蘇州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院（215006） 鄧文清 周 航 桑芝芳 高 雷

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》中將科學(xué)論證列為科學(xué)思維的基本要素之一，科學(xué)探究中也包含了科學(xué)論證的相關(guān)要素，由此可見科學(xué)論證在中學(xué)物理教學(xué)中的重要性［1］。那么如何在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力？SWH（Science Writing Heuristic）模式是一種行之有效的教學(xué)方式。國外已有研究表明將SWH 模式應(yīng)用于實驗教學(xué)之中，可培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力、元認(rèn)知能力和自我批判的科學(xué)態(tài)度等［2-5］。

一、SWH模式簡介

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，但教師在實驗教學(xué)中常忽視學(xué)生的獨立思考，出現(xiàn)許多“食譜式”的實驗活動［6］。基于此背景，1999 年Keys 和Hand 提出了將寫作和論證融入科學(xué)探究的SWH模式，SWH 模式通過將實驗活動與同伴討論、閱讀、寫作相結(jié)合，明確問題、程序、數(shù)據(jù)、證據(jù)和主張之間的聯(lián)系，從而促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念和規(guī)律的理解［7］。該模式可以在課堂教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生獨立思考、交流討論、質(zhì)疑批判，能更好地幫助學(xué)生深入理解物理概念和規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力。

SWH 模式包含一系列與科學(xué)活動相關(guān)的寫作提示，要求學(xué)生通過規(guī)范的推理形式來協(xié)商理解科學(xué)本質(zhì)。該模式有兩個組件：教師模板與學(xué)生模板［7］。教師模板（如表1）包括一系列建議的活動，教師可以使用該模板來創(chuàng)建適合特定實驗活動的任務(wù)和問題。此模板共有八個階段，根據(jù)實驗活動的具體情況，教師可以組織學(xué)生重復(fù)進(jìn)行3 至6 階段。學(xué)生模板（如表2）內(nèi)的問題形成了一個啟發(fā)式結(jié)構(gòu)，以培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和闡述想法的能力，教師可以直接呈現(xiàn)這些啟發(fā)式問題或根據(jù)具體的實驗重新編寫問題。

表1 教師設(shè)計活動模板

表2 學(xué)生思維模板

二、基于SWH 模式的“探究平拋運動”的教學(xué)設(shè)計

（一）研讀課標(biāo)，分析教材

“探究平拋運動”為人教版高中物理必修第二冊第五章第三節(jié)的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)本節(jié)之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)過曲線運動和運動的合成與分解，此時學(xué)生并不能直接觀察得出平拋運動的特點，但對研究曲線運動的物理思想和方法已經(jīng)有了一定的了解，為本節(jié)能夠在教師指導(dǎo)下通過自主活動進(jìn)行學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)［8］。該課程安排符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，體現(xiàn)了實驗教學(xué)的重要作用。教材并未給出具體確定的實驗方案和操作程序，而是給出兩個以問題串形式展開的實驗方案和一個參考案例，輔助學(xué)生設(shè)計實驗方案探究平拋運動的特點，為學(xué)生提供更加開放的實驗環(huán)境。

（二）教學(xué)思路

本文以SWH 模式為基礎(chǔ)，結(jié)合《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》對本節(jié)的要求，考慮學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和能力基礎(chǔ)，以學(xué)生思維活動為主線設(shè)計“探究平拋運動”的教學(xué)思路（如表3）。

表3 基于SWH的“探究平拋運動”的教學(xué)思路

（三）教學(xué)流程

環(huán)節(jié)1.創(chuàng)設(shè)情境，明確問題

教師活動1：請學(xué)生參與套圈游戲并提出問題（套圈落地的位置和哪些因素有關(guān)？怎么才能成功套準(zhǔn)？若不計空氣阻力套圈在空中做什么運動？這種運動的特點又是什么？），用多媒體展示標(biāo)槍、鉛球等的運動，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)平拋運動的概念。

學(xué)生活動1：根據(jù)已有知識和生活經(jīng)驗，總結(jié)平拋運動的概念。

教師活動2：明確問題并在學(xué)生已有知識（平拋運動的概念、運動的合成與分解、牛頓運動定律）的基礎(chǔ)上利用問題串（應(yīng)該如何對曲線運動進(jìn)行研究？從哪兩個方向分解平拋運動？為什么？）啟發(fā)學(xué)生猜想。

