朱喜香 王鐘緹 文 偉

(懷化學(xué)院機(jī)械與光電物理學(xué)院,湖南 懷化 418008)

·初中園地·

有效探究情境的創(chuàng)設(shè)策略

朱喜香 王鐘緹 文 偉

(懷化學(xué)院機(jī)械與光電物理學(xué)院,湖南 懷化 418008)

組織有效的課堂探究活動(dòng),真正改善學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)方式,是一線教師在新課程改革中面臨的一個(gè)巨大的難題和挑戰(zhàn)．教師在理解探究活動(dòng)的本質(zhì)特點(diǎn),熟悉探究活動(dòng)的過(guò)程及其可能實(shí)現(xiàn)的功能的基礎(chǔ)上,充分利用教材提供的探究實(shí)驗(yàn),挖掘其中的探究題材,掌握創(chuàng)設(shè)有效探究問(wèn)題情境的技巧,是有效變革課堂教、學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式和科學(xué)探究能力的重要策略．

有效探究;問(wèn)題情境;技巧

提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)是物理課程改革的核心．讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)過(guò)程,通過(guò)特定的問(wèn)題情境,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出猜想、形成假設(shè)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證假設(shè)方案、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證假設(shè),在以具體知識(shí)為平臺(tái)的探究過(guò)程中,形成以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的理性思維方法和探究能力,培養(yǎng)事實(shí)求是、求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度和質(zhì)疑、求索的科學(xué)精神,并形成科學(xué)的行為習(xí)慣,是物理教學(xué)的終極目標(biāo)．

新教材增加了一系列的探究實(shí)驗(yàn)和小實(shí)驗(yàn),希望能增加學(xué)生在課堂上動(dòng)手操作的時(shí)間,以此來(lái)改變學(xué)生的學(xué)習(xí)．但教師們反映,在教學(xué)的過(guò)程中,這些實(shí)驗(yàn)大多并不具有可探究性,通常只是把原來(lái)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)改名叫探究實(shí)驗(yàn)而已．有的看起來(lái)像是探究的實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在課堂上探究起來(lái),探究效果也并不理想．究其原因在于:探究活動(dòng)的本質(zhì)就是要體現(xiàn)學(xué)生的自主意識(shí),就是要讓學(xué)生的思維活躍起來(lái)、能夠動(dòng)起手來(lái),尤其是探究活動(dòng)中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié),如猜想、假設(shè)和設(shè)計(jì)方案等,如果都是照書本上現(xiàn)成的步驟或教師提供的方法,而不是學(xué)生自己一步一步地去嘗試、去探究、去完成,學(xué)生就體驗(yàn)不到發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的樂(lè)趣,積極性調(diào)動(dòng)不起來(lái),課堂自然也就無(wú)法活躍起來(lái)．教師要想學(xué)生在課堂上進(jìn)行真正的探究,就必須突破已有的課題和現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)方案的束縛,創(chuàng)設(shè)引起學(xué)生探究動(dòng)機(jī)、欲望和興趣的問(wèn)題情境,激發(fā)學(xué)生猜想、假設(shè)和驗(yàn)證假設(shè)的熱情,從而有效地設(shè)計(jì)、引導(dǎo)和實(shí)施探究活動(dòng)．

1 問(wèn)題情境要聯(lián)系學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)和前概念,能激發(fā)學(xué)生提出有效的猜想

有效(科學(xué))的猜想是指人們根據(jù)已知的事實(shí)材料和科學(xué)知識(shí),對(duì)未知的事實(shí)及其規(guī)律性提出的一種推測(cè)性的看法．通?？梢酝ㄟ^(guò)直覺、靈感、想象和抽象等方法提出猜想.[1]有效的猜想為問(wèn)題的探究提供可能的方向,是解決問(wèn)題的前提條件,也是學(xué)生思維活動(dòng)必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)．

探究實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的區(qū)別在于,驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果是已知的,實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方案是現(xiàn)成的,學(xué)生只要按部就班地去做就可以了．而探究實(shí)驗(yàn)結(jié)果是未知的或不確定的,而實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方案,都需要學(xué)生動(dòng)腦動(dòng)手去解決的,因此,對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō),更具有挑戰(zhàn)性,更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望和興趣．而學(xué)生基于自己的生活經(jīng)驗(yàn)、根據(jù)已有的知識(shí)、類比相似的情境做出的猜想都是有效的猜想．因此,教師創(chuàng)設(shè)一個(gè)學(xué)生很熟悉的情境,讓學(xué)生從已知開始,提出猜想,開始探究未知之旅．

