賀桐杰 楊 明 王 健

(1. 廣東省深圳外國語學(xué)校，廣東 深圳 518028；2. 廣東省深圳市南山區(qū)第二外國語學(xué)校，廣東 深圳 518054)

科學(xué)探究能力是指基于觀察和實驗提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計實驗與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對學(xué)科探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估、反思的能力。[1]2020年深圳市中考第32(2)題是一道開放式探究題，通過實驗器材的選擇和實驗設(shè)計來考查學(xué)生的科學(xué)探究能力，切合物理課程改革理念。

1 試題分析及答題中常見問題

1.1 試題呈現(xiàn)

有兩塊邊長均為4cm的無色透明的正方體玻璃，一塊是普通玻璃(密度為2.5×103kg/m3)，另一塊是有機(jī)玻璃(密度為1.18×103kg/m3)。請你選用所需題材，設(shè)計一種方案；在不損壞玻璃的原則下區(qū)分他們。實驗器材：托盤天平、海綿、細(xì)線、大燒杯、刻度尺、濃鹽水(密度為1.3×103kg/m3)。請將所選器材、操作方法和現(xiàn)象及結(jié)論填入下表(方案不能與示例相同)。

實驗器材操作方法現(xiàn)象結(jié)論示例托盤天平將兩塊玻璃分別放在調(diào)節(jié)好的天平的兩個托盤上天平一端下降下降的一端放的是普通玻璃你的方案

1.2 試題分析

試題從器材選擇到實驗操作、實驗現(xiàn)象、得出結(jié)論等多角度考查學(xué)生的實驗探究能力，區(qū)分兩塊密度不同、體積相同的玻璃的基本思路是通過比較兩者的質(zhì)量或所受重力，物理原理是m=ρV或G=mg=ρVg。在此基礎(chǔ)上，實驗設(shè)計方案可以多樣化，試題解答示例就是通過比較兩塊玻璃的質(zhì)量來進(jìn)行區(qū)分的。試題涉及的原理簡單，但實驗設(shè)計思路卻很廣，給了學(xué)生自由發(fā)揮的空間，考查了學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)探究能力，表1列出了8種實驗方案。這8種方案中雖然操作方法與實驗現(xiàn)象不相同，但其設(shè)計思路是相通的，即比較兩塊玻璃的質(zhì)量或所受重力，學(xué)生在解答中出現(xiàn)的典型錯誤可以歸納為以下幾類：

表1

(1)對實驗原理或?qū)嶒炂鞑牡挠猛纠斫獠磺?，?dǎo)致實驗器材選擇與組合的錯誤。如選了濃鹽水，沒選燒杯；或認(rèn)為濃鹽水不屬于實驗器材，在選擇器材時不選用。

(2)對科學(xué)方法(轉(zhuǎn)換法、控制變量法)的掌握不到位，設(shè)計實驗時不夠嚴(yán)謹(jǐn)。如采用溢水法時，沒有強(qiáng)調(diào)剛開始兩只杯子要裝滿濃鹽水；利用判斷液面高度高低的方法觀察物體浸入液體的深度時，沒有強(qiáng)調(diào)剛開始時兩只杯中所裝濃鹽水的高度相同。

(3)對實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)論認(rèn)識不清，不會準(zhǔn)確描述實驗現(xiàn)象與結(jié)論。如現(xiàn)象和結(jié)論都寫“重的是普通玻璃，輕的是有機(jī)玻璃”，沒有描述出實驗現(xiàn)象；再如“高低”“凹陷”“漂”“沉”等用詞不準(zhǔn)確。在實驗結(jié)論的描述中，沒有說明普通玻璃、有機(jī)玻璃分別是哪一塊，仍用現(xiàn)象加以說明。

上述問題反映了學(xué)生科學(xué)探究能力的不足，筆者針對本次考試中學(xué)生出現(xiàn)的問題，提出改進(jìn)建議，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2 科學(xué)探究能力的培養(yǎng)策略

2.1 巧設(shè)問題串，助力學(xué)生思維過渡

教師有時為了能讓學(xué)生更快地掌握考點內(nèi)容，會采用“灌輸式”的演示實驗，忽視了實驗設(shè)計過程，學(xué)生在實驗中跟著教師走，形成知其然而不知其所以然的現(xiàn)象。從培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的角度來講，實驗教學(xué)需要循序漸進(jìn)，本著“是什么”(對于實驗中的研究對象進(jìn)行提問)——“為什么”(對于實驗現(xiàn)象、原理進(jìn)行提問)——“怎樣做”(對于實驗操作方法、實驗具體步驟進(jìn)行提問，以及對實驗故障的解決進(jìn)行提問)——“還能怎樣”(對實驗進(jìn)行改進(jìn)及創(chuàng)新)的邏輯線索進(jìn)行問題設(shè)計，[2]逐步理清實驗的來龍去脈，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度及探究能力。如在“探究阻力對物體運動的影響”實驗中，就要用一系列的問題串引起所需要的器材、實驗原理及方法(圖1)。