學(xué)生活動2：在明確所要研究的問題后提出猜想，并以文本或圖形的形式進(jìn)行記錄。思考如何設(shè)計實驗驗證猜想，小組討論給出研究思路。

設(shè)計意圖：利用套圈小游戲引入研究課題并適時提出問題，既能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能引發(fā)學(xué)生思考，使學(xué)生積極主動地建構(gòu)知識，而不是被動地接受知識。通過科學(xué)寫作進(jìn)行記錄可以促進(jìn)學(xué)生對物理概念的理解。

設(shè)A={C1,C2,C3,C4},由定義3計算每一個覆蓋Ci({1,2,3,4})的誘導(dǎo)覆蓋Cov(Ci)并根據(jù)定義4計算Cov(A)的元素如下

環(huán)節(jié)2.指導(dǎo)實驗，收集數(shù)據(jù)

教師活動：介紹平拋運動實驗儀（如圖1）的結(jié)構(gòu)原理及使用方法，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案（用定量的方法設(shè)計實驗）并進(jìn)行實驗。

圖1 平拋運動實驗儀

學(xué)生活動：設(shè)計實驗方案，使用平拋運動實驗儀進(jìn)行實驗，并通過錄像記錄小球經(jīng)過相等時間間隔所達(dá)到的位置（數(shù)據(jù)記錄表格見表4）。

表4 物體位置坐標(biāo)記錄表

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)學(xué)生在小組討論和教師指導(dǎo)的基礎(chǔ)上設(shè)計實驗方案，通過平拋運動實驗儀進(jìn)行實驗、收集數(shù)據(jù)，以培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力和動手能力。

環(huán)節(jié)3.分析數(shù)據(jù)，構(gòu)建主張

教師活動：指導(dǎo)學(xué)生處理實驗結(jié)果（數(shù)據(jù)處理結(jié)果表明,相等時間間隔內(nèi)小球水平位移近似相等，豎直位移之差Δy也近似相等，利用逐差法可求得豎直方向加速度與重力加速度g），進(jìn)行誤差分析。

學(xué)生活動：通過實驗數(shù)據(jù)的處理，得到證據(jù)支持或修改自己的主張，以提綱、表格、筆記等形式記錄探究過程。

設(shè)計意圖：學(xué)生需要根據(jù)實驗數(shù)據(jù)支持或修訂主張，并以文本的形式進(jìn)行記錄，在實驗證據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行書面論證，建立對平拋運動特點的正確理解，為學(xué)生獨立思考創(chuàng)造條件，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力。

環(huán)節(jié)4.討論閱讀，深入理解

教師活動：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行組內(nèi)討論并給出權(quán)威觀點，傾聽學(xué)生代表發(fā)言。

學(xué)生活動：展示自己得到的結(jié)論和推理過程，參考權(quán)威觀點，進(jìn)行小組討論并修訂自己的主張，每組推選出學(xué)生代表發(fā)言，重點闡述所得結(jié)論（平拋運動水平方向為勻速直線運動，豎直方向為自由落體運動）和推理論證過程。

設(shè)計意圖：在組內(nèi)和組間展開討論，小組派代表運用各種證據(jù)以小組筆記、演示文稿、海報等形式展示結(jié)論和推理論證過程，便于教師和其他學(xué)生提出批評或建議，從而培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流能力、論證能力和自我批判的科學(xué)態(tài)度。

環(huán)節(jié)5.反思轉(zhuǎn)變，進(jìn)行寫作

教師活動：總結(jié)學(xué)生發(fā)言并進(jìn)行板書，幫助學(xué)生明確科學(xué)論證的過程。

學(xué)生活動：在以上環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，整理手稿并撰寫實驗報告。

設(shè)計意圖：SWH 模式在學(xué)生探究的過程中為學(xué)生構(gòu)建自己的主張?zhí)峁┝丝臻g。學(xué)生通過寫作進(jìn)行回顧和反思，發(fā)現(xiàn)自身主張的發(fā)展和轉(zhuǎn)變過程，體會科學(xué)論證在物理學(xué)習(xí)中的魅力。

SWH 教學(xué)模式在物理教學(xué)中要結(jié)合分組實驗活動進(jìn)行，教師在教學(xué)設(shè)計時要根據(jù)實驗的具體情況靈活使用該模式，把握其核心理念，做到真正以學(xué)生為中心，以促進(jìn)學(xué)生思考探究。本教學(xué)設(shè)計通過套圈游戲引入，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過程中啟發(fā)學(xué)生理解“化曲為直”的物理思想，引導(dǎo)學(xué)生猜想平拋運動的特點并設(shè)計實驗，鼓勵學(xué)生自主構(gòu)建對平拋運動的理解，引導(dǎo)學(xué)生討論并反思，結(jié)合語言論證和書面論證使學(xué)生對平拋運動的理解更加深刻，同時體會完整的論證過程。