孫 娟

(福州時(shí)代中學(xué),福建 福州 350007)

培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)是當(dāng)今教育教學(xué)改革最重要的任務(wù).實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)是物理學(xué)科核心素養(yǎng)重要的內(nèi)容,是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分.實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要方法與手段,是落實(shí)物理課程目標(biāo),提高學(xué)生科學(xué)探究能力的關(guān)鍵途徑.筆者以“物體的浮與沉”為例,通過(guò)比較、分析、整合4種不同版本(人教版、滬科版、蘇科版、北師大版)教材的課堂實(shí)驗(yàn)設(shè)置,實(shí)施了彰顯實(shí)驗(yàn)功能的課堂教學(xué).

1 不同版本教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)置比較

表1 不同版本教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)置比較

續(xù)表

2 不同版本教材中實(shí)驗(yàn)功能的評(píng)析

2.1 實(shí)驗(yàn)的感知功能

建構(gòu)主義理論認(rèn)為,學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí),并不是空著腦袋進(jìn)入學(xué)習(xí),他們會(huì)從自己的前概念出發(fā)對(duì)新知識(shí)賦予意義的理解.而錯(cuò)誤的前概念對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)物理產(chǎn)生嚴(yán)重的障礙,直接影響了學(xué)生對(duì)物理概念的正確理解.這就要求教師要準(zhǔn)確地把握學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu).

“物體的浮與沉”新課前,學(xué)生往往認(rèn)為重的物體下沉,輕的上浮;浮力大的上浮,小的下沉.為破除這錯(cuò)誤的前概念,要求感知要引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突——實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與前概念不相符合.利用實(shí)驗(yàn)揭示認(rèn)知上的錯(cuò)誤,激發(fā)學(xué)生求知的渴望.基于此,探究浮沉條件前,進(jìn)行如圖1、2的實(shí)驗(yàn): ① 把重與輕的兩個(gè)物體(學(xué)生事先并不知道分別是什么物體)浸沒(méi)水中,松手,觀(guān)察現(xiàn)象,如圖1; ② 把封閉的兩個(gè)相同的瓶子(配重不同),浸沒(méi)水中,松手,觀(guān)察現(xiàn)象,如圖2.學(xué)生驚訝地發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與原有的認(rèn)知相矛盾,沖擊其原有的物理圖式,打破原有圖式平衡,[1]從而引發(fā)思維.圖2的瓶子是透明的,學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)它們重力不同,此設(shè)計(jì)也為學(xué)生的猜想提供暗示,降低了猜想的難度.

圖1 重的上浮 輕的下沉

圖2 沉底的浮力大 漂浮的浮力小

除蘇科版外的其他3種版本的實(shí)驗(yàn)主要利用物體的浮沉條件解決問(wèn)題.蘇科版的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的感知功能:學(xué)生通過(guò)操作,觀(guān)察提供的物體的浮沉情況,再想辦法改變物體的浮沉.旨在通過(guò)體驗(yàn)、觀(guān)察,歸納出浮沉條件及改變浮沉的方法.但提供的物品中,哪些會(huì)沉哪些會(huì)浮,學(xué)生都很熟悉,并不能引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,實(shí)驗(yàn)的目的演變?yōu)闅w納浮沉條件.而學(xué)生在沒(méi)有任何理論支撐下猜想浮沉條件、操作改變浮沉狀態(tài)明顯具有盲目性,體驗(yàn)變成了按經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,容易強(qiáng)化學(xué)生錯(cuò)誤的前概念.

2.2 實(shí)驗(yàn)的探究功能

建構(gòu)主義理論認(rèn)為,學(xué)生只有經(jīng)歷自主建構(gòu),才能獲得知識(shí)與技能.這個(gè)觀(guān)點(diǎn)確定了學(xué)生的主體地位.實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程,學(xué)生通過(guò)自主觀(guān)察、比較、思考、質(zhì)疑、分析,促使其認(rèn)知上升到一個(gè)新的平衡,實(shí)現(xiàn)自主建構(gòu).由于課時(shí)所限,不可能在每次探究活動(dòng)中各個(gè)要素都面面俱到.一次探究活動(dòng)可以側(cè)重某些探究要素.[2]筆者根據(jù)課題特點(diǎn),突出經(jīng)歷“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”與“評(píng)估”兩個(gè)要素.

