以“問題鏈”為主線 指向猜想與假設的初中物理實驗教學案例

李虹 王永剛

摘 要：用問題鏈引導學生經歷在教師創設的情境中提出問題、根據情境進行科學猜想和合理假設、根據猜想和假設設計實驗和制定計劃、展示交流優化實驗方案的過程，讓學生知道為什么要做實驗？怎么做實驗？從而讓初中物理實驗教學中的科學探究更加順暢、科學探究的要素更加完整，這樣有利于物理學科核心素養的落實.

關鍵詞：核心素養;問題鏈;科學探究

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）18-0038-03

基金項目：甘肅省教育科學“十三五”規劃2020年度一般課題“核心素養視域下基于‘問題鏈的初中物理實驗高效課堂構建研究”（項目編號：GS[2020]GHB1459）.

作者簡介：李虹（1983-），女，甘肅岷縣人，本科，中學一級教師，研究方向：初中物理課堂教學;

王永剛（1983-），男，甘肅岷縣人，本科，中學高級教師，研究方向：初中物理課堂教學.

科學探究是物理學科核心素養中的一個重要方面，《義務教育物理課程標準（2011年版）》將科學探究列入“課程內容”，旨在讓學生經歷與科學工作者相似的探究過程，主動獲取物理知識，領悟科學探究方法，發展科學探究能力，體驗科學探究的樂趣，養成實事求是的科學態度和勇于創新的科學精神.科學探究涉及提出問題、猜想與假設、設計實驗與制定計劃、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作等要素[1].在實際教學中，很多一線教師在實驗教學中直接給定實驗方案，讓學生根據已有的實驗步驟進行實驗與收集證據，更加注重學生的動手操作能力，更加注重實驗數據的處理和實驗結論的得出，卻往往忽略了提出問題、猜想與假設、設計實驗與制定計劃等環節.愛因斯坦說過：“提出一個問題比解決一個問題更重要”，科學探究中的提出問題要素，就是要培養學生提出問題的能力，忽略了提出問題要素就是忽略了培養學生提出問題的能力，這樣的話，學生只知道自己在做實驗，卻不知道為什么要做這個實驗，也不利于學生提出問題能力的培養.“問題鏈”是教師為實現指定的教學目標，根據學生已有的認知水平，把教材知識轉化為一連串有主題指向的問題群[2].問題鏈中的問題相互有關聯，有梯度，對學生的能力要求是逐步上升的，設計的問題對學生有吸引力，能激發學生的求知欲望，學生在積極參與課堂教學的情況下，通過問題鏈來達成教學目標[3].在實驗教學中，筆者通過給學生提供情境，用問題鏈為主線引導學生，讓學生根據情境提出問題、科學猜想、提出假設，根據猜想和假設設計實驗與制定計劃，可以培養學生科學探究能力要素中的提出問題能力、科學猜想與假設能力、設計實驗與制定計劃的能力，可以更好地落實物理學科核心素養.下面以“探究浮力的大小與哪些因素有關”為例，談談具體做法.

1 創設情境，提出問題

情境一：水桶中裝適量的水，讓學生將籃球逐漸壓入水中.

教師：隨著籃球浸入水中深度的變化，你有什么感受呢？

學生：隨著籃球浸入水中的深度越深，感覺到籃球受到的浮力越來越大.

教師：那說明浮力是有大小的，浮力的大小到底跟哪些因素有關呢？

設計意圖：讓學生通過體驗，感受浮力的變化，再通過問題鏈的引導，使學生具有提出問題的意識，同時培養學生根據情境提出問題的能力.讓學生知道知識來源于生活，進而激發學生求知欲望，激起學生學習新知識的興趣.

2 根據情境，科學猜想

教師：根據剛才的實驗，我們可以猜想浮力的大小可能跟什么因素有關呢？

學生：深度.

教師：板書（浮力的大小可能與物體浸入液體中的深度有關）.

情境二：水桶中裝適量的水，讓學生用兩只手分別將乒乓球和籃球同時壓入水中.

教師：兩只手的感覺有什么不同呢？

學生：感覺到籃球受到的浮力大于乒乓球受到的浮力.

教師：由此我們可以猜想到浮力的大小跟什么因素有關呢？

學生：物體的體積.

情境三：讓學生分別用兩只手將大小不同的兩個飲料瓶同時壓入水中，大飲料瓶浸入水中的體積小一點，小飲料瓶浸入水中的體積大一些.

教師：感覺到哪個飲料瓶受到的浮力大一些？

學生：小飲料瓶.

教師：那浮力的大小是不是與物體的體積有關系呢？

學生：不是.

教師：結合情境二和情境三，我們發現浮力的大小跟哪些因素有關呢？

學生：物體浸在液體中的體積.

教師：板書（浮力的大小可能與物體浸入液體中的體積有關）.

情境四：將一枚雞蛋放入水中，觀察到雞蛋沉在水底，然后往水里邊加鹽邊攪拌，讓學生觀察現象.

教師：加鹽后雞蛋浮上來，說明雞蛋受的浮力有什么變化呢？

學生：變大.

教師：由此猜想浮力的大小可能跟什么因素有關呢？

學生：液體的密度.

教師：板書（浮力的大小可能與液體的密度有關）.

教師：結合生活經驗，你覺得浮力的大小還可能跟什么因素有關呢？并說出你猜想的依據是什么？

學生：還可能與物體的密度、物體的重力有關[4].

