基于孟克-奥斯本模式的凸显科学本质之教学设计与实施*——以“库仑定律”教学为例

方润根

(杭州学军中学 浙江 杭州 310012)

叶晟波

(慈溪中学 浙江 宁波 310012)

物理学课程是一门基础自然科学课程，应该体现科学的本质.在教学中融入物理学史，启发学生的科学思维，体验探究的过程和实证意识，学习科学家的科学精神，是培养学生科学素养、认识科学本质的教学方式之一.

1 客观调查 融入物理学史的本质观教学现状及分析

调研发现，高中物理课堂教学中物理学史的处理方式会出现下列情况：

(1)视为点缀 简单带过

教材部分章节后面会有一些历史人物、物理学史等阅读材料，部分教师认为这是教材边角料，有兴趣的学生自己课后阅读即可，课堂上一笔带过.

(2)注重结果 随意评价

部分教师从目前的认知角度去评判历史上科学家的研究过程或结果，导致学生陷入“只有跟现在结果一致的科学家的研究是有价值的，其他研究都是错误而可笑”的误区.

2 理性选择 运用孟克-奥斯本模式和评价量表融合体现科学本质观教学

图1 基于孟克-奥斯本模式和评价量表的实践模式导图

3 创新实践 基于孟克-奥斯奥斯本模式和评价量表融合的教学案例

3.1 案例背景

“库仑定律”一课，从课程标准和教材角度，可知本课的3个要点为“点电荷”“库仑定律”及“探究库仑定律过程中的有关科学思想和方法”.从学情角度，学生知道库仑定律的内容及表达式，在新情境中应用库仑定律进行分析和推理，获得结论并能做出解释并非难事.与知识落实相比，引导学生学会建立点电荷物理模型，体会建构物理模型的思维方式以及通过库仑扭秤的学习，让学生体会库仑实验巧妙设计的思想与方法更为重要.

3.2 教学设计

图2为“库仑定律”的具体教学流程.

图2 “库仑定律”的具体教学流程

(1)情境呈现

如图3所示，由生活中的静电现象引入.引发学生思考“电荷间的相互作用力与哪些因素有关？”

图3 生活中的静电现象

(2)观点表达

针对问题，教师引导学生自由讨论.多种猜想，最终聚焦在电荷间相互作用力可能与距离、电荷量、带电体的形状等有关.此环节，教师应引导学生思考两个问题，一是能提出带电体之间最理想的介质是“真空”来体悟物理的简化思想，二是忽略次要因素，把带电体简化为点电荷，抽象事物的本质属性，构建简单的物理模型.

(3)方案设计

基于多观点、多想法，引导学生思考何种观点正确，如何实验验证他们支持的观点.故前置方案设计环节，同时为更好地评价整个探究实验过程.在设计中，配以学习任务单和关于实验设计环节的PTA量表.

学习任务单在于充分暴露学生前概念.同时学生针对PTA量表，自评互评，在原有认知水平上，带有批判性思维，去审视自己和他人的实验方案.学习任务单设计如图4所示.

为实现我国化肥使用零增长的目标，恢复土壤原生态结构，尤其是在长期施用化肥地中使用接种剂可使土壤结构向恢复的方向发展。而接种剂作用效果除了与菌株的来源、特性、有效活菌数和载体性质有关，还与土壤养分、水分、温度、湿度和pH等有关，此外接种剂施用方式、施用量和使用季节也决定接种剂的使用效果。

基于初中的学情，可直接让学生从自己的认知角度，以4人小组为单位，进行实验设计.学生设计的方案，基本为两类:一般层次水平的方案，会围绕“电荷间的相互作用力大小与电荷的带电荷量多少，电荷之间的距离远近的定性关系”设计.较高层次水平的方案，则会考虑到定量，体现思维的进阶(见图5).

图4 “库仑定律”的学生学习任务单

图5 学生典型方案

(4)理论分析

设计完成，学生根据教师提供的评价量表，对方案自评及互评.评价围绕科学探究技能和科学态度精神展开，量表如表1所示.

该评价量表只设置A,B,C等级，不设置分值，目的在于分项评价引导学生把更多关注度落实在每一项要素的达成程度上.针对我校学生的学习能力，自评环节能更好地让学生反思自己方案的优缺点.如在“猜想与假设”环节，图5的方案学生自评为1A1B，对照量表，他们发现自己组能从定量角度提出假设，有理由但不够充分.在“制定计划与设计实验”环节，他们自评为3A，最终被大家评价为2A1B，原因在于没有提及多组数据以便找到规律.在“科学态度精神”环节，大家公认他们的方案创新性强,但在实验细节上存在欠缺.

互评环节在表格最后一行，独创性地呈现反思改进，可在讨论中及课后逐步填写.目的在于对自己的不足之处予以回顾总结，思考后续推出改进措施，充分体现以评促教、以评促改.

续表1

(5)历史回顾

在评价之后，教师引导学生将实验思考与历史上科学家的思考建立联系.因为学生进行方案设计时，思考的历程与科学家的研究历程有类似之处(图6).

图6 学生方案与科学家研究联系图

教师可遵循学生思维的进阶，选择性地呈现科学家相应的研究.尤其突出每一位科学家的观点、证据、遇到的困难及研究存在的不足.如仅靠定性实验无法证明“平方反比”规律适用于电荷间的作用力，库仑在前人基础上进一步研究，也遇到困难如“没有足够精密测量仪器和电荷量的单位，如何确定电荷量的数量关系”“带电体上电荷分布不清楚，如何测定电荷间的距离”等，结合科学家的困难及学生方案的不足，逐渐引出对策，即“卡文迪许扭秤实验—库仑扭秤实验”“对称性—等分电荷法”“质点—点电荷”.引导学生观看库仑扭秤的实验视频与库仑当时的数据，总结规律.同时指出库仑扭秤实验只能定量测出同种电荷间相互作用力，库仑还利用电单摆实验定量测出异种电荷间作用力大小.科学家不断完善、不断修正的历程，让学生体会科学本质.

(6)总结反思

在总结反思环节，以库仑定律为核心，从学科核心素养出发，从两个方面突破.一是思想方法的角度，即在库仑定律研究历程中涉及的放大思想、转化思想、均分思想、理想化模型思想等.二是科学本质目标的角度，让学生对比自己的设计，结合不同科学家的研究及成果，体验科学知识是有暂时性的，科学知识依赖于观察、实验证据、理性论证及怀疑态度，领悟科学史说明了科学的渐进性与革命性.而卡文迪许虽用实验加数学推理证实了电力服从平方反比定律，但是至死未将观点公开发表.让学生体会新的科学知识应公开、清楚地发表也是科学本质的体现.

4 深度思考 史实相融教学实践的成效与反思

除了本课，我们在“万有引力定律”“探究加速度与力、质量的关系”等课时均采用了基于孟克-奥斯本模式和评价融入的实践模型.在教学中发现，这种方式的优点在于：史实相融充分激趣引疑，量表嵌入能凸显学生的质疑反思，辩证分析能让学生体悟态度精神，合作借鉴更利于促进培养学生的团队意识.

在基于评价的历史-探究模型培养学生批判性思维时，要学会取舍和加工.在教学中，由于课时和教学要求的需要，我们必须有选择而非全部拿来，用模式而非固化模式，否则会增加学生的学习负担.