陳培鳳 許志

摘 要：針對(duì)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的形式探究、淺層探究等問(wèn)題提出三個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題.結(jié)合案例從問(wèn)題的引領(lǐng)、方案的改進(jìn)、證據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)等方面，闡述提高學(xué)生探究能力和促進(jìn)思維進(jìn)階的策略.

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué);思維引領(lǐng);深度探究

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1008-4134（2021）04-0005-03

作者簡(jiǎn)介：陳培鳳（1979-），女，江蘇揚(yáng)州人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，研究方向：課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);

許志（1965-），男，江蘇淮安人，中學(xué)正高級(jí)教師，南京市教學(xué)研究室物理教研員，研究方向：中學(xué)物理教學(xué)研究.

物理以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以思維為中心;實(shí)驗(yàn)讓物理課堂更靈動(dòng)，讓學(xué)生在經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程中形成正確的物理觀(guān)念，提升科學(xué)思維能力，樹(shù)立堅(jiān)毅的個(gè)人品格.而如何在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生從“真”探究，走向深度探究，從而促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升，需要做到以下三個(gè)“關(guān)注”.

1 關(guān)注“問(wèn)題引領(lǐng)”與“思維進(jìn)階”

教育的本質(zhì)是培養(yǎng)思維，培養(yǎng)思維的策略是知識(shí)問(wèn)題化，問(wèn)題情境化.問(wèn)題的合理進(jìn)階是促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)理解性學(xué)習(xí)的有效途徑.引導(dǎo)學(xué)生從情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，明晰我要做什么？怎么做？為什么這樣做？還可以怎么做？怎樣做更好等問(wèn)題.

1.1 教學(xué)案例

案例1 探究阻力對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)的影響

在牛頓第一定律的課題引入時(shí)，課本用了一幅圖片（如圖1所示），通過(guò)情境設(shè)置引導(dǎo)學(xué)生判斷圖中的說(shuō)法是否正確.隨后便提出為什么踢出去的足球還能繼續(xù)飛行？為什么足球最終還會(huì)靜止？從而提出了探究阻力對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)的影響這一議題.而在實(shí)際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生很難理解為什么在研究物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)不研究動(dòng)力而非要研究阻力.我們需要通過(guò)問(wèn)題引領(lǐng)促進(jìn)學(xué)生的思維進(jìn)階.

問(wèn)題1：請(qǐng)仔細(xì)觀(guān)察圖片及對(duì)話(huà)，思考圖中的情境能否推出相應(yīng)的結(jié)論？

問(wèn)題2：運(yùn)動(dòng)的小車(chē)，如果不施加動(dòng)力，為什么會(huì)停下來(lái)？

問(wèn)題3：如果不受阻力作用，運(yùn)動(dòng)的小車(chē)還會(huì)不會(huì)停下來(lái)？

問(wèn)題4：如何探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響？

問(wèn)題5：實(shí)驗(yàn)中如何評(píng)估物體運(yùn)動(dòng)受到的影響？

問(wèn)題6：實(shí)驗(yàn)中能否實(shí)現(xiàn)讓運(yùn)動(dòng)的物體完全不受力？怎么解決？

問(wèn)題7：物體的運(yùn)動(dòng)與受力之間有什么關(guān)系？

1.2 案例分析

問(wèn)題1基于教材中提供的情境提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行批判性思考，發(fā)現(xiàn)所得結(jié)論與預(yù)設(shè)情景的條件不同.情境中小車(chē)靜止，結(jié)論中物體普適.依據(jù)情境只能得出：沒(méi)有力的作用，物體就不能由靜止變?yōu)檫\(yùn)動(dòng).那么，沒(méi)有力的作用，物體能不能由運(yùn)動(dòng)變?yōu)殪o止呢？

問(wèn)題2的提出延續(xù)基于情境提出新的問(wèn)題，進(jìn)一步研究小車(chē)最終停下來(lái)恰恰是由于阻力的作用，由此阻力便自然成為研究物體運(yùn)動(dòng)時(shí)必須要考慮的力.

問(wèn)題3則通過(guò)假設(shè)進(jìn)一步明確了探究目的.問(wèn)題4基于目的進(jìn)行分析、對(duì)比和評(píng)價(jià)，確定解決問(wèn)題需要的實(shí)驗(yàn)條件和方法.怎么控制變量？怎么改變變量？依據(jù)是什么？

問(wèn)題5的轉(zhuǎn)換法、問(wèn)題6的知識(shí)遷移應(yīng)用都是高階思維能力的應(yīng)用.具體表現(xiàn)為在面對(duì)物體運(yùn)動(dòng)受到的影響是抽象的，如何將其轉(zhuǎn)換成可測(cè)量的物理量？物體無(wú)法不受力的作用，又該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)情景？此時(shí)，遷移應(yīng)用成為有效方法.在研究真空能否傳聲時(shí)無(wú)法做到絕對(duì)真空，是怎么處理的？這種方法能否用在解決物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況的研究中？在問(wèn)題設(shè)計(jì)中不斷發(fā)展思維進(jìn)階，促進(jìn)學(xué)生的高階思維能力發(fā)展.