設計意圖：科學猜想是讓學生根據實驗現象、生活經驗或者已有的知識對提出的問題進行合理猜想[5].通過問題鏈的引導，讓學生結合情境進行科學猜想，培養學生的證據意識，讓學生知道科學猜想是有依據的，培養學生科學猜想的素養.讓學生在猜想的同時說出猜想依據，是為了杜絕學生不經思索的胡亂想象，培養學生科學猜想的習慣.

3 依據情境，進行假設

教師：依據以上實驗和生活經驗，我們猜想到浮力的大小可能與物體浸入液體中的深度、物體浸入液體中的體積、液體的密度、物體的密度、物體的重力有關，那么浮力的大小跟這些因素到底是什么關系呢？請依據實驗和生活經驗作出假設.

學生1：籃球浸入水中的深度越深，感受到浮力越大，所以我覺得深度越深，物體受到的浮力越大.

學生2：我感覺到籃球受到的浮力比乒乓球受到的浮力大，原因是籃球浸入水中的體積比乒乓球浸入水中的體積大，所以我覺得物體浸入液體中的體積越大，物體受到的浮力越大.

學生3：雞蛋在水中沉底，而在鹽水中上浮，是因為鹽水的密度大于水的密度，所以我覺得液體的密度越大，物體受到的浮力越大.

設計意圖：培養學生根據情境和生活經驗對提出的問題和猜想做出合理假設的能力，培養學生的證據意識.

4 根據猜想和假設，設計實驗與制定計劃

教師：如何知道我們的猜想和假設是不是正確呢？

學生：用實驗證明.

設計意圖：讓學生知道做實驗是為了證明猜想和假設是否正確，即告訴學生為什么要做實驗.

教師：根據實驗現象和生活經驗，現在我們猜想到浮力的大小可能與物體浸入液體中的深度、物體浸入液體中的體積、液體的密度、物體的重力、物體的密度等因素有關，比如說我們現在要證明石塊受到浮力的大小與石塊浸入液體中的深度的關系，應該怎么做呢？

學生1：先測出石塊的重力，然后讓石塊的一半浸入水中，用彈簧測力計測出對石塊的拉力，算出石塊受到的浮力，再讓石塊全部浸入水中，測出石塊受到的浮力，比較大小，可以得到浮力大小與深度的關系.

教師：大家覺得合理嗎？

學生2：我覺得不合理，因為深度在變化的同時石塊浸入水中的體積也在增大，我們無法確定到底是深度影響了浮力的大小還是體積影響了浮力的大小.

教師：那這個時候我們應該怎么辦呢？

學生2：要研究浮力大小與深度的關系，我們應該控制其他因素不變，改變石塊浸入液體中的深度，然后比較浮力的大小.

教師：非常好，這種方法就是我們物理學中經常用到的“控制變量法”.那我們要如何做才能保證浸入水中的深度變化但是體積不變呢？

學生3：讓石塊完全浸沒在水中，然后改變石塊在水中的深度，測出石塊先后兩次受到的浮力.

教師：非常好，那我們來試一下，還有更好的方法嗎？

學生：分組做實驗.

教師：觀察各組實驗情況.

設計意圖：通過問題鏈引導學生設計實驗，讓學生深入思考，不斷優化實驗方案，滲透控制變量的物理研究方法，讓學生明白當有多個因素影響一個物理量的大小時，研究時要具有控制變量的意識，培養學生具有控制變量的科學思維.

教師：好，接下來請同學們以小組為單位，設計能夠證明猜想和假設的實驗方案，畫出記錄數據用的實驗表格，明確分工，注意控制變量法在實驗中的運用，設計完后向全班展示.

學生：小組合作，設計實驗、制定計劃.

設計意圖：通過問題鏈引導，讓學生知道做實驗的目的是驗證自己的猜想和假設是否正確，不是為了做實驗而做實驗，通過設計實驗，使學生具有分工合作的意識，培養學生設計實驗和制定計劃的素養.

結語：科學探究是物理學科核心素養的四個要素之一，在初中物理教學中，開展好科學探究，可以在實驗中培養學生的科學思維，有助于學生形成物理觀念，培養學生實事求是的科學態度和認真嚴謹的科學責任，對物理學科核心素養的落實起到至關重要的作用.用問題鏈引導學生經歷在教師創設的情境中提出問題、根據情境進行科學猜想和合理假設、根據猜想和假設設計實驗和制定計劃、展示交流優化實驗方案的過程，讓學生知道為什么要做實驗？怎么做實驗？從而讓初中物理實驗教學中的科學探究的過程更加順暢、科學探究的要素更加完整，有利于物理學科核心素養的落實.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]王后雄.“問題鏈”的類型及教學功能——以化學教學為例[J].教育科學研究，2010（05）：50-54.

[3]李雪奎.促進高中物理深度學習的“問題鏈”策略研究[J].中學物理教學參考，2019，48（17）：1-4.

[4]費志明.巧設物理情境與問題鏈 發展學生思維品質[J].中學物理，2019，37（24）：54-56.

[5]王永剛.基于問題鏈的初中物理教學疑難問題解決案例——以《探究影響滑動摩擦力大小的因素》為例[J].湖南中學物理，2020，35（06）：41-43.

[6]陸建忠.初中物理課堂教學思維的培養——談物理教學中問題鏈的設計[J].名師在線，2020，（05）.

[7]蔣天依.“問題鏈·導學”教學模式的探索與思考[J].中學物理，2011，29（07）.

（收稿日期：2021-06-09）