談 “培養有問題解決能力的學生”*
——以“油膜法測分子直徑”為例

趙明 冉英

(北京市順義區楊鎮第一中學 北京 101309)

隨著高中新課程改革深入推進，新高考改革已全面啟動，這對課堂教學提出了新的要求和挑戰．當前的基礎教育改革已經從“以知識為核心”轉變到“以素養為核心”[1]，注重營造學習情境的真實性，培養學生形成高于學科知識的學科核心素養．從“知識技能獲得”轉向“核心素養發展”，從“信息工具使用”轉向“學習方式變革”，從“單一紙筆測試”轉向“成長綜合評價”．變革的根本目的在于“培養面向未來、有問題解決能力”的學生．物理學科的核心素養相對課程標準中的三維目標而言，是站在一個更高的物理文化層面對高中物理教學提出的要求，它超越對具體知識的學習，但仍然脫離不了以具體知識為載體，核心素養的落實，顯然不僅僅是對教學內容的選擇和變更，它更是以學習方式和教學模式的變革為保障的．而學習方式和教學模式的變革，要求所有的教學必須以學生學習為主線進行設計，必須讓學生真實的學習過程能夠發生并且展開．那么基于學科核心素養的物理課堂教學，要設計什么樣的課堂學生活動,以什么樣的方式實施課程,才能從三維目標過渡到核心素養目標，讓學生真實的學習過程能夠發生并且展開呢？培養有問題解決能力的學生，將學科核心素養落在實處，成為當前廣大一線教師需要在實踐中一起探索的重要問題．

物理是一門以實驗為基礎的學科．觀察、實驗與科學思維相結合，是物理學科的基本特征．探究實驗在培養思維方法、培養學生問題解決能力方面的價值是大家公認的．

下面以“油膜法測分子直徑”的課堂設計為例，談談自己在“培養有問題解決能力的學生”的一些具體做法．

本實驗的重點，是使學生學會并理解用“油膜法估算分子直徑”的方法．盡管今天科學技術已經達到很高的水平，但在目前的物理課上，學生大多還是只能借助圖片等信息了解分子的形狀和外觀，這給講授分子的相關知識帶來一定的困難，也更突出了運用估算和建立理想模型的方法研究固、液體分子體積、直徑的重要意義．

課堂教學中主要解決3方面問題：

(1)初步認識固體、液體分子的形狀；

(2)理解油膜法測分子直徑的原理(含操作中碰到的各種實際問題)；

(3)通過數據處理加深對實驗原理的理解.

下面依次談談在這3方面的具體做法．

(1)初步認識固體、液體分子的形狀

通過PPT展示掃描隧道顯微鏡下小分子的圖片，讓學生歸納出分子的形狀與排列情況．

設計意圖：通過單刀直入的方式，直觀地讓學生了解固體、液體分子的形狀，培養學生的觀察能力，為后面學生將油酸分子處理為球模型做好鋪墊．

(2)理解油膜法測分子直徑的原理(含操作中碰到的各種實際問題)

為使學生能真正理解油膜法測分子直徑的原理，明白為什么要這樣設計，為什么要這樣操作，為什么要有這些注意事項，設計了兩個實驗，以層進的方式給學生創設情境．

實驗一：每組一瓶小米粒、一個量筒．

要求學生通過思考、討論，能給出測小米粒直徑的方法．為此設計的問題提示有：

(1)怎樣估測出小米粒的直徑？跟同學交流、討論你的設計方案．

(2)設計方案需要哪些具體的操作步驟？

(3)怎么測用到的小米粒的體積和鋪開的面積？

學生從交流、設計實驗方案和操作步驟，到真正動手實驗，在這個與學科知識相聯系的實踐活動，不僅獲得了實驗操作體驗，還充分鍛煉了動作技能和科學思維．

解決測小米粒鋪開的面積這個問題，學生可以說是腦洞大開．有的提出可以用彩筆描出小米粒鋪開面積的邊界，借助坐標紙估算面積；有的提出對鋪開的小米粒進行拍照，導入電腦中，用畫圖軟件對著圖片描出邊界，再估算邊界對應的面積；還有的學生用繪圖軟件的摳圖功能，然后根據比例計算膜的面積等等．這些不局限于課本，由學生自己想出來的方法，都為后面用油膜法測分子直徑提供了思路．關鍵是學生利用自己已有的知識和技能解決了一個實際問題，這使他們很有成就感和獲得感，這個過程充分挖掘了他們的潛能，培養了他們的技能，更增強了他們學以致用的意識．下面的圖1是學生畫的實驗原理圖和部分操作過程的附圖．

