淺析科學探究過程中研究對象的選擇

摘 要：科學探究過程中，教師往往都很注重實驗前的實驗方案設(shè)計，但如何引導(dǎo)學生進行有效思考、深度思考，一直是困擾教師的難點。教學實踐發(fā)現(xiàn)，以實驗研究對象的選取作為切入點來應(yīng)對“探究浮力大小的影響因素”這種類型的科學探究，能有效激活學生思維，深化科學探究歷程。

關(guān)鍵詞：科學探究；浮力；研究對象

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A "文章編號：1003-6148（2025）3-0034-4

新修訂的《義務(wù)教育物理課程標準（2022 年版）》中將“科學探究”由“途徑”轉(zhuǎn)化為“能力”，列于四維核心素養(yǎng)能力之中，如何塑造、提升學生的科學探究能力，成為教育界研究的熱點問題。當前教育界也普遍認同科學探究能力的培養(yǎng)與經(jīng)驗、情境、思維密不可分，是一種自由探索卻因果相連，需要可持續(xù)性表達和輸出的學習場域。那么，在探究之初，對于研究對象的選擇就顯得至關(guān)重要。

1 問題的提出

蘇科版八年級下冊第十章內(nèi)容為“壓強和浮力”，主要以“力的作用效果”為線索繼續(xù)深挖力的分類，其中“浮力”是本章的重難點。而“探究浮力大小的影響因素”是學生必做探究性實驗，既是教與學的難點，也是引導(dǎo)學生自主思維，培養(yǎng)科學探究能力的適切主題。

1.1 關(guān)于“探究浮力大小的影響因素”的實驗

課本上設(shè)置的學生實驗為“探究影響浮力大小的因素”，其目的是既能鞏固學生對于稱重法測浮力大小的運用和理解，也能通過實驗培養(yǎng)學生科學探究等核心素養(yǎng)能力。教材中雖設(shè)置了猜想環(huán)節(jié)，實驗器材和實驗探究步驟都明確給出了確切答案（圖1），將學生的猜想框定在“物體排開液體的體積”和“液體密度”兩個正確答案內(nèi)，缺少思維生發(fā)的空間。若教師僅僅按照課本框架組織學生實驗，就會使得該實驗成為一個普通的驗證性實驗，仿佛實驗結(jié)論是既定的，直接告訴學生的，并不能真正引發(fā)學生思考、解決困惑、提升能力。

1.2 教學現(xiàn)狀及困惑

學生在面對“浮力的大小與哪些因素有關(guān)”這個問題時，在淺層生活經(jīng)驗的影響下，思維往往具有很強的發(fā)散性，能提出多個可能的影響因素。有教師甚至認為，除正確的兩個因素外所有的猜想均與學生的思維定式有關(guān)，是錯誤的、毫無意義并需要消除的。也有教師在課上一帶而過，僅探究明確與之有關(guān)的兩個因素，就得到實驗結(jié)論，其余因素充當課后思考留給提出疑問的學生解決，并無任何方法和思維層面的指導(dǎo)。這些做法都存在忽視學生思維生長點、弱化學生能力進階的弊端，不能做到有效課堂、有效學習和有效探究。

那么，對于廣泛而難以預(yù)測的猜想因素，課堂中是否全部需要一一進行實驗探究？如何把控有限的課堂時間和容量？如何在繁雜的影響因素中引導(dǎo)學生梳理邏輯，完成科學探究歷程，并真正思有所據(jù)、學有所獲？正是本文要探討的內(nèi)容。本研究將科學探究過程的重點聚焦在實驗前的設(shè)計階段——選擇探究對象。通過教學實踐，探討“浮力”教學中如何選擇探究對象，如何簡潔有效地利用較少的研究對象達到多重探究目的，以期為“浮力”教學和科學探究能力培養(yǎng)提出具體可行的策略。

2 教學實踐

筆者在課堂實踐中將學生聚焦的目光從科學探究實驗部分轉(zhuǎn)向?qū)嶒炃把芯繉ο蟮倪x擇，以“選擇合適的研究對象”串聯(lián)整堂課的教學邏輯［１］，提出了圖2所示的教學設(shè)計思路。其目的就是引導(dǎo)學生問題必有依據(jù)、證據(jù)須經(jīng)探尋、解釋交流應(yīng)勇于創(chuàng)新。在選擇研究對象時，學生主動切換物理視角思考問題，能在感性經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出更具邏輯性的問題和猜想，有意識地結(jié)合物理實驗方法使自己的解釋和現(xiàn)象自洽，也能使學生在后續(xù)科學探究歷程中的方向性和目的性更加明確。

模塊一：猜想影響浮力大小的因素。

問題：浮力的大小與哪些因素有關(guān)？你有什么依據(jù)？

學生猜想：液體密度、物體密度、物體質(zhì)量、物體體積、物體形狀、物體浸在水中的深度、物體在水中的受力面積、物體浸在液體中的體積、物體排開液體的體積等多個因素。

教師引導(dǎo)1：選擇什么樣的物體來探究浮力大小與物體排開液體體積的關(guān)系？

學生思考：什么是排開液體的體積？怎樣才能改變物體排開液體的體積？

學生提取感性經(jīng)驗并發(fā)問：瓶子浸入水中的體積越大，水位越高，物體浸入水中的體積是不是就等于物體排開液體的體積呢？

教師引導(dǎo)2：利用溢水杯、圓柱體和容積與圓柱體體積相同的小桶進行實驗。發(fā)現(xiàn)物體浸入水中的體積（包含空心部分）等于物體排開液體的體積。

教師引導(dǎo)3：選擇什么樣的物體來探究浮力大小與物體的質(zhì)量、體積和密度的關(guān)系？

學生思考：物體的質(zhì)量、體積、密度三個因素是否都需要探究？如果控制體積相同，改變質(zhì)量的同時密度必然不同，因此只需探究物體的質(zhì)量和物體的體積兩個因素。