2.2.1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

無(wú)論是演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生實(shí)驗(yàn),都盡量讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?明確實(shí)驗(yàn)原理.[2]設(shè)計(jì)方案前,要明確實(shí)驗(yàn)要探究的問(wèn)題,或要測(cè)量的物理量.通過(guò)觀(guān)察圖1、2的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論思維——物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變是由物體的受力情況決定,自然想到要對(duì)物體進(jìn)行受力分析.這給猜想浮沉條件提供了有力的依據(jù).這一過(guò)程,把觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與己有的理論知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)分析,從而明確實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的是重力和浸沒(méi)時(shí)的浮力.

(甲)

(乙)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要明確如何探究提出的問(wèn)題或測(cè)量需要的物理量的方法.設(shè)計(jì)時(shí)，要從學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中選取一個(gè)合適的生長(zhǎng)點(diǎn),建立新知識(shí)新方法與己有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的聯(lián)系,把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難度置于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū).“物體的浮與沉”是在學(xué)習(xí)了阿基米德原理,認(rèn)識(shí)了浮力的基礎(chǔ)上,從知識(shí)應(yīng)用的角度進(jìn)行學(xué)習(xí)的.基于此學(xué)情,筆者給學(xué)生提供了儀器,設(shè)置半開(kāi)放情景,“讓學(xué)生跳一跳摘到果子吃”.課堂提供的器材有:天平、彈簧測(cè)力計(jì)、量筒、刻度尺、溢水杯、小桶、燒杯、針筒、細(xì)針、布、細(xì)線(xiàn)……;提供的研究對(duì)象有:石頭、蠟塊、土豆、帶蓋的瓶子.讓學(xué)生根據(jù)自己的設(shè)計(jì),選擇合適的器材,分別測(cè)量研究對(duì)象上浮、下沉、懸浮時(shí)浮力與重力的大小.學(xué)生親身經(jīng)歷各種測(cè)量方法,既達(dá)到理解、鞏固舊知識(shí)的目的,又開(kāi)拓了思維.

設(shè)計(jì)測(cè)量方案時(shí),采用圖式討論,如圖3甲、乙.對(duì)于不同的測(cè)量方案,筆者都給學(xué)生提供了機(jī)會(huì)與充分的展示時(shí)間.讓學(xué)生就自己的探究過(guò)程進(jìn)行展示和評(píng)價(jià)是探究教學(xué)的重要因素.[3]展示交流過(guò)程,鍛煉了學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力,也使學(xué)生對(duì)自己方案的優(yōu)缺點(diǎn)能夠得到及時(shí)的反饋,提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力.展示交流體現(xiàn)了科學(xué)探究中的交流要素,也為評(píng)估的實(shí)施打好了基礎(chǔ).

蘇科版的設(shè)計(jì)很好地體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位,也能激發(fā)學(xué)生的探索熱情,但學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究畢竟不能等同于科學(xué)家的科學(xué)探索.實(shí)驗(yàn)探究沒(méi)有明確的指向性,缺乏指導(dǎo),學(xué)生容易胡亂探究.人教版通過(guò)受力分析,由力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,通過(guò)理論推導(dǎo)直接得出浮沉條件.這種設(shè)計(jì)沒(méi)有把理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,學(xué)生沒(méi)有親身體驗(yàn),不能留下深刻的印象.滬科版的探究味道最濃.在“力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)原因”的理論指導(dǎo)下,猜想了浮沉條件.探究時(shí),只改變重力,觀(guān)察運(yùn)動(dòng)情況,并做出受力分析,從而總結(jié)歸納出浮沉條件.學(xué)生進(jìn)行探究前,目的性強(qiáng),方向明確,通過(guò)交流與討論,很容易得到結(jié)論,且為改變浮沉的實(shí)驗(yàn)做了鋪墊.不足之處在于: ① 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不夠開(kāi)放.只改變了重力而沒(méi)有改變浮力,不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力; ② 沒(méi)有定量測(cè)量.在學(xué)生的能力允許的范疇,要讓學(xué)生親身參與測(cè)量,得到數(shù)據(jù),會(huì)比定性實(shí)驗(yàn)更讓學(xué)生信服且印象深刻.

