中，為學(xué)生探索新物理知識打下堅實基礎(chǔ)。例如，在教學(xué)“浮力”內(nèi)容時，教師可以在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)情境，基于情境提出問題鏈，如把乒乓球放在水箱里，這樣就能加深學(xué)生對浮力的認識。接著，教師設(shè)計一系列問題，組成問題鏈。

師：把乒乓球按進水里，然后松開手，會發(fā)生什么情況？為什么？

師：浮在水上的乒乓球有哪些力的作用？

師：當(dāng)乒乓球浮在水面上時，可不可以運用平衡力的相關(guān)知識點對其受力情況進行分析？

師：按下乒乓球使其完全進入水中，然后釋放，隨之乒乓球會漂浮上來，在這個過程中受力的主體對象是誰？施加力的方向是什么？

在本次授課中，“浮力”知識是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個難點。在引入課程階段，教師可以通過創(chuàng)設(shè)實驗情境來展示這一現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生思考。教師逐步提出問題，引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析實驗現(xiàn)象，并結(jié)合他們的日常經(jīng)驗，探討乒乓球在被釋放后的運動狀態(tài)、上下運動的原因、漂浮在水面上所受到的力以及可能的變化。這種問題鏈的教學(xué)方法有助于學(xué)生深入理解浮力的方向和作用，促進他們更全面地理解物體在液體中的運動和受力情況。然而，由于一部分學(xué)生的思維方式和理解能力有限，他們可能會在這個過程中遇到問題，如浮力是不是都是向上的？

針對該狀況，教師可以策劃實驗探究活動，組織學(xué)生親自進行實驗操作，進而驗證浮力的方向，這樣的實驗活動為課堂教學(xué)提供了一個很好的起點。

二、基于問題鏈探究，加強浮力認知

教師可以引入生活中的例子或使用生活中常見的小工具來做實驗。如教師將木塊、粉筆、乒乓球、玻璃石塊、鐵塊呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生按順序放入水箱里，觀察沉浮情況，并做好記錄。同時，教師設(shè)計如下問題鏈：

師：把東西都放在水箱里，是不是都受到浮力？

（學(xué)生思考并與其他同伴討論）

師：怎么才能測量出物體受到的浮力呢？

師：你是如何感覺到浮力的？你能演示浮力的存在嗎？浮力是朝哪個方向的？產(chǎn)生浮力的原因是什么？

學(xué)生應(yīng)掌握“測力儀”“測壓法”“壓差測力法”“浮力方向”等重要教學(xué)內(nèi)容。實驗?zāi)苁箤W(xué)生掌握浮力的大小、方向，并能自己動手驗證，通過力學(xué)分析，提高學(xué)生的建模能力，提升思維能力。在這次的問題鏈情境導(dǎo)入過程中，教師讓學(xué)生對浮力有了直觀認知，通過問題鏈提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深其對本節(jié)課知識點的印象。

三、基于問題鏈思考，分析影響因素

探究式問題鏈是教師為培養(yǎng)學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)而設(shè)計的一系列問題，在初中物理教學(xué)中，科學(xué)探究是一種很有意義的活動。教師將物理教學(xué)內(nèi)容和科學(xué)探究過程相結(jié)合設(shè)計探究式問題鏈，對物理問題進行解釋，可讓學(xué)生對物理知識有全面、系統(tǒng)的認知。教師拿出一個鴨蛋、一個大杯子、一個空瓶子、一個大臉盆，讓學(xué)生進行思維活動。