設(shè)計說明：

面向物理問題進行猜想并不是讓學生放開韁繩，天馬行空地進行猜想，教師應(yīng)引導(dǎo)學生進行有依據(jù)的猜想，珍視學生的思維起點［２］。這個依據(jù)可以由學生的生活經(jīng)驗提供，也可以由科學探究的前置體驗活動提供。而猜想因素過多時，教師也可以梳理因素間的邏輯關(guān)系，合并精簡探究對象，體現(xiàn)物理的簡潔之美。雖然學生的思維依舊發(fā)散，但科學思維的活躍度已經(jīng)被激活，學生開始有意識地尋找證據(jù)并迫切進行實驗。

模塊二：探究影響浮力大小的因素。

在學生提出猜想時有一些不可控因素，學生猜想的多個因素間的關(guān)系都是散漫的、無邏輯的。但在課堂中進行科學探究時，教師應(yīng)及時展現(xiàn)出引導(dǎo)者地位，引導(dǎo)學生從選擇合適的研究對象開始思考，串聯(lián)問題、證據(jù)、解釋和交流多個環(huán)節(jié)。教師提供圖3的多個實驗研究對象，讓學生自由選擇，并分析選擇的理由。

設(shè)計說明：

表1中的舉例并非唯一正確、完美的選擇。但由于課堂時間有限，本文教學設(shè)計的重點放在了思維含量最高的一部分，即研究對象的選取和實驗方案的設(shè)計上。大部分學生都認為“深度”是影響浮力大小的因素，因此往往從“深度”這個物理量開始探究。以此為例，有的學生直接選擇了①和⑦這樣便于改變浸在水中深度的物體作為研究對象。但很快就有學生反應(yīng)過來，①和⑦這樣的物體在改變浸在水中的深度時，未控制其受力面積、物體浸在液體中的體積和排開液體的體積不變，不滿足控制變量法的要求。課堂實踐中，教師在這一部分給學生留了較長的討論交流時間，最終學生發(fā)現(xiàn)選擇⑤這樣長寬差距明顯的物體作為研究對象，浸入水中一半、一次豎放、一次橫放即可解決這個問題。

在探究浮力大小與“物體的受力面積”和“物體的體積”兩個因素的關(guān)系時，學生也思索了較長時間，研究對象的選擇上難度較大。在一次次交流探討、選擇試錯中，學生在最終尋找到合適的研究對象時往往會有一種柳暗花明的豁然開朗感，一種運用科學思維解開物理難題的成就感，極大地鼓舞了學生參與科學探究歷程的積極性。筆者認為，這種情緒的萌發(fā)生長與思維的碰撞延伸都是本次科學探究的意義所在。

3 實踐總結(jié)與反思

學生的思維起點才是教學起點。學生的學習過程并不是按部就班的，而應(yīng)是“肆意”的探索；質(zhì)疑的生發(fā)往往并不是起源于書本或教師的提問，而是學生自發(fā)的好奇和迷惑；思維的閉環(huán)也絕不是落實在課本中的結(jié)論和規(guī)律，而是運用所學知識解釋回應(yīng)最初的質(zhì)疑。因此，學生的困惑生發(fā)處才是教學設(shè)計真正的起點。浮力教學中，教師不能簡單規(guī)避學生提出的多樣猜想，而應(yīng)該在備課中充分預(yù)設(shè)學生的反應(yīng)，利用選擇研究對象的環(huán)節(jié)巧妙引導(dǎo)學生延伸思維。

課堂中延長學生的思考時間。我們常說課堂要留白，但如何留白？本文教學實踐中的“留白”即是給予學生思維一定的松弛感，既有寬裕的思考時間，也有自主推進思考廣度和深度的機會。選擇研究對象的過程就是連接科學探究各個環(huán)節(jié)的橋梁，學生在選擇的過程中能夠有意識地進行推理，預(yù)測后續(xù)可能遇到的問題和困難，從而設(shè)法解決突破，厘清前后邏輯關(guān)系，看遠看深。

增強學生科學探究歷程中的自主性。引導(dǎo)學生自主選擇研究對象，實際上就是引導(dǎo)學生由零開始突破，自主設(shè)計科學探究的歷程。不同的研究對象對應(yīng)不同的實驗順序、方案和操作，學生能夠擁有更多嘗試和試錯的機會，由簡單的發(fā)散思維進階到多線程的邏輯思維。因此，在科學探究的歷程中應(yīng)增強學生的自主性，從選擇研究對象入手不失為一種智慧的教學策略。

參考文獻：

［１］孫雯．探尋初中物理實驗課的教學邏輯［Ｊ］．中學物理教學參考，２０１７，46（７）：７－９．

［２］郁志蕓．巧妙組合規(guī)則物塊探究浮力的影響因素［Ｊ］． 物理之友，2021，37（9）：35-37.

（欄目編輯 劉榮）

收稿日期：2024-08-13

作者簡介：黃玉（2000-），女，中學二級教師，主要從事初中物理教學工作。