2.2.2 評(píng)估

學(xué)生交流評(píng)估反饋的過(guò)程,實(shí)質(zhì)是學(xué)生對(duì)自己的探究行為進(jìn)行了反思.學(xué)生便理解了要從哪些方面、如何修正會(huì)做得更好.這有助于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度且有效地促進(jìn)探究能力的發(fā)展.本節(jié)課學(xué)生通過(guò)交流評(píng)估,從3個(gè)方面提出建議.

盡量減小誤差建議: ① 選擇合適的測(cè)量工具.如測(cè)量蠟塊重力時(shí),由于其重力太小,故要選擇天平間接測(cè)量.② 注意測(cè)量順序.若先測(cè)量浮力,

再測(cè)重力,物體會(huì)沾上水,使重力偏大,故要先測(cè)量重力.③ 注意測(cè)量細(xì)節(jié).如把石頭浸沒(méi)測(cè)拉力時(shí),不要把彈簧測(cè)力計(jì)浸入水中,不然會(huì)使浮力增大,也會(huì)腐蝕彈簧測(cè)力計(jì).

提高可操作性建議: ① 測(cè)量蠟塊體積時(shí),量筒中的水在蠟塊浸沒(méi)后不超量程情況下,要盡量多裝些,不然用細(xì)針夠不著把蠟塊壓下.② 選擇壓力差測(cè)浮力只適用于規(guī)則物體,建議不用此方法.

圖4 漂浮時(shí)浮力與重力相等

意外生成:有學(xué)生為驗(yàn)證漂浮時(shí)浮力與重力相等,設(shè)計(jì)了如圖4實(shí)驗(yàn):溢水杯裝滿(mǎn)水,天平平衡;往杯里放蠟塊,等排開(kāi)的水流完以后,天平又恢復(fù)平衡.學(xué)生們饒有興趣地很快完成了這額外的實(shí)驗(yàn),并得到了驗(yàn)證.學(xué)生們還一起分析、歸納了本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了等效的思想及轉(zhuǎn)換法.全班不約而同地響起掌聲!為意外的精彩!意外的收獲!

2.3 實(shí)驗(yàn)的理解應(yīng)用功能

把知識(shí)應(yīng)用于生活與生產(chǎn),體現(xiàn)了“從物理走向社會(huì)”的新課程理念.實(shí)驗(yàn)在知識(shí)與應(yīng)用間架起了一座橋梁,起著承上啟下的重要作用.將“浮沉條件”用于實(shí)際情境的判斷,就是為學(xué)生提供在實(shí)際情境中體驗(yàn)的機(jī)會(huì),使之自我理解物理現(xiàn)象以達(dá)到知識(shí)的內(nèi)化,[4]同時(shí)也為浮沉條件的應(yīng)用提供了情境基礎(chǔ).

人教版的雞蛋實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了運(yùn)用浮沉條件解釋現(xiàn)象的功能.滬科版的橡皮泥實(shí)驗(yàn)、北師大版的鞋油袋實(shí)驗(yàn),不僅體現(xiàn)了知識(shí)的情境體驗(yàn),更是構(gòu)建了知識(shí)與生活、生產(chǎn)之間的聯(lián)系.本著“物盡其用”的原則,在學(xué)生探究出浮沉條件后,筆者在原有器材基礎(chǔ)上添加了鹽和鋁箔,以鋁箔、土豆、帶蓋瓶子為研究對(duì)象,實(shí)施了如圖5的課堂教學(xué).

圖5 浮沉條件的應(yīng)用

在已知浮沉條件下,通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn),學(xué)生分析、歸納了改變浮沉的方法,有效地訓(xùn)練了控制變量這一科學(xué)方法,達(dá)到通過(guò)自我理解物理現(xiàn)象使知識(shí)內(nèi)化的目的.同時(shí)把這些現(xiàn)象分別應(yīng)用于生活與生產(chǎn),提高了學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力.再布置相應(yīng)的課外實(shí)驗(yàn),加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作技能.最后通過(guò)列舉我國(guó)勞動(dòng)人民發(fā)揮聰明才智在浮沉方面的具體實(shí)例,加強(qiáng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義的思想教育.

3 彰顯實(shí)驗(yàn)功能的教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 “物體的浮與沉”教學(xué)邏輯

綜上所述,“物體的浮與沉”的教學(xué)邏輯如圖6所示.