(a)測小米粒直徑的原理

實驗二：植物油，油酸，酒精，滴管，邊長約40 cm方形水槽，10 mL量筒，畫有方格線的透明塑料板．

實驗二思考問題1：利用已有的儀器給出測油酸分子直徑的實驗方案．

2.2.2.1 藥劑拌種該病除選用上述技術原則外，還可用種子100kg，營養液5kg，溶入58%甲霜靈可濕性粉劑300g，（營養液可以用含微量元素葉面肥尿素、磷酸二氫鉀各100g代替）對種子均勻噴灑翻拌，悶種3h～4h，即可播種。有預防霜霉病和壯苗的雙重作用。

學生將盤子里裝上水，往水里滴油，發現問題并沒有想象的那么簡單．實際情況是油并不散開，而是在水面上成一小坨，如圖2所示，不會像小米粒那樣鋪成一層．

圖2 向裝水的盤子里滴油

在此基礎上引導學生：要有什么作用能把滴在水中的油酸給拽開就好了，大家可以查一下資料．查閱后學生很快就對上述問題提出了解決方案，即稀釋——可以用酒精稀釋，制成油酸酒精溶液．

配制完溶液后，讓學生將一滴溶液滴在水面上，接著讓學生思考下面的問題：

實驗二思考問題2：油膜在水面上的邊界怎么確定？

學生實際操作后發現油膜的邊界很難辨認和確定．受上面引導的啟發，學生自然會考慮什么做法有助于把膜的邊界顯現出來.于是果斷查資料，得出確定油膜邊界的方法：可以在水面上均勻地撒一層薄薄的痱子粉，來清晰地顯示油膜的邊界在哪．

實驗二設計意圖：創設本實驗的情境和設計上面的思考問題，是希望在完成實驗二的過程中，學生能學會用學科眼光觀察現象、發現問題、表述問題，利用學科思維，分析問題、解決問題，即用問題化的學習方式，替代傳統教師講而學生按部就班做實驗的模式．學生在將實驗一的方法遷移到實驗二的過程中，發現理論并不等同于實踐，實踐中還會出現很多設計之初根本想不到的具體問題，而解決這些實際問題的過程，就使學生真實的學習能夠發生并且展開，學生的問題解決能力也就得到培養，學科核心素養的培養便落在了實處．

(3)通過數據處理加深對實驗原理的理解

在上述準備工作完成后，學生已經真正明白了該實驗為什么這么設計，為什么要這樣操作，為什么要有這些注意事項．接著通過下面的問題讓學生進一步對實驗原理進行深入思考.

思考2:如何測得鋪開的油膜面積？

學生在經過充分的思考、討論后，得出解決上面問題的思路和方法.

思考2的解決：在油膜穩定后，用彩筆在畫有方格線的透明塑料板上描出膜的邊界，通過數格的方法(不足一半舍，夠一半算一個)估算油膜的面積．

設計意圖：第(3)個問題的任務設計，是想讓學生明白，雖然實驗的設計原理沒有變，但為了滿足該設計原理，在實際操作中，已經對有些步驟進行了改進，那么在處理數據時，也應該對改進部分做出相應的調整，不能死記硬背，做到真正理解原理式中各個物理量的確切含義．

至此，學生經歷了下面一系列過程：利用顯微鏡下石墨和金屬表面的分子圖片，直觀而快捷地建立分子模型的過程；將估測小米粒直徑的方法遷移到測分子直徑的思維過程；在理解實驗原理的基礎上，逐個解決實際操作中出現的具體問題，合理處理實驗數據等過程．學生在整個設計、完善實驗的過程中，充分理解并應用到物理學中的建模、微小量的放大、估算等重要的科學方法，而整個帶著問題去查閱資料，與同學交流、討論并完善改進實驗方案，自主完成實驗的過程，既培養了學生的動手能力、在實驗中出現問題時獨立思考、處理解決實際問題的能力，又充分挖掘了學生的潛能，調動了他們的積極性、能動性．教師為學生營造的真實的學習情境，使課堂教學真正實現了 “以知識為核心”到“以素養為核心”的轉變．

學生核心素養的培養如何落在實處，需要我們一線教師樹立學科育人的理念，摒棄“為獲得知識而教育”的理念．我們的學生是面對未來生活的，世界上一切都在變，我們在這樣的氛圍里也必須隨之改變．做一個與時俱進的教師，嘗試和探索一直在路上！