問(wèn)題7是對(duì)探究結(jié)果的提煉與總結(jié)，由生活情境到科學(xué)探究，歸納總結(jié)為物理語(yǔ)言的表達(dá).從解決具體問(wèn)題的思路發(fā)展為物理觀(guān)念和思維方法.對(duì)知識(shí)的理解、遷移和創(chuàng)新促進(jìn)了核心素養(yǎng)的養(yǎng)成.

2 關(guān)注“證據(jù)意識(shí)”和“數(shù)據(jù)處理”

學(xué)生實(shí)驗(yàn)中常出現(xiàn)“熱熱鬧鬧做實(shí)驗(yàn)，做完實(shí)驗(yàn)啥沒(méi)有”的情況，這源于學(xué)生證據(jù)意識(shí)的淡薄，教師在平時(shí)教學(xué)中需要不斷強(qiáng)化這種意識(shí)，做到“高度重視證據(jù)，全面依靠證據(jù)，合理解釋證據(jù)”.物理實(shí)驗(yàn)中的證據(jù)主要包括“現(xiàn)象”和“數(shù)據(jù)”，教學(xué)中要關(guān)注支持結(jié)論的現(xiàn)象、現(xiàn)象的全面性和完整性，同時(shí)在數(shù)據(jù)處理方面也應(yīng)講究技巧.

2.1 教學(xué)案例

案例2 力的作用是相互的

在力的作用規(guī)律教學(xué)中，教師往往選擇較為常見(jiàn)、便于操作的彈力進(jìn)行探究，那么能否僅僅由彈力的作用是相互的就得出“力的作用是相互的”這樣普適的結(jié)論呢？顯然不行.我們需要尋找更加全面的證據(jù).彈力、摩擦力、磁場(chǎng)力、電場(chǎng)力、地球與其他天體之間的力、萬(wàn)有引力等，通過(guò)大量全面的證據(jù)方能得出科學(xué)的結(jié)論.教學(xué)中我們可以把如下問(wèn)題拋給學(xué)生.

問(wèn)題1：關(guān)于兩個(gè)物體間力的作用關(guān)系，你的猜想是什么？

問(wèn)題2：你猜想的依據(jù)是什么？你還有什么經(jīng)驗(yàn)支持你的猜想？請(qǐng)?bào)w驗(yàn)并收集證據(jù).

問(wèn)題3：其他性質(zhì)的力的作用是否也滿(mǎn)足這個(gè)規(guī)律？你覺(jué)得還需要補(bǔ)充哪些證據(jù)？

學(xué)生通過(guò)相互交流與討論，不斷完善證據(jù)的收集，并通過(guò)活動(dòng)體驗(yàn)各種力之間的相互作用，從而獲得完整的體驗(yàn).證據(jù)補(bǔ)充的過(guò)程有利于學(xué)生發(fā)展嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究品格，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任.

案例3 探究凸透鏡的成像規(guī)律

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理主要包括表格式和圖像式.數(shù)據(jù)的記錄與初步分析，應(yīng)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律.根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的一般性的成像體驗(yàn)，分別找放大的像和縮小的像，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行表格設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)記錄（見(jiàn)表1）.按成像特點(diǎn)分別整理歸納，尋找規(guī)律.

學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)：縮小的像，像距<物距;放大的像，像距>物距.在此基礎(chǔ)上，猜測(cè)等大的像肯定存在，且像距可能等于物距.完成從一般到特殊的完整證據(jù)收集.

圖像法是一種直觀(guān)的數(shù)據(jù)處理方式，而投影片又可以疊加多個(gè)小組的數(shù)據(jù)，以獲得更加客觀(guān)的證據(jù)（如圖2所示）.且疊加后能夠動(dòng)態(tài)地觀(guān)察由物1到物6、像1到像6隨之移動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，體驗(yàn)物近像遠(yuǎn)像變大的動(dòng)態(tài)過(guò)程和像與物移動(dòng)方向一致的規(guī)律，并進(jìn)一步體會(huì)移動(dòng)范圍的大小變化，為下一課時(shí)的深入研究打下基礎(chǔ).

2.2 案例分析

以上兩個(gè)案例中的處理方法在初中物理規(guī)律教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有普遍的參考意義.例如，圖像疊加法同樣適用于規(guī)律的發(fā)現(xiàn)：液體沸騰特點(diǎn)、固體熔化特點(diǎn)、光的傳播規(guī)律等等.在證據(jù)的收集和數(shù)據(jù)的處理中實(shí)現(xiàn)從一般到特殊，再?gòu)奶厥獾揭话愕碾p向規(guī)律總結(jié)和認(rèn)知形成，有助于學(xué)生的理解和深度學(xué)習(xí).猜想必有依據(jù)，證據(jù)需要充分，規(guī)律要具有普遍性，只有嚴(yán)格遵守這一過(guò)程才能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和科學(xué)的責(zé)任態(tài)度.