圖6 “物體的浮與沉”教學(xué)設(shè)計(jì)

3.2 教學(xué)過(guò)程應(yīng)注意的問(wèn)題

3.2.1 充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的功能

實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,能引導(dǎo)學(xué)生探究并獲取知識(shí),能有效地突破教學(xué)難點(diǎn),是物理教學(xué)重要的組成部分.教師要根據(jù)具體的課題,依據(jù)教學(xué)目標(biāo),遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律,有針對(duì)性地合理地規(guī)劃實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),要富有啟發(fā)性、思維性、開(kāi)放性等,從而有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提高.

3.2.2 關(guān)注課堂生成

進(jìn)行改變浮沉實(shí)驗(yàn)時(shí),有學(xué)生發(fā)現(xiàn):土豆剛漂浮后,若繼續(xù)往水中加鹽,土豆會(huì)不斷上浮(溶液飽和前).抓住這個(gè)契機(jī),師生不僅解釋了原因,同時(shí)領(lǐng)悟到了密度計(jì)測(cè)液體密度的原理、輪船從河里開(kāi)到海里的問(wèn)題等.正是這意外的生成,提醒筆者臨時(shí)調(diào)整了土豆實(shí)驗(yàn)的步驟要求,如圖5.又如圖4的實(shí)驗(yàn)也是課堂意外生成的.

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生的思路特別活躍,課堂最容易“無(wú)序”.如圖1、2實(shí)驗(yàn)中,松手后,對(duì)于物體下沉過(guò)程浮力不變,

學(xué)生從浮力的影響因素分析很

圖7 上浮過(guò)程浮力變化

容易理解.對(duì)于上浮過(guò)程浮力大小的變化,當(dāng)幾乎所有學(xué)生都認(rèn)為應(yīng)該是如圖7所示時(shí),有一位學(xué)生提出了不同的意見(jiàn).他認(rèn)為浮力先不變后變小,小于重力,然后又變大,不斷反復(fù)變化,最后才與重力相等,靜止漂在水面上.對(duì)這突如其來(lái)的質(zhì)疑,全班自發(fā)地展開(kāi)了熱烈的討論:有的建議把上浮過(guò)程錄下再放慢回放;有的建議實(shí)驗(yàn)時(shí)選的物體最好是比較長(zhǎng)的;有的認(rèn)為可能與彈簧把球彈起運(yùn)動(dòng)類(lèi)似;有的從圖7上浮過(guò)程浮力變化械能角度討論……最后大家形成共識(shí),認(rèn)為圖7的浮力變化圖像是錯(cuò)誤的,浮力的變化可描述為:物體露出水面前,浮力大小不變;露出水面后,浮力變化;最終浮力與重力大小相等,物體漂浮在水面上.至于露出水面后,浮力如何變化,鑒于學(xué)生的認(rèn)知水平,不做硬性要求.這意外的“無(wú)序”,收獲的關(guān)鍵不是知識(shí)本身,而是給了學(xué)生質(zhì)疑的勇氣,讓學(xué)生學(xué)會(huì)了研究問(wèn)題的方法,也促進(jìn)個(gè)別有能力的學(xué)生后續(xù)的研究.

每一位學(xué)生都是獨(dú)一無(wú)二的,對(duì)同一問(wèn)題可能會(huì)有不同的解讀,會(huì)出乎教師的“預(yù)設(shè)”,造成課堂的“無(wú)序”.關(guān)注這種“無(wú)序”正體現(xiàn)了以人發(fā)展為本的新課程理念,突出學(xué)生的主體地位,鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性化思維的發(fā)展.這種“無(wú)序”讓學(xué)生敢于質(zhì)疑,增強(qiáng)學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力,讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)充滿(mǎn)信心,讓課堂煥發(fā)生命的活力!教師要尊重這種“無(wú)序”,重視課堂的生成,不拘泥于教案,不能因?yàn)閷W(xué)生擾亂自己的教學(xué)思路,為了完成課堂進(jìn)度對(duì)學(xué)生的獨(dú)到見(jiàn)解視而不見(jiàn),造成能力培養(yǎng)和個(gè)性發(fā)展的落空,讓課堂留下尷尬和遺憾.

1 王精國(guó).基于認(rèn)知發(fā)展理論的物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教師,2015(10):9-11.

2 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2011.

3 陰瑞華,朱文軍,秦丹.物理教學(xué)設(shè)計(jì)方法與案例[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,2016.

4 張?jiān)绿m.用實(shí)驗(yàn)干預(yù)學(xué)生前概念的教學(xué)探討[J].物理教師,2014(3):29-30.