大氣壓強(qiáng)對(duì)于初二學(xué)生來(lái)說(shuō),已不是一個(gè)陌生的名詞,但對(duì)于大氣壓形成的原因、大氣壓強(qiáng)的大小卻缺乏準(zhǔn)確的理解,因此,教師創(chuàng)設(shè)圍繞學(xué)生原始概念的情境,讓學(xué)生進(jìn)行猜想,驗(yàn)證或否定猜想,在理解大氣壓確實(shí)存在的基礎(chǔ)上,再測(cè)量大氣壓強(qiáng)的大小,符合中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),有助于學(xué)生理解大氣壓強(qiáng)．

首先,教師拿出裝水的水盆,用玻璃杯裝水給大家看,并提出問(wèn)題:大家知道,玻璃杯可以裝水,但如果杯底是用紙做的,還能裝水嗎?

圖1

接下來(lái),教師做用紙片做杯底裝水的實(shí)驗(yàn)1(如圖1).雖然有的學(xué)生聽說(shuō)過(guò),但真的見過(guò)這種現(xiàn)象的學(xué)生還是少數(shù)．所以,學(xué)生的注意力一下子就被紙能托起一杯水的現(xiàn)象吸引住了,教師提出問(wèn)題:“大家都想一想,為什么紙也能裝水呢?”學(xué)生很快就會(huì)提出各種猜想:有的說(shuō)是水把紙粘住了、有的說(shuō)水有表面張力把紙吸住了、有的說(shuō)是大氣壓……

為了防止學(xué)生們胡亂猜測(cè),教師要求他們必須說(shuō)出各自猜想的理由,只要他們的解釋有一定的合理性,猜想就是有效的,教師就不能夠否定．例如，粘住的理由:紙不會(huì)掉下來(lái)是由于水有粘性,例如在玻璃上抹一層水,可以把紙貼上去(類比)．水有張力的理由:我們知道試管里的水會(huì)呈一個(gè)凹面,現(xiàn)在紙也是凹進(jìn)去的,應(yīng)該是水的表面張力(知識(shí)遷移)．大氣壓的理由:由于水很重,紙不會(huì)給水一個(gè)那么大的力,一定是別的作用力通過(guò)紙傳遞給水的,而紙接觸的只有空氣,所以就是空氣給的大氣壓(抽象思維、創(chuàng)新思維)．

“如果杯子里的水不裝滿的話,紙還能夠把水托住嗎?”有的說(shuō)能夠、有的說(shuō)不能夠．同樣的,教師要求他們說(shuō)出理由．例如，可以托住的理由:因?yàn)槿绻恼沉δ茏尲埻凶∫槐脑?也能夠托住半杯水(推理)； 不可以托住的理由:如果進(jìn)了空氣的話,漏氣就會(huì)托不住(經(jīng)驗(yàn))，像這樣的理由也是有效的.

圖2

教師做用紙裝水的實(shí)驗(yàn)2(如圖2).對(duì)于猜想是由于水有粘力或表面張力的學(xué)生,這個(gè)實(shí)驗(yàn),對(duì)他們不會(huì)形成沖擊,因?yàn)橹灰兴陀辛?有力就可以吸住或粘?。孪胧谴髿鈮旱膶W(xué)生,則有可能否定自己原來(lái)的猜想,因?yàn)槔锩嬉灿锌諝?也有大氣壓,里面和外面都有大氣壓強(qiáng)的話,水怎么能托住的呢．

圖3

教師繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)3(如圖3).教師把整個(gè)裝置放入水中,手握杯子,紙片掉下來(lái),但杯子里的水還是比外面的水面要高．這時(shí)候,水沒(méi)有了他們想象具有膠水一樣粘性的作用,那些猜想是由于水的粘力和表面張力學(xué)生,就不得不放棄自己的猜想．而大部分的學(xué)生都認(rèn)為是大氣壓強(qiáng)的原因,杯子里的水面高出外面的水平面,是由于外面的大氣壓強(qiáng)大于杯子里面的大氣壓,因此,也可以解釋實(shí)驗(yàn)2的現(xiàn)象．

