以“问题链”为主线 指向猜想与假设的初中物理实验教学案例

李虹 王永刚

摘 要：用问题链引导学生经历在教师创设的情境中提出问题、根据情境进行科学猜想和合理假设、根据猜想和假设设计实验和制定计划、展示交流优化实验方案的过程，让学生知道为什么要做实验？怎么做实验？从而让初中物理实验教学中的科学探究更加顺畅、科学探究的要素更加完整，这样有利于物理学科核心素养的落实.

关键词：核心素养;问题链;科学探究

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）18-0038-03

基金项目：甘肃省教育科学“十三五”规划2020年度一般课题“核心素养视域下基于‘问题链的初中物理实验高效课堂构建研究”（項目编号：GS[2020]GHB1459）.

作者简介：李虹（1983-），女，甘肃岷县人，本科，中学一级教师，研究方向：初中物理课堂教学;

王永刚（1983-），男，甘肃岷县人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理课堂教学.

科学探究是物理学科核心素养中的一个重要方面，《义务教育物理课程标准（2011年版）》将科学探究列入“课程内容”，旨在让学生经历与科学工作者相似的探究过程，主动获取物理知识，领悟科学探究方法，发展科学探究能力，体验科学探究的乐趣，养成实事求是的科学态度和勇于创新的科学精神.科学探究涉及提出问题、猜想与假设、设计实验与制定计划、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等要素[1].在实际教学中，很多一线教师在实验教学中直接给定实验方案，让学生根据已有的实验步骤进行实验与收集证据，更加注重学生的动手操作能力，更加注重实验数据的处理和实验结论的得出，却往往忽略了提出问题、猜想与假设、设计实验与制定计划等环节.爱因斯坦说过：“提出一个问题比解决一个问题更重要”，科学探究中的提出问题要素，就是要培养学生提出问题的能力，忽略了提出问题要素就是忽略了培养学生提出问题的能力，这样的话，学生只知道自己在做实验，却不知道为什么要做这个实验，也不利于学生提出问题能力的培养.“问题链”是教师为实现指定的教学目标，根据学生已有的认知水平，把教材知识转化为一连串有主题指向的问题群[2].问题链中的问题相互有关联，有梯度，对学生的能力要求是逐步上升的，设计的问题对学生有吸引力，能激发学生的求知欲望，学生在积极参与课堂教学的情况下，通过问题链来达成教学目标[3].在实验教学中，笔者通过给学生提供情境，用问题链为主线引导学生，让学生根据情境提出问题、科学猜想、提出假设，根据猜想和假设设计实验与制定计划，可以培养学生科学探究能力要素中的提出问题能力、科学猜想与假设能力、设计实验与制定计划的能力，可以更好地落实物理学科核心素养.下面以“探究浮力的大小与哪些因素有关”为例，谈谈具体做法.

1 创设情境，提出问题

情境一：水桶中装适量的水，让学生将篮球逐渐压入水中.

教师：随着篮球浸入水中深度的变化，你有什么感受呢？

学生：随着篮球浸入水中的深度越深，感觉到篮球受到的浮力越来越大.

教师：那说明浮力是有大小的，浮力的大小到底跟哪些因素有关呢？

设计意图：让学生通过体验，感受浮力的变化，再通过问题链的引导，使学生具有提出问题的意识，同时培养学生根据情境提出问题的能力.让学生知道知识来源于生活，进而激发学生求知欲望，激起学生学习新知识的兴趣.

2 根据情境，科学猜想

教师：根据刚才的实验，我们可以猜想浮力的大小可能跟什么因素有关呢？

学生：深度.

教师：板书（浮力的大小可能与物体浸入液体中的深度有关）.

情境二：水桶中装适量的水，让学生用两只手分别将乒乓球和篮球同时压入水中.

教师：两只手的感觉有什么不同呢？

学生：感觉到篮球受到的浮力大于乒乓球受到的浮力.

教师：由此我们可以猜想到浮力的大小跟什么因素有关呢？

学生：物体的体积.

情境三：让学生分别用两只手将大小不同的两个饮料瓶同时压入水中，大饮料瓶浸入水中的体积小一点，小饮料瓶浸入水中的体积大一些.

教师：感觉到哪个饮料瓶受到的浮力大一些？

学生：小饮料瓶.

教师：那浮力的大小是不是与物体的体积有关系呢？

学生：不是.

教师：结合情境二和情境三，我们发现浮力的大小跟哪些因素有关呢？

学生：物体浸在液体中的体积.

教师：板书（浮力的大小可能与物体浸入液体中的体积有关）.

情境四：将一枚鸡蛋放入水中，观察到鸡蛋沉在水底，然后往水里边加盐边搅拌，让学生观察现象.

教师：加盐后鸡蛋浮上来，说明鸡蛋受的浮力有什么变化呢？

学生：变大.

教师：由此猜想浮力的大小可能跟什么因素有关呢？

学生：液体的密度.

教师：板书（浮力的大小可能与液体的密度有关）.

教师：结合生活经验，你觉得浮力的大小还可能跟什么因素有关呢？并说出你猜想的依据是什么？

学生：还可能与物体的密度、物体的重力有关[4].

