摘 要：科學(xué)探究過程中，教師往往都很注重實(shí)驗(yàn)前的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，但如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有效思考、深度思考，一直是困擾教師的難點(diǎn)。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，以實(shí)驗(yàn)研究對象的選取作為切入點(diǎn)來應(yīng)對“探究浮力大小的影響因素”這種類型的科學(xué)探究，能有效激活學(xué)生思維，深化科學(xué)探究歷程。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究；浮力；研究對象

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A "文章編號：1003-6148（2025）3-0034-4

新修訂的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》中將“科學(xué)探究”由“途徑”轉(zhuǎn)化為“能力”，列于四維核心素養(yǎng)能力之中，如何塑造、提升學(xué)生的科學(xué)探究能力，成為教育界研究的熱點(diǎn)問題。當(dāng)前教育界也普遍認(rèn)同科學(xué)探究能力的培養(yǎng)與經(jīng)驗(yàn)、情境、思維密不可分，是一種自由探索卻因果相連，需要可持續(xù)性表達(dá)和輸出的學(xué)習(xí)場域。那么，在探究之初，對于研究對象的選擇就顯得至關(guān)重要。

1 問題的提出

蘇科版八年級下冊第十章內(nèi)容為“壓強(qiáng)和浮力”，主要以“力的作用效果”為線索繼續(xù)深挖力的分類，其中“浮力”是本章的重難點(diǎn)。而“探究浮力大小的影響因素”是學(xué)生必做探究性實(shí)驗(yàn)，既是教與學(xué)的難點(diǎn)，也是引導(dǎo)學(xué)生自主思維，培養(yǎng)科學(xué)探究能力的適切主題。

1.1 關(guān)于“探究浮力大小的影響因素”的實(shí)驗(yàn)

課本上設(shè)置的學(xué)生實(shí)驗(yàn)為“探究影響浮力大小的因素”，其目的是既能鞏固學(xué)生對于稱重法測浮力大小的運(yùn)用和理解，也能通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究等核心素養(yǎng)能力。教材中雖設(shè)置了猜想環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)探究步驟都明確給出了確切答案（圖1），將學(xué)生的猜想框定在“物體排開液體的體積”和“液體密度”兩個正確答案內(nèi)，缺少思維生發(fā)的空間。若教師僅僅按照課本框架組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)，就會使得該實(shí)驗(yàn)成為一個普通的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，仿佛實(shí)驗(yàn)結(jié)論是既定的，直接告訴學(xué)生的，并不能真正引發(fā)學(xué)生思考、解決困惑、提升能力。

1.2 教學(xué)現(xiàn)狀及困惑

學(xué)生在面對“浮力的大小與哪些因素有關(guān)”這個問題時，在淺層生活經(jīng)驗(yàn)的影響下，思維往往具有很強(qiáng)的發(fā)散性，能提出多個可能的影響因素。有教師甚至認(rèn)為，除正確的兩個因素外所有的猜想均與學(xué)生的思維定式有關(guān)，是錯誤的、毫無意義并需要消除的。也有教師在課上一帶而過，僅探究明確與之有關(guān)的兩個因素，就得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，其余因素充當(dāng)課后思考留給提出疑問的學(xué)生解決，并無任何方法和思維層面的指導(dǎo)。這些做法都存在忽視學(xué)生思維生長點(diǎn)、弱化學(xué)生能力進(jìn)階的弊端，不能做到有效課堂、有效學(xué)習(xí)和有效探究。

那么，對于廣泛而難以預(yù)測的猜想因素，課堂中是否全部需要一一進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究？如何把控有限的課堂時間和容量？如何在繁雜的影響因素中引導(dǎo)學(xué)生梳理邏輯，完成科學(xué)探究歷程，并真正思有所據(jù)、學(xué)有所獲？正是本文要探討的內(nèi)容。本研究將科學(xué)探究過程的重點(diǎn)聚焦在實(shí)驗(yàn)前的設(shè)計(jì)階段——選擇探究對象。通過教學(xué)實(shí)踐，探討“浮力”教學(xué)中如何選擇探究對象，如何簡潔有效地利用較少的研究對象達(dá)到多重探究目的，以期為“浮力”教學(xué)和科學(xué)探究能力培養(yǎng)提出具體可行的策略。