當(dāng)學(xué)生們都認(rèn)為他們已經(jīng)找到了問(wèn)題的答案時(shí),教師又提出新的問(wèn)題:“現(xiàn)在大家都認(rèn)為是杯子里氣壓比外面的氣壓低,可剛才教師只是用紙片蓋住杯子把水倒過(guò)來(lái),僅僅是倒過(guò)來(lái),怎么會(huì)讓杯子里空氣的壓強(qiáng)減小呢？”這樣問(wèn)題就越來(lái)越接近大氣壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因:整個(gè)大氣層由于受到重力作用而產(chǎn)生的對(duì)處于其中的物體產(chǎn)生壓力的作用．與液體的壓強(qiáng)類似．

有的學(xué)生猜想是有部分空氣跑到水里去了，有的猜想是少量的水填滿了紙和杯子口的空間，有的猜想是毛細(xì)現(xiàn)象，有的猜想是杯子里的空氣被水隔成一個(gè)獨(dú)立的空間……如何證實(shí)或驗(yàn)證你們的猜想呢?接下來(lái),大家去查找相關(guān)的知識(shí),也可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,來(lái)檢驗(yàn)?zāi)銈兊募僭O(shè)．

2 問(wèn)題情境要突出物理現(xiàn)象的本質(zhì)特征,有利于學(xué)生形成科學(xué)的假設(shè)

科學(xué)的假設(shè)與猜想相同點(diǎn)是指在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,根據(jù)已有的事實(shí)和理論,提出關(guān)于未知事實(shí)的假定性說(shuō)明.猜想主要是針對(duì)問(wèn)題的成因,假設(shè)主要是針對(duì)問(wèn)題解決的方式、可能呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及問(wèn)題的答案．如果說(shuō)猜想是為問(wèn)題的解決尋找可能的方向,假設(shè)就要提供可能實(shí)施的解決方案,假設(shè)更接近問(wèn)題解決的核心．因此,問(wèn)題情境一定要突出物理概念或物理規(guī)律的關(guān)鍵要素或本質(zhì)特征,能讓學(xué)生圍繞主要因素而形成有效假設(shè)．

串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)是初中物理電學(xué)部分的重點(diǎn)和難點(diǎn),是初中物理人教版教材中兩個(gè)重要的探究實(shí)驗(yàn)．但由于缺少有效的問(wèn)題情境,缺少必要的猜想和假設(shè),缺少驗(yàn)證假設(shè)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案環(huán)節(jié),無(wú)論是教師的演示實(shí)驗(yàn),還是學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn),其實(shí)質(zhì)都只是驗(yàn)證串、并聯(lián)電路的特點(diǎn)而已,并不具有真正的探究功能．如何讓學(xué)生利用已有的電流、電壓、電阻和歐姆定律的知識(shí),形成科學(xué)的假設(shè),設(shè)計(jì)驗(yàn)證假設(shè)的方案,更能讓學(xué)生發(fā)揮能動(dòng)性,也更能接近和理解電路問(wèn)題的本質(zhì)．

圖4

教師可以選擇同樣的兩個(gè)規(guī)格的小燈泡L1和L2,組裝成簡(jiǎn)單的串聯(lián)電路,如圖4所示．閉合開關(guān)后,學(xué)生們發(fā)現(xiàn)L1比L2明顯要亮很多．這時(shí),教師可以要求學(xué)生在猜想的基礎(chǔ)上,提出具體的假設(shè):如L1的電流比L2要大、L1的電壓比L2高、 L1的電阻比L2大,除了這些學(xué)生還可能提出, L1的功率比L2大、L1消耗的電能比L2多等等……由于這些假設(shè)都可以由學(xué)生們?cè)O(shè)計(jì)相應(yīng)的方案進(jìn)行驗(yàn)證．接下來(lái),教師將學(xué)生分組,分配各組不同的假設(shè)驗(yàn)證任務(wù).最后,由小組提交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行論證．與直接去測(cè)量電路中的電流、兩個(gè)燈泡的電壓相比,這樣的問(wèn)題情境和假設(shè),更能激發(fā)學(xué)生的思維,也更接近學(xué)生的認(rèn)知方式．

同樣的,教師把兩個(gè)燈泡連接成并聯(lián)電路,也會(huì)發(fā)現(xiàn)L1和L2的亮度不一樣,學(xué)生們就一樣的需要提出假設(shè)和驗(yàn)證假設(shè),這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)因此就有了探究的過(guò)程,讓學(xué)生們自己動(dòng)腦動(dòng)手解決問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)真正的探究．