3 關(guān)注“方案的改進(jìn)”與“成果分享”

實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化與改進(jìn)能改善物理現(xiàn)象的觀(guān)察效果和數(shù)據(jù)收集的效度信度.實(shí)驗(yàn)成果的智慧分享則可以促進(jìn)現(xiàn)象證據(jù)的觀(guān)察和學(xué)生間的交流與評(píng)價(jià)，有效促進(jìn)學(xué)生的思維素養(yǎng).

3.1 方案改進(jìn)教學(xué)案例

案例4 探究影響滑動(dòng)摩擦力的影響因素

教材實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：（1）水平勻速直線(xiàn)拉動(dòng)操作困難;（2）拉動(dòng)距離短，測(cè)力計(jì)示數(shù)難以穩(wěn)定;（3）運(yùn)動(dòng)中讀數(shù)困難;（4）增減鉤碼改變壓力大小，學(xué)生誤認(rèn)為重力（質(zhì)量）就是壓力;（5）長(zhǎng)木板鋪設(shè)不同材料，平整度不夠，影響勻速拉動(dòng)等.基于上述問(wèn)題，傳統(tǒng)改進(jìn)方法如圖3所示，但該改進(jìn)方案仍然不能解決上述（2）（4）（5）問(wèn)題，且長(zhǎng)木板拉動(dòng)需要較大空間，測(cè)力計(jì)無(wú)支撐，測(cè)力計(jì)自重會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

基于以上問(wèn)題，我們提出創(chuàng)新改進(jìn)方案如圖4所示，將長(zhǎng)木板改成自制傳送帶，在滑塊各面貼上不同材料接觸面，將測(cè)力計(jì)改成豎直向上拉動(dòng)等，取得了良好的改進(jìn)效果.

3.2 案例分析

改進(jìn)1將長(zhǎng)木板改成自制傳送帶有以下好處：（1）不需要?jiǎng)蛩倮瓌?dòng)，且可安裝電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)不同速度拉動(dòng)，進(jìn)而探究滑動(dòng)摩擦力大小與速度大小是否有關(guān);（2）可持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，便于觀(guān)察測(cè)力計(jì)讀數(shù);（3）便于理解相對(duì)滑動(dòng).改進(jìn)2在滑塊各面貼上不同粗糙程度的材料可用于探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系，還可用手壓等方式改變壓力，避免得到摩擦力大小與物體重力有關(guān)的錯(cuò)誤觀(guān)念.改進(jìn)3加定滑輪，改變測(cè)力計(jì)的拉動(dòng)方向?yàn)樨Q直方向，能避免測(cè)力計(jì)自重的影響，易于控制水平拉動(dòng)，還能結(jié)合力傳感器，連接電腦得到更直觀(guān)的圖像，獲得更可靠的證據(jù).

用身邊的器材，做簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，得到明顯的現(xiàn)象，是實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的目的.改進(jìn)后效果良好，體現(xiàn)為：（1）傳送帶運(yùn)轉(zhuǎn)中（不停下），測(cè)力計(jì)示數(shù)很穩(wěn)定，讀數(shù)方便，用力傳感器可量化實(shí)驗(yàn);（2）改變轉(zhuǎn)速，測(cè)力計(jì)示數(shù)不變;（3）操作便捷，加裝電動(dòng)機(jī)能徹底解放雙手.

3.3 成果分享

實(shí)驗(yàn)成果的分享可以是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分享，數(shù)據(jù)結(jié)論的分享，也可以是活動(dòng)成果的分享，還可以是相互間的交流與評(píng)價(jià).

如大量光學(xué)實(shí)驗(yàn)中需要借助暗箱才可以觀(guān)察到明顯的現(xiàn)象，教學(xué)條件難以滿(mǎn)足，這時(shí)我們可以運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)手段使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀(guān)察由“個(gè)體”到“群體”.如利用手機(jī)攝像頭代替人眼進(jìn)行觀(guān)察，利用西沃投屏到大屏幕上（如圖5所示），完成分組與演示的完美結(jié)合.此法可應(yīng)用于大量現(xiàn)象不便于整體觀(guān)察的演示實(shí)驗(yàn)中.

物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)論需要不斷的論證，尋找客觀(guān)的事實(shí)和普遍的規(guī)律需要在不斷的現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及個(gè)體體驗(yàn)的分享中獲得，以促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí).教學(xué)中不僅要采用智慧的分享方式，更要以學(xué)生的發(fā)展為本，以多樣化的評(píng)價(jià)內(nèi)容、多元化的評(píng)價(jià)主體為核心，結(jié)合多種評(píng)價(jià)方式促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)成果的交流與評(píng)價(jià)，充分發(fā)揮評(píng)價(jià)的激勵(lì)功能.

4 結(jié)語(yǔ)

重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，凸顯科學(xué)思維.實(shí)驗(yàn)教學(xué)中將情境化為問(wèn)題，用問(wèn)題引領(lǐng)探究，在探究中培養(yǎng)能力.做好三個(gè)重點(diǎn)“關(guān)注”，從形式探究走向深度探究，為學(xué)生的終身發(fā)展服務(wù).

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（收稿日期：2020-11-12）