圖1

2.2 顯化科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力

學(xué)生設(shè)計實驗時不嚴(yán)謹(jǐn)，關(guān)鍵問題就是沒有掌握實驗中的科學(xué)方法。如在采用溢水法時沒有控制變量，即控制兩只杯中裝的鹽水體積相同。在平常的實驗教學(xué)中，很多教師容易忽略了對實驗中科學(xué)方法的挖掘，如在探究“影響壓力作用效果的因素”的實驗中，為了探究壓力的作用效果和某一個因素的關(guān)系，必須控制其他因素相同，不然實驗得出來的結(jié)論就缺乏可靠性。在探究“壓力的作用效果”時，海綿的凹陷程度越大，壓力的作用效果就越明顯，利用轉(zhuǎn)換法把不好判斷的“壓力的作用效果”轉(zhuǎn)換成“海綿的凹陷程度”。再如在牛頓第一定律的教學(xué)中，把“阻力對運動的影響”轉(zhuǎn)換成“木塊滑行距離的長短”。在教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么要觀察小車的滑行距離長短？為什么要觀察海綿的凹陷程度？讓學(xué)生通過思考領(lǐng)會其深層次的原因，學(xué)生只有掌握了其中的科學(xué)方法，他們才可能舉一反三。凸顯科學(xué)方法的作用，提升科學(xué)方法的地位，引導(dǎo)學(xué)生掌握系統(tǒng)的科學(xué)方法，切實培養(yǎng)其科學(xué)探究能力，這是課堂教學(xué)需要深入開展的工作。[3]

2.3 注重從實驗現(xiàn)象到實驗結(jié)論的總結(jié)歸納

實驗現(xiàn)象是在實驗過程中人的感官可以直接感受到的東西，如運動狀態(tài)的變化、物體形態(tài)變化、顏色、氣味等；實驗結(jié)論是對實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果進(jìn)行概括、分析、推導(dǎo)得出的本質(zhì)屬性或規(guī)律。學(xué)生在答題中，容易把實驗結(jié)論和現(xiàn)象混淆，或者實驗現(xiàn)象描述不夠準(zhǔn)確。教師在實驗教學(xué)中要注意讓學(xué)生用自己的語言描述實驗現(xiàn)象，而不是直接告訴他們，并且在歸納實驗結(jié)論的時候要注意把現(xiàn)象和結(jié)論統(tǒng)一起來，通過現(xiàn)象可以歸納出普遍的結(jié)論。如在“探究影響滑動摩擦力的因素”的實驗中，得出結(jié)論的時候要分步得出，由哪兩個步驟得到摩擦力的大小和接觸面的粗糙程度有關(guān)，由哪兩個步驟得到滑動摩擦力的大小和壓力的大小有關(guān)。最后總結(jié)出結(jié)論：滑動摩擦力的大小與壓力和粗糙程度有關(guān)。通過分析現(xiàn)象得出結(jié)論，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維，得到的結(jié)論有理有據(jù)，這是科學(xué)探究能力的重要部分。

2.4 重視教材實驗，遷移拓展與創(chuàng)新

2020年深圳市中考開放式探究題可以從教材上找到原型，在教材的“探究壓力的作用效果”實驗中用的就是海綿，重的物體使海綿凹陷程度大，輕的物體使海綿凹陷程度小。如果教師在這個實驗后拓展延伸，提出問題：利用海綿我們還能做什么？讓學(xué)生充分聯(lián)想每個器材的作用，加深學(xué)生對教材實驗的認(rèn)識，在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生正遷移。如在“探究滑動摩擦力的影響因素”的教學(xué)中，教師可以在完成教材上的實驗后，提問：“這樣做實驗有沒有缺點？”“用彈簧測力計來拉動物體，很難保證物體做勻速運動，怎么改進(jìn)呢？”通過設(shè)問的方式鼓勵學(xué)生大膽進(jìn)行實驗改進(jìn)和創(chuàng)新，理解每一步實驗的目的，發(fā)現(xiàn)實驗中存在的問題并想辦法解決，培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力。

2.5 變驗證性實驗為開放式探究性實驗

實驗教學(xué)方式不同，對學(xué)生提出的實驗探究能力要求也不同。如果從實驗原理、器材到實驗步驟及表格設(shè)計都是由教材或教師來確定，這種實驗教學(xué)方式不利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。開放式探究性實驗從問題到實驗設(shè)計、再到得出結(jié)論，都由學(xué)生自主完成，能較好地培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力。

在教學(xué)實踐中，教師可嘗試把一些實驗設(shè)計成開放式探究性實驗。比如，可以把“探究影響浮力大小因素”實驗設(shè)計為開放式探究性實驗。在“探究浮力的大小和浸入液體體積的關(guān)系”時，采用驗證性實驗方式，把問題和實驗器材、步驟等告知學(xué)生，讓其進(jìn)行實驗，熟悉實驗方法；在“探究浮力的大小和深度的關(guān)系”時，讓學(xué)生自主進(jìn)行實驗設(shè)計，層層推進(jìn)。前者為學(xué)生提供了可供參考的方案，后者則讓學(xué)生在前者的基礎(chǔ)之上，通過自主、深化等方式提升實驗探究能力。

3 結(jié)語

初中物理實驗教學(xué)要始終將學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)貫穿于教學(xué)過程中，積極推進(jìn)物理實驗教學(xué)改革。在教學(xué)實踐中，教師要通過巧設(shè)問題串、變驗證性實驗為開放式探究性實驗，通過從現(xiàn)象到結(jié)論的歸納、科學(xué)方法的顯化，對教材實驗進(jìn)行改進(jìn)，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力，幫助學(xué)生更加深入地理解物理概念和規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。