3 問(wèn)題情境要有層次,能夠引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生由易到難逐漸形成探究方案

有研究表明,我國(guó)理科生的科學(xué)探究能力較差,而現(xiàn)行的物理教學(xué)方式也無(wú)助于學(xué)生科學(xué)探究能力的獲得．[2]科學(xué)探究能力是學(xué)習(xí)者在科學(xué)探究過(guò)程中逐步形成和發(fā)展起來(lái)的,是對(duì)探究活動(dòng)進(jìn)程及方式起穩(wěn)定調(diào)節(jié)作用的個(gè)性心理特征．[3]而學(xué)生形成有效地探究方案是整個(gè)探究活動(dòng)的核心,需要學(xué)生抓住問(wèn)題的主要矛盾和特點(diǎn),形成假設(shè),并能將假設(shè)通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證,對(duì)大多數(shù)被動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)生來(lái)說(shuō),都具有較大的困難．但教師如果能夠創(chuàng)設(shè)有層次的問(wèn)題情境,引導(dǎo)學(xué)生逐層深入,由易到難,引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生透過(guò)事物和現(xiàn)象,抓住影響事物及規(guī)律的主要矛盾和主要因素,形成具有可行性的探究方案．

平拋運(yùn)動(dòng)是中學(xué)物理里一個(gè)重要的運(yùn)動(dòng)模型,是教學(xué)的重點(diǎn),也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)．學(xué)生難以理解質(zhì)點(diǎn)水平方向的運(yùn)動(dòng)和豎直方向的運(yùn)動(dòng)同時(shí)、又獨(dú)立地進(jìn)行.如果通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,把平拋運(yùn)動(dòng)的這種特點(diǎn)簡(jiǎn)單明了地展示出來(lái),從現(xiàn)象中理解運(yùn)動(dòng)的合成與分解,困難也就迎刃而解,還有助于分析解決更復(fù)雜的力學(xué)綜合問(wèn)題．

圖5

第1個(gè)層次:觀察現(xiàn)象,歸納總結(jié)．教師第1次水平輕拋出一小節(jié)粉筆,讓學(xué)生觀察,并讓學(xué)生回答他們觀察到了什么?大家都知道,這是一條拋物線．教師撿起粉筆,第2次手放在同樣的高度、相同的方向,水平稍用力再拋出,讓學(xué)生觀察,并讓學(xué)生回答他們觀察到了什么?大家都會(huì)發(fā)現(xiàn),教師用力較大,粉筆拋得更遠(yuǎn)了．于是,教師鼓勵(lì)學(xué)生形成假設(shè):用力越大,粉筆會(huì)拋得更遠(yuǎn)．然后再拋第3次來(lái)驗(yàn)證大家的假設(shè)是對(duì)的，如圖5所示．而且通過(guò)繼續(xù)提問(wèn):“為什么用力越大的粉筆會(huì)被拋得越遠(yuǎn)呢?”讓學(xué)生小組討論,形成初步的結(jié)論:用力越大的粉筆速度更大,能夠運(yùn)動(dòng)得更遠(yuǎn)．

第2個(gè)層次:抽象思維,形成假設(shè)．在學(xué)生們的精力集中起來(lái),思維也慢慢活躍起來(lái)的時(shí)候,教師就拋出一個(gè)需要他們發(fā)揮想象、形成假設(shè)、想辦法去驗(yàn)證假設(shè)的問(wèn)題:“剛才的實(shí)驗(yàn),有誰(shuí)注意3種情況下,粉筆在空間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間了嗎”.由于大家的注意力都集中觀察粉筆運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)近,及拋物線的形狀等,幾乎沒(méi)人注意時(shí)間．“發(fā)揮你們的想象,哪種情況下粉筆在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間最長(zhǎng)?”有人說(shuō),第3次走得最遠(yuǎn)時(shí)間最長(zhǎng),也有人說(shuō)第3次路程最大但速度也是最大的,因此,時(shí)間是一樣的．

