初中科學實驗“問題式”課堂教學的探討與實踐

汪瑾

實驗設計題作為科學考試的常見題型，一直以來得分率都不高。究其原因，除了這類題目本身具有一定難度的因素外，學生在日常學習中無法得到有效訓練也是一個重要原因。學生得到的訓練一般來說有兩個來源：課堂和習題。在當前浙教版科學課本中出現的“實驗”、“活動”、“探究”環節中，完整的實驗過程基本都是給出的，如果教師僅僅對書本上的實驗過程進行逐步講解，然后按步驟操作，那么充其量只能實現知識目標，學生的探究能力是完全無法得到培養的。正因如此，學生遇到實驗設計的題型才會不知從何寫起，只能憑感覺和經驗粗略的寫出過程，造成大量失分。由此可見，將實驗設計在課堂中日常化，讓學生在課堂上學習到設計實驗的一般方法至關重要。

針對一個具體的探究實驗，如果僅僅給出一個問題或假設，就讓學生開始設計實驗，對初中學生來說難度是非常大的。為學生在通向目標的路上鋪設臺階，降低難度是課堂上教師義不容辭的使命。完成這一使命的一個重要手段，便是教師的有效提問。“提問得好即教得好”，這是西方學者德加默的一句經典教育語錄，一個優秀的提問能夠啟發學生的思考，給學生鋪設通往學習目標的道路，讓學生更好的完成自我導引，主動前進。“提問得好”應該以“有效提問”為基礎，為的是將一個有效的、合適的問題在相應的時段提出。如果提問過于淺顯，則學生無須動腦;如果提問過于深奧，則學生無從動腦。有效提問可以增進師生交流，激發學生求知欲望，啟迪學生思維。

在初中科學實驗的教學中，如何針對不同的探究內容設置相似的探究性問題，既保證“問題式”課堂教學的有效進行，又能幫助學生逐漸形成一套通用的實驗設計方法呢？眾所周知，科學探究有基本相似的一套步驟，即：提出問題，建立假設或提出猜想，設計實驗，獲取證據，得出結論。筆者發現，難度最大的設計實驗環節，其實也有基本相似的步驟：（1）根據假設確定要改變哪些量，觀察或測量哪些量;（2）分別確定怎樣改變、觀察或測量這些量;（3）整理上述結論，完善實驗方案。教師在課堂上，可以按照上述步驟依次提問，在講評習題時重復并強化上述思考過程。接下來，本文將通過一些案例，就這種“問題式”課堂的實踐作一些探討。

【例析一】探究摩擦力的大小跟哪些因素有關。

（選自浙教版科學七下第三章第六節摩擦力）

提出問題：摩擦力的大小跟哪些因素有關。

建立猜想：摩擦力的大小與物體表面上的壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面積、滑動速度等有關。

設計實驗：

教師提問引導：

1.這個實驗需要改變哪些量，測量哪些量？

答：改變物體表面上的壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面積、滑動速度，測量摩擦力的大小。

2.怎樣改變物體表面上的壓力、接觸面的粗糙程度、接觸面積和滑動速度，怎樣測量摩擦力的大小？

答：通過在物體上加砝碼改變壓力，通過在桌面上是否鋪毛巾改變接觸面的粗糙程度，通過物塊平放與豎放改變接觸面積，通過改變拉動速度改變滑動速度，利用二力平衡原理，物塊勻速直線運動時拉力等于摩擦力，利用彈簧測力計測出物塊勻速直線運動時的拉力間接得到摩擦力。

3.本次實驗有多變量，在設計時應注意什么？

答：控制變量。

4.根據上述問題，畫出實驗方案。

上述問題對于學生來說回答難度并不大，鋪墊到這里，學生寫出完整實驗方案的難度也不大了。相比課本中的實驗方案（如下圖），學生方案將更加全面。在實際操作中，學生發現控制物塊保持勻速直線運動的難度較大，提出可以用電動機代替手拉的改進方案。同時，這個疑問也利于學生感受習題中會遇到的經典改進方案（木塊不動接觸面動）的優點。