2 教學(xué)實(shí)踐

筆者在課堂實(shí)踐中將學(xué)生聚焦的目光從科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)部分轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)前研究對象的選擇，以“選擇合適的研究對象”串聯(lián)整堂課的教學(xué)邏輯［１］，提出了圖2所示的教學(xué)設(shè)計(jì)思路。其目的就是引導(dǎo)學(xué)生問題必有依據(jù)、證據(jù)須經(jīng)探尋、解釋交流應(yīng)勇于創(chuàng)新。在選擇研究對象時，學(xué)生主動切換物理視角思考問題，能在感性經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出更具邏輯性的問題和猜想，有意識地結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)方法使自己的解釋和現(xiàn)象自洽，也能使學(xué)生在后續(xù)科學(xué)探究歷程中的方向性和目的性更加明確。

模塊一：猜想影響浮力大小的因素。

問題：浮力的大小與哪些因素有關(guān)？你有什么依據(jù)？

學(xué)生猜想：液體密度、物體密度、物體質(zhì)量、物體體積、物體形狀、物體浸在水中的深度、物體在水中的受力面積、物體浸在液體中的體積、物體排開液體的體積等多個因素。

教師引導(dǎo)1：選擇什么樣的物體來探究浮力大小與物體排開液體體積的關(guān)系？

學(xué)生思考：什么是排開液體的體積？怎樣才能改變物體排開液體的體積？

學(xué)生提取感性經(jīng)驗(yàn)并發(fā)問：瓶子浸入水中的體積越大，水位越高，物體浸入水中的體積是不是就等于物體排開液體的體積呢？

教師引導(dǎo)2：利用溢水杯、圓柱體和容積與圓柱體體積相同的小桶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)物體浸入水中的體積（包含空心部分）等于物體排開液體的體積。

教師引導(dǎo)3：選擇什么樣的物體來探究浮力大小與物體的質(zhì)量、體積和密度的關(guān)系？

學(xué)生思考：物體的質(zhì)量、體積、密度三個因素是否都需要探究？如果控制體積相同，改變質(zhì)量的同時密度必然不同，因此只需探究物體的質(zhì)量和物體的體積兩個因素。

設(shè)計(jì)說明：

面向物理問題進(jìn)行猜想并不是讓學(xué)生放開韁繩，天馬行空地進(jìn)行猜想，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行有依據(jù)的猜想，珍視學(xué)生的思維起點(diǎn)［２］。這個依據(jù)可以由學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)提供，也可以由科學(xué)探究的前置體驗(yàn)活動提供。而猜想因素過多時，教師也可以梳理因素間的邏輯關(guān)系，合并精簡探究對象，體現(xiàn)物理的簡潔之美。雖然學(xué)生的思維依舊發(fā)散，但科學(xué)思維的活躍度已經(jīng)被激活，學(xué)生開始有意識地尋找證據(jù)并迫切進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

模塊二：探究影響浮力大小的因素。

在學(xué)生提出猜想時有一些不可控因素，學(xué)生猜想的多個因素間的關(guān)系都是散漫的、無邏輯的。但在課堂中進(jìn)行科學(xué)探究時，教師應(yīng)及時展現(xiàn)出引導(dǎo)者地位，引導(dǎo)學(xué)生從選擇合適的研究對象開始思考，串聯(lián)問題、證據(jù)、解釋和交流多個環(huán)節(jié)。教師提供圖3的多個實(shí)驗(yàn)研究對象，讓學(xué)生自由選擇，并分析選擇的理由。