设计意图：科学猜想是让学生根据实验现象、生活经验或者已有的知识对提出的问题进行合理猜想[5].通过问题链的引导，让学生结合情境进行科学猜想，培养学生的证据意识，让学生知道科学猜想是有依据的，培养学生科学猜想的素养.让学生在猜想的同时说出猜想依据，是为了杜绝学生不经思索的胡乱想象，培养学生科学猜想的习惯.

3 依据情境，进行假设

教师：依据以上实验和生活经验，我们猜想到浮力的大小可能与物体浸入液体中的深度、物体浸入液体中的体积、液体的密度、物体的密度、物体的重力有关，那么浮力的大小跟这些因素到底是什么关系呢？请依据实验和生活经验作出假设.

学生1：篮球浸入水中的深度越深，感受到浮力越大，所以我觉得深度越深，物体受到的浮力越大.

学生2：我感觉到篮球受到的浮力比乒乓球受到的浮力大，原因是篮球浸入水中的体积比乒乓球浸入水中的体积大，所以我觉得物体浸入液体中的体积越大，物体受到的浮力越大.

学生3：鸡蛋在水中沉底，而在盐水中上浮，是因为盐水的密度大于水的密度，所以我觉得液体的密度越大，物体受到的浮力越大.

设计意图：培养学生根据情境和生活经验对提出的问题和猜想做出合理假设的能力，培养学生的证据意识.

4 根据猜想和假设，设计实验与制定计划

教师：如何知道我们的猜想和假设是不是正确呢？

学生：用实验证明.

设计意图：让学生知道做实验是为了证明猜想和假设是否正确，即告诉学生为什么要做实验.

教师：根据实验现象和生活经验，现在我们猜想到浮力的大小可能与物体浸入液体中的深度、物体浸入液体中的体积、液体的密度、物体的重力、物体的密度等因素有关，比如说我们现在要证明石块受到浮力的大小与石块浸入液体中的深度的关系，应该怎么做呢？

学生1：先测出石块的重力，然后让石块的一半浸入水中，用弹簧测力计测出对石块的拉力，算出石块受到的浮力，再让石块全部浸入水中，测出石块受到的浮力，比较大小，可以得到浮力大小与深度的关系.

教师：大家觉得合理吗？

学生2：我觉得不合理，因为深度在变化的同时石块浸入水中的体积也在增大，我们无法确定到底是深度影响了浮力的大小还是体积影响了浮力的大小.

教师：那这个时候我们应该怎么办呢？

学生2：要研究浮力大小与深度的关系，我们应该控制其他因素不变，改变石块浸入液体中的深度，然后比较浮力的大小.

教师：非常好，这种方法就是我们物理学中经常用到的“控制变量法”.那我们要如何做才能保证浸入水中的深度变化但是体积不变呢？

学生3：让石块完全浸没在水中，然后改变石块在水中的深度，测出石块先后两次受到的浮力.

教师：非常好，那我们来试一下，还有更好的方法吗？

学生：分组做实验.

教师：观察各组实验情况.

设计意图：通过问题链引导学生设计实验，让学生深入思考，不断优化实验方案，渗透控制变量的物理研究方法，让学生明白当有多个因素影响一个物理量的大小时，研究时要具有控制变量的意识，培养学生具有控制变量的科学思维.

教师：好，接下来请同学们以小组为单位，设计能够证明猜想和假设的实验方案，画出记录数据用的实验表格，明确分工，注意控制变量法在实验中的运用，设计完后向全班展示.

学生：小组合作，设计实验、制定计划.

设计意图：通过问题链引导，让学生知道做实验的目的是验证自己的猜想和假设是否正确，不是为了做实验而做实验，通过设计实验，使学生具有分工合作的意识，培养学生设计实验和制定计划的素养.

结语：科学探究是物理学科核心素养的四个要素之一，在初中物理教学中，开展好科学探究，可以在实验中培养学生的科学思维，有助于学生形成物理观念，培养学生实事求是的科学态度和认真严谨的科学责任，对物理学科核心素养的落实起到至关重要的作用.用问题链引导学生经历在教师创设的情境中提出问题、根据情境进行科学猜想和合理假设、根据猜想和假设设计实验和制定计划、展示交流优化实验方案的过程，让学生知道为什么要做实验？怎么做实验？从而让初中物理实验教学中的科学探究的过程更加顺畅、科学探究的要素更加完整，有利于物理学科核心素养的落实.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]王后雄.“問题链”的类型及教学功能——以化学教学为例[J].教育科学研究，2010（05）：50-54.

[3]李雪奎.促进高中物理深度学习的“问题链”策略研究[J].中学物理教学参考，2019，48（17）：1-4.

[4]费志明.巧设物理情境与问题链 发展学生思维品质[J].中学物理，2019，37（24）：54-56.

[5]王永刚.基于问题链的初中物理教学疑难问题解决案例——以《探究影响滑动摩擦力大小的因素》为例[J].湖南中学物理，2020，35（06）：41-43.

[6]陆建忠.初中物理课堂教学思维的培养——谈物理教学中问题链的设计[J].名师在线，2020，（05）.

[7]蒋天依.“问题链·导学”教学模式的探索与思考[J].中学物理，2011，29（07）.

（收稿日期：2021-06-09）