【例析二】定量探究浮力大小的相關因素。

（選自浙教版科學八上第一章第三節浮力）

提出問題：浮力大小與哪些因素有關。

建立猜想：與液體密度和排開液體體積有關。

設計實驗：

教師提問引導：現在我們降低難度，控制液體為水，即只定量探究浮力大小與排開液體多少的關系。請大家思考下列問題。

1.這個實驗需要改變哪些量，測量哪些量？

答：改變排開液體體積，測量浮力大小和排開液體體積。

2.怎樣改變排開液體體積？

答：通過改變物體浸入水中的程度改變排開液體體積。

3.怎樣測量浮力大小？

答：利用稱重法測量浮力大小。即先在空氣中測出鉤碼重力為G，在將鉤碼浸入水中，測出拉力為F，浮力即為G-F。

4.怎樣測量排開液體體積（提醒：器材溢水杯）。

答：將溢水杯中裝滿水（強調裝滿），用量筒在溢水口接水。將物體浸入水中溢出的水體積即為排開液體體積。

5.（拓展）如果只提供量筒，物體很小，能放入量筒，能測出排開液體體積嗎？

答：可以。現在量筒中裝入適量水，讀出體積為V1，將物體浸入水中，讀出此時體積為V2，V2-V1即為排開液體體積。

6.用小桶接到水后，在擁有彈簧測力計的前提下，我們還可以測什么？

答：排開液體的重力。

教師引導：由于液體重力和體積存在一定關系，且在當前情況下測重力更為方便，我們改為定量探究浮力大小與排開液體重力的關系。

7.直接就能得到排開液體重力嗎？

答：不能，需要先測出小桶重力。

8.根據上述問題，寫出實驗步驟，畫出實驗記錄表格。

值得一提的是，本活動在課本上并沒有給出具體的操作步驟和記錄表格，明確要求學生自己在筆記本上寫下簡單的實驗步驟，設計實驗記錄表。通過與其他同學交流，確定實驗步驟，并完成實驗記錄表的設計。這表明對于本活動，學生能在教師引導下自主設計實驗已經成為學生的能力目標。顯然，如果此時仍然直接給出操作步驟進行講解，將遠遠背離教學目標。

【例析三】杭州市濱江區2016-2017學年七上期末統考科學試卷第45題。

45.（6分）石英粉是重要的化工原料，小明爸爸在石英粉廠工作，他想知道石英粉的密度，可是身邊只有天平。他求助于正在七年級就讀的兒子，聰明的小明利用天平（含砝碼），一個玻璃杯、足量的水，就完成了測量石英粉密度的實驗。（ρ水為已知）

下面是小明同學設計的實驗步驟，請你幫他補充完整。

（1）用天平測出空玻璃杯的質量m0;

（2）給玻璃杯中裝滿石英粉，測出_______;

（3）__________;

（4）用已知量和測量量對應的字母寫出石英粉密度的表達式ρ粉=____。

這道題在當年濱江區的得分率很低，很多同學連題意都沒有理解。利用前文提到的分析方法，其實這道題并沒有大家想象的那么難。

1.這個實驗需要測量哪些量？

答：測量石英粉的質量和體積。

2.怎樣測量石英粉的質量？

答：先測出空杯的質量為m0（如步驟一），再給玻璃杯中裝滿石英粉，測出玻璃杯和石英粉的總質量m1，m1-m0即為石英粉的質量。

3.怎樣測量石英粉的體積？（提示：提供了足量的水）

答：將石英粉倒出，倒滿水，水的體積即為石英粉的體積。

4.沒有量筒，怎樣測得水的體積？（提示：提供天平，已知ρ水）

答：用天平測出玻璃杯和水的總質量m2，m2-m0即為水的質量，由此水的體積為? ? ? ? ? ，即為石英粉的體積。

5.總結上述結果，得出石英粉密度的表達式。

答：ρ粉=

上文中畫線處即為本題的答案。這個案例充分說明，即使當你拿到題目時對題目用意一頭霧水，只要遵循設計實驗的步驟，對實驗進行分析，就能找到想要的答案。

在實驗課上，通過“問題式”課堂教學的使用，大問題被轉化為一個個容易解決的小問題，由難變易，進而得到突破。整個課堂變得生動活潑，師生交流更多了，學生的思維含量更高了，學生與老師之間智慧的火花更多了，積極性也更強了。有效問題設置在表面上看是一種活動，本質上則是設計者的品質與能力的顯露，反映了在認識事物過程中其思維的直覺、獨立、批判、求異和概括品質，體現了洞察、辨析、類比、推廣和抽象的能力。學生在課堂上能與老師爭論起來，就說明學生真正學習到了知識，敢于用知識解決實際問題，為了是更好的掌握知識。如此，便形成了良性循環，提高學生的科學素養和綜合能力。

不過，在操作的過程中，筆者也發現，運用“問題式”課堂進行實驗教學的過程中，也還需要明確兩點問題。

1.運用“問題式”課堂教學的方法進行授課的過程中，一定會產生矛盾體，并不是像以往那樣，老師講完所備的課，而是要解決學生突發的問題。教師的授課的過程中，不再是知識的傳授者，而是學生學習的助手。教師應該放下“架子”，在課堂上與學生一直解決學生的問題，有時可能問題很棘手，教師要學會說“不會”，與學生一同思考，解決問題。從而改變現有課堂中老師講，學生聽的局面。正如是說，教育的藝術不在于傳授，而在于喚醒、激勵和鼓舞。

2.這樣的分析步驟學生是沒有能力立刻掌握的，必須依靠一定量的訓練。毫無疑問，課堂是訓練的最佳場所。教師以課本中現成且必備的活動探究為載體，讓學生在沒有看書的前提下通過教師合適的引導自己設計出書本上的實驗（甚至比書本上更佳的方案），同時，在日常練習中要求學生嘗試運用這樣的分析方法，并在講解習題時加以強化。長此以往，我相信，設計實驗方案將不再是學生解題路上的絆腳石。

（作者單位：浙江省杭州聞濤中學）