師：鴨蛋在清澈的水中會下沉，有沒有人能幫它浮起來呢？

師：擰緊塑料瓶蓋，然后用手壓住底部將其按壓進水箱中，你是否感到手上有向上的浮力？

師：浮力受哪些因素影響，怎樣論證？

師：浮力與排出液體的重量有何聯(lián)系？

學(xué)生對阿基米德定律和影響浮力的因素進行探索。

師：你認為哪些因素影響了浮力的大??？請大家閱讀教材，結(jié)合自己的生活經(jīng)歷，談?wù)勛约旱牟聹y及依據(jù)。

教師與學(xué)生互動，學(xué)生提出猜想。在基于問題鏈互動教學(xué)過程中，教師要對學(xué)生的猜測進行分析，排除不合理的猜測。

生1：浮力的大小和液體的密度有關(guān)系。

生2：浮力的大小與浸入液體的深度有關(guān)系。

生3：浮力的大小與浸入液體的體積有關(guān)系。

生4：所述浮力的大小與所述物體浸入所述液體中的所述物質(zhì)的密度相關(guān)。

師：大家應(yīng)該用什么樣的研究方式來證明以上的猜想？

生1：我們可以用控制變量的方法。

在此基礎(chǔ)上，教師設(shè)計一種新教學(xué)方法，并對提出的問題進行討論。在活動中，學(xué)生按照自己小組要探索的猜測，將實驗步驟和資料詳細地記錄下來，并進行實際的探索。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生分析和討論實驗結(jié)果，并進行總結(jié)。每組選出一位代表，報告自己的實驗過程和研究結(jié)果。在活動中，教師要做好巡視工作，對學(xué)生合作探索做出有針對性的評價，與學(xué)生一起進行歸納和總結(jié)，最后得出結(jié)論，即一個物體在液體中受到的浮力與其浸入液體的深度沒有關(guān)系，而是與其浸入液體的體積、密度成正比。

教師可以通過創(chuàng)設(shè)問題情境激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)其探究能力，并提升實驗技能。例如，在研究浮力大小的過程中，教師可以讓學(xué)生通過實驗探究“浮力與排出液體的重量”之間的關(guān)系，探討液體排出的質(zhì)量是否能夠反映浮力的大小。在進行塑料瓶浸水實驗時，通過研究水下物品的體積變化，學(xué)生可以突破對阿基米德定律的認知限制，拓展思維的廣度、深度和角度。這種探究式學(xué)習(xí)方法有助于學(xué)生理解概念、培養(yǎng)實驗技能以及提高解決問題的能力。

四、基于問題鏈實驗，鞏固物理概念

初中物理只要求研究靜止液體中物體的浮力，浮力方向是一種抽象概念，在新課上學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)經(jīng)驗，得出“浮力的方向向上”這一結(jié)論，但對于“豎直向上”這一概念，大部分學(xué)生都是從二力平衡狀態(tài)中推導(dǎo)出來的，沒有經(jīng)過任何實驗驗證，所以對浮力的方向的概念，學(xué)生仍然處于識記水平。

師：浮力是什么方向的？

生：豎直向上。

師：如何通過實驗來證明？

教師拿出圖1中的甲實驗設(shè)備，解釋乒乓球、繩子受到的重力是可以忽略的原因。

師：什么力能使乒乓球靜止在水中？它們有什么關(guān)系？

生：受浮力的影響，也受拉力的影響，這兩個力成了一對平衡力。

師：這兩個作用力的方向是什么？請說明你的判斷依據(jù)。

生：由于細繩在伸直時是豎直的，可以推斷出細繩的拉力是豎直向下的。由二力平衡條件可以看出，乒乓球受到水的浮力的方向是豎直向上的。

師：你能做一個實驗來證明當(dāng)細線伸直時，它是豎直的嗎？

生：我們可以使用重力鉛垂線。

師：有沒有學(xué)生做一條垂直線？

學(xué)生上臺，選擇教師提供的設(shè)備，做一個像圖1中的乙實驗設(shè)備所示的重力鉛垂線，并進行示范，驗證這個實驗。

生：由于重力鉛垂線是豎直的，可以看出拉動乒乓球的細繩子和鉛垂線平行。因此，拉動乒乓球的細繩子也是豎直的。

師：浮力是否始終是豎直向上的？能不能做個實驗來證實？

在此基礎(chǔ)上，學(xué)生通過小組合作進行演示操作，主要演示圖1中的丙實驗設(shè)備。

生：不管燒杯怎么傾斜，在不動的情況下，拖著乒乓球的細繩子始終和鉛垂線平行，這就證明了浮力始終是豎直向上的。

五、基于問題鏈計算，提升學(xué)習(xí)效果

問題鏈是教師根據(jù)學(xué)生已有理論知識為讓學(xué)生了解實際的應(yīng)用情況而設(shè)計的一系列問題，基于問題鏈能讓學(xué)生找到與問題的關(guān)聯(lián)，并能熟練運用所學(xué)知識，基于問題鏈計算能提升學(xué)習(xí)效果。