第3個(gè)層次:用現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證假設(shè)．“你們想如何來(lái)驗(yàn)證你們的假設(shè)呢?”有人提出在教師實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,一個(gè)學(xué)生拋粉筆,另一個(gè)學(xué)生測(cè)量粉筆在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,比較3次的時(shí)間,就可以驗(yàn)證假設(shè)．接下來(lái),教師讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)．很快大家會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)間基本上相同,但由于在拋粉筆的時(shí)候存在很多不穩(wěn)定的因素:拋粉筆的高度不精確、方向很難控制在水平方向或同一方向、落地的時(shí)間不精確．

第4個(gè)層次:改進(jìn)實(shí)驗(yàn),形成精確的探究方案．如何把實(shí)驗(yàn)改進(jìn),讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更精確呢?通過(guò)實(shí)驗(yàn)、討論、改進(jìn)、再實(shí)驗(yàn),最終形成一個(gè)理想的方案,讓小鋼球從斜面槽上,不同高度釋放,可以確保水平拋出且是同一方向.為了準(zhǔn)確測(cè)量落地時(shí)間,學(xué)生還想出一個(gè)辦法,在地面上放一塊鐵塊,以便更清楚地聽到鋼球落地的聲音.為了消除測(cè)量者的誤差,可以幾個(gè)學(xué)生同時(shí)按秒表,可以取平均值,也可以取幾個(gè)學(xué)生測(cè)量相差不大的一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為測(cè)量值．

圖6

第5個(gè)層次:實(shí)驗(yàn)拓展,突出現(xiàn)象的本質(zhì)特征．在大家實(shí)驗(yàn)得出落地時(shí)間相同的基礎(chǔ)上,教師可以引導(dǎo)學(xué)生重點(diǎn)關(guān)注,3次實(shí)驗(yàn)具有不同的初速度,不同的水平方向位移,卻具有相同的高度,即豎直方向具有相同的位移.為了突出這一本質(zhì)特征,教師可以提問(wèn):“你們能利用兩塊橡皮,設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),讓它們同時(shí)做自由落體運(yùn)動(dòng)和平拋運(yùn)動(dòng)嗎”,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)如圖6所示的實(shí)驗(yàn):拿兩塊大小不同的橡皮,小橡皮塊疊放在大橡皮塊的上面,輕輕地放在桌子的邊沿,注意讓小橡皮的位置一定要懸空,用鋼尺用力敲擊下面的大橡皮塊,下面的大橡皮塊會(huì)做平拋運(yùn)動(dòng),上面的小橡皮塊會(huì)做自由落體,觀察兩塊橡皮同時(shí)落地的現(xiàn)象．如圖7所示．

圖7

第6個(gè)層次:圍繞實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵特征進(jìn)行討論,形成結(jié)論．最后組織學(xué)生們討論:“為什么從同一高度拋出的鋼球,在空中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間會(huì)相等呢”,“為什么,兩塊同時(shí)運(yùn)動(dòng)的橡皮塊,會(huì)同時(shí)落地呢”.讓各組學(xué)生展開討論,并提交每一組討論的結(jié)果,同時(shí),也就將學(xué)生們的探究學(xué)習(xí)推向一個(gè)高潮．這樣的一個(gè)過(guò)程,不僅讓學(xué)生經(jīng)歷了一個(gè)完整的探究過(guò)程,而且設(shè)計(jì)圍繞:兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)性、獨(dú)立性、可疊加性,抓住了現(xiàn)象的本質(zhì)特征,簡(jiǎn)單明了．

教師創(chuàng)設(shè)有效的問(wèn)題情境,能夠讓學(xué)生提出猜想,形成假設(shè)、形成驗(yàn)證假設(shè)的實(shí)驗(yàn)方案、改進(jìn)和拓展實(shí)驗(yàn)、小組討論、交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得出結(jié)論．每一個(gè)環(huán)節(jié),學(xué)生們都有問(wèn)題可想,有事可做,且樂(lè)在其中．只有這樣,教師才能在課堂教學(xué)中,有效實(shí)現(xiàn)知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的教學(xué)目標(biāo)．

1 李奇云.關(guān)于中學(xué)生猜想與假設(shè)思維活動(dòng)的初步研究.[D].廣西師范大學(xué)，2005：4.

2 張軍鵬.理科學(xué)生探究能力現(xiàn)狀的調(diào)查與思考[J].課程·教材·教法，2003(11)：43-46.

3 姚蕾等.關(guān)于高一學(xué)生化學(xué)探究能力的調(diào)查及思考[J].化學(xué)教育，2004(7)：45-48.

2017-04-12)