設(shè)計(jì)說明：

表1中的舉例并非唯一正確、完美的選擇。但由于課堂時間有限，本文教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在了思維含量最高的一部分，即研究對象的選取和實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)上。大部分學(xué)生都認(rèn)為“深度”是影響浮力大小的因素，因此往往從“深度”這個物理量開始探究。以此為例，有的學(xué)生直接選擇了①和⑦這樣便于改變浸在水中深度的物體作為研究對象。但很快就有學(xué)生反應(yīng)過來，①和⑦這樣的物體在改變浸在水中的深度時，未控制其受力面積、物體浸在液體中的體積和排開液體的體積不變，不滿足控制變量法的要求。課堂實(shí)踐中，教師在這一部分給學(xué)生留了較長的討論交流時間，最終學(xué)生發(fā)現(xiàn)選擇⑤這樣長寬差距明顯的物體作為研究對象，浸入水中一半、一次豎放、一次橫放即可解決這個問題。

在探究浮力大小與“物體的受力面積”和“物體的體積”兩個因素的關(guān)系時，學(xué)生也思索了較長時間，研究對象的選擇上難度較大。在一次次交流探討、選擇試錯中，學(xué)生在最終尋找到合適的研究對象時往往會有一種柳暗花明的豁然開朗感，一種運(yùn)用科學(xué)思維解開物理難題的成就感，極大地鼓舞了學(xué)生參與科學(xué)探究歷程的積極性。筆者認(rèn)為，這種情緒的萌發(fā)生長與思維的碰撞延伸都是本次科學(xué)探究的意義所在。

3 實(shí)踐總結(jié)與反思

學(xué)生的思維起點(diǎn)才是教學(xué)起點(diǎn)。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程并不是按部就班的，而應(yīng)是“肆意”的探索；質(zhì)疑的生發(fā)往往并不是起源于書本或教師的提問，而是學(xué)生自發(fā)的好奇和迷惑；思維的閉環(huán)也絕不是落實(shí)在課本中的結(jié)論和規(guī)律，而是運(yùn)用所學(xué)知識解釋回應(yīng)最初的質(zhì)疑。因此，學(xué)生的困惑生發(fā)處才是教學(xué)設(shè)計(jì)真正的起點(diǎn)。浮力教學(xué)中，教師不能簡單規(guī)避學(xué)生提出的多樣猜想，而應(yīng)該在備課中充分預(yù)設(shè)學(xué)生的反應(yīng)，利用選擇研究對象的環(huán)節(jié)巧妙引導(dǎo)學(xué)生延伸思維。

課堂中延長學(xué)生的思考時間。我們常說課堂要留白，但如何留白？本文教學(xué)實(shí)踐中的“留白”即是給予學(xué)生思維一定的松弛感，既有寬裕的思考時間，也有自主推進(jìn)思考廣度和深度的機(jī)會。選擇研究對象的過程就是連接科學(xué)探究各個環(huán)節(jié)的橋梁，學(xué)生在選擇的過程中能夠有意識地進(jìn)行推理，預(yù)測后續(xù)可能遇到的問題和困難，從而設(shè)法解決突破，厘清前后邏輯關(guān)系，看遠(yuǎn)看深。

增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究歷程中的自主性。引導(dǎo)學(xué)生自主選擇研究對象，實(shí)際上就是引導(dǎo)學(xué)生由零開始突破，自主設(shè)計(jì)科學(xué)探究的歷程。不同的研究對象對應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)順序、方案和操作，學(xué)生能夠擁有更多嘗試和試錯的機(jī)會，由簡單的發(fā)散思維進(jìn)階到多線程的邏輯思維。因此，在科學(xué)探究的歷程中應(yīng)增強(qiáng)學(xué)生的自主性，從選擇研究對象入手不失為一種智慧的教學(xué)策略。

參考文獻(xiàn)：

［１］孫雯．探尋初中物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)邏輯［Ｊ］．中學(xué)物理教學(xué)參考，２０１７，46（７）：７－９．

［２］郁志蕓．巧妙組合規(guī)則物塊探究浮力的影響因素［Ｊ］． 物理之友，2021，37（9）：35-37.

（欄目編輯 劉榮）

收稿日期：2024-08-13

作者簡介：黃玉（2000-），女，中學(xué)二級教師，主要從事初中物理教學(xué)工作。