師：如一個重量為5 N的木塊，在河里所受的浮力有多大？

生：木塊靜止不動，承受的向上力和向下力必然相互平衡。向下作用力僅有一種重力，即5 N，那向上作用力又會如何？物體僅接觸到水面，受到的向上作用力僅為水中對物體的浮力，浮力與重力相互抵消，同樣為5 N。

師：如果這塊木頭隨河水漂到海里，還能浮在水面上，那它在海里的浮力有多大？

生：物體在豎直方向上還是靜止不動，受到豎直向下的重力不變，豎直方向的力依然是重力和浮力，重力依然是5 N，所以浮力還是5 N。

師：難道海水密度不比河水大嗎？

生：在上面分析中，密度不存在。事實上，不管是在水里，還是在海里、在酒精里、在煤油里、在水面上，都有5 N的浮力。如果你把這塊木頭從液體里取出來，放在桌上、沙發(fā)上、巖石上、沙子上、地上，那這塊木頭向上的支持力依舊是5 N。

師：這不是說浮力嗎？為什么會變成支持力？

大家還可以思考一下，木頭之所以能浮在水面上，就是因為水“支持”著木頭，就好像桌子和沙發(fā)能支撐木頭。

師：這就是重力和浮力之間的平衡，當(dāng)重力和浮力不相等時，又有一個豎直方向的力加入時，這幾個力就會讓這個物體靜止不動，當(dāng)這個物體在豎直向上和向下的力大小相等時，就可以通過二力平衡知識計算出浮力。

六、基于問題鏈延伸，促進師生互動

在課堂教學(xué)中，教師可以根據(jù)課程要求積極地進行物理活動，基于問題鏈延伸教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。以物理理論為中心的活動方案很難適應(yīng)學(xué)生的實際需求，通過問題鏈對活動方案進行調(diào)整，可以有效地調(diào)動學(xué)生探索的積極性，使其能更好地適應(yīng)物理學(xué)習(xí)需求。如在“浮力”一課中，通過探討“液體的密度影響浮力的大小”這個問題，教師就可以用鐵板和密度大小不同的液體來進行物理實驗。在問題鏈的幫助下，學(xué)生可以自主地進行實驗，并根據(jù)不同因素設(shè)計實驗。

師：世界上有一個被稱為“死?！钡膬?nèi)陸湖泊，它含有非常高的鹽分，即使是不會游泳的人，也能漂浮起來，但如果是正常的湖水，人為什么會沉沒？

師：是什么因素影響浮力？請你結(jié)合生活實際進行描述。

生：可能是液體密度。

教師引導(dǎo)學(xué)生進行課外物理實驗，為學(xué)生準備好自來水、鹽水、酒精等原料，學(xué)生在進行實驗前要明確各項物質(zhì)的用量和測定液體的密度。在初中物理教學(xué)過程中，教師運用問題鏈來指導(dǎo)學(xué)生對物理知識進行積極發(fā)掘，從科學(xué)現(xiàn)象入手，使其教學(xué)領(lǐng)域得到擴展，從而提高學(xué)生對物理知識的探索能力，同時促進師生互動，加強師生感情交流。

由于對浮力的研究比較多，所以本節(jié)課內(nèi)容比較抽象，而且在中考時經(jīng)常會涉及壓強、密度等方面的綜合考查，大多數(shù)學(xué)生在解決這些問題時會感到十分困難。在教學(xué)過程中，教師要注重探索過程，從簡單到復(fù)雜，利用實驗搭建臺階，借助問題鏈解決困難，設(shè)計一些具有啟發(fā)性的問題，讓學(xué)生自己去做實驗。

（作者單位：貴州省天柱縣第六中學(xué)）

編輯：趙文靜