指向核心素养的初中物理问题链及其设计

吴承智

在初中物理教学中，问题链是教师引导学生对所学知识点进行思考的“问题组”。教师合理设置问题链和建构以问题为中心的物理课堂，可以培养学生提出问题以及解决问题的能力。在问题链中不同问题有不同功能，对促进学生深思及提升学生学科知识、能力均具有重大意义。文章以“浮力”为例，进一步指向核心素养，通过探讨如何设计问题链引导学生理解物理知识，进而有效地提高初中物理教学质量。

一、基于问题链，激发学习兴趣

导入式问题链是教师为导入将要学习的内容而设计的一系列问题，有效的导入性问题链能激发学生的思维热情，让其全身心地投入物理知识的学习中，为学生探索新物理知识打下坚实基础。例如，在教学“浮力”内容时，教师可以在教学过程中创设情境，基于情境提出问题链，如把乒乓球放在水箱里，这样就能加深学生对浮力的认识。接着，教师设计一系列问题，组成问题链。

师：把乒乓球按进水里，然后松开手，会发生什么情况？为什么？

师：浮在水上的乒乓球有哪些力的作用？

师：当乒乓球浮在水面上时，可不可以运用平衡力的相关知识点对其受力情况进行分析？

师：按下乒乓球使其完全进入水中，然后释放，随之乒乓球会漂浮上来，在这个过程中受力的主体对象是谁？施加力的方向是什么？

在本次授课中，“浮力”知识是学生学习的一个难点。在引入课程阶段，教师可以通过创设实验情境来展示这一现象，激发学生思考。教师逐步提出问题，引导学生观察和分析实验现象，并结合他们的日常经验，探讨乒乓球在被释放后的运动状态、上下运动的原因、漂浮在水面上所受到的力以及可能的变化。这种问题链的教学方法有助于学生深入理解浮力的方向和作用，促进他们更全面地理解物体在液体中的运动和受力情况。然而，由于一部分学生的思维方式和理解能力有限，他们可能会在这个过程中遇到问题，如浮力是不是都是向上的？

针对该状况，教师可以策划实验探究活动，组织学生亲自进行实验操作，进而验证浮力的方向，这样的实验活动为课堂教学提供了一个很好的起点。

二、基于问题链探究，加强浮力认知

教师可以引入生活中的例子或使用生活中常见的小工具来做实验。如教师将木块、粉笔、乒乓球、玻璃石块、铁块呈现在学生面前，让学生按顺序放入水箱里，观察沉浮情况，并做好记录。同时，教师设计如下问题链：

师：把东西都放在水箱里，是不是都受到浮力？

（学生思考并与其他同伴讨论）

师：怎么才能测量出物体受到的浮力呢？

师：你是如何感觉到浮力的？你能演示浮力的存在吗？浮力是朝哪个方向的？产生浮力的原因是什么？

学生应掌握“测力仪”“测压法”“压差测力法”“浮力方向”等重要教学内容。实验能使学生掌握浮力的大小、方向，并能自己动手验证，通过力学分析，提高学生的建模能力，提升思维能力。在这次的问题链情境导入过程中，教师让学生对浮力有了直观认知，通过问题链提高学生的学习兴趣，加深其对本节课知识点的印象。

三、基于问题链思考，分析影响因素

探究式问题链是教师为培养学生的探究性学习而设计的一系列问题，在初中物理教学中，科学探究是一种很有意义的活动。教师将物理教学内容和科学探究过程相结合设计探究式问题链，对物理问题进行解释，可让学生对物理知识有全面、系统的认知。教师拿出一个鸭蛋、一个大杯子、一个空瓶子、一个大脸盆，让学生进行思维活动。

师：鸭蛋在清澈的水中会下沉，有没有人能帮它浮起来呢？

师：拧紧塑料瓶盖，然后用手压住底部将其按压进水箱中，你是否感到手上有向上的浮力？

师：浮力受哪些因素影响，怎样论证？

师：浮力与排出液体的重量有何联系？

学生对阿基米德定律和影响浮力的因素进行探索。

师：你认为哪些因素影响了浮力的大小？请大家阅读教材，结合自己的生活经历，谈谈自己的猜测及依据。

教师与学生互动，学生提出猜想。在基于问题链互动教学过程中，教师要对学生的猜测进行分析，排除不合理的猜测。

生1：浮力的大小和液体的密度有关系。

生2：浮力的大小与浸入液体的深度有关系。

生3：浮力的大小与浸入液体的体积有关系。

生4：所述浮力的大小与所述物体浸入所述液体中的所述物质的密度相关。

师：大家应该用什么样的研究方式来证明以上的猜想？

生1：我们可以用控制变量的方法。

在此基础上，教师设计一种新教学方法，并对提出的问题进行讨论。在活动中，学生按照自己小组要探索的猜测，将实验步骤和资料详细地记录下来，并进行实际的探索。在此基础上，学生分析和讨论实验结果，并进行总结。每组选出一位代表，报告自己的实验过程和研究结果。在活动中，教师要做好巡视工作，对学生合作探索做出有针对性的评价，与学生一起进行归纳和总结，最后得出结论，即一个物体在液体中受到的浮力与其浸入液体的深度没有关系，而是与其浸入液体的体积、密度成正比。

教师可以通过创设问题情境激发学生的思维，培养其探究能力，并提升实验技能。例如，在研究浮力大小的过程中，教师可以让学生通过实验探究“浮力与排出液体的重量”之间的关系，探讨液体排出的质量是否能够反映浮力的大小。在进行塑料瓶浸水实验时，通过研究水下物品的体积变化，学生可以突破对阿基米德定律的认知限制，拓展思维的广度、深度和角度。这种探究式学习方法有助于学生理解概念、培养实验技能以及提高解决问题的能力。

四、基于问题链实验，巩固物理概念

初中物理只要求研究静止液体中物体的浮力，浮力方向是一种抽象概念，在新课上学生根据学习经验，得出“浮力的方向向上”这一结论，但对于“竖直向上”这一概念，大部分学生都是从二力平衡状态中推导出来的，没有经过任何实验验证，所以对浮力的方向的概念，学生仍然处于识记水平。

师：浮力是什么方向的？

生：竖直向上。

师：如何通过实验来证明？

教师拿出图1中的甲实验设备，解释乒乓球、绳子受到的重力是可以忽略的原因。

师：什么力能使乒乓球静止在水中？它们有什么关系？

生：受浮力的影响，也受拉力的影响，这两个力成了一对平衡力。

师：这两个作用力的方向是什么？请说明你的判断依据。

生：由于细绳在伸直时是竖直的，可以推断出细绳的拉力是竖直向下的。由二力平衡条件可以看出，乒乓球受到水的浮力的方向是竖直向上的。

师：你能做一个实验来证明当细线伸直时，它是竖直的吗？

生：我们可以使用重力铅垂线。

师：有没有学生做一条垂直线？

学生上台，选择教师提供的设备，做一个像图1中的乙实验设备所示的重力铅垂线，并进行示范，验证这个实验。

生：由于重力铅垂线是竖直的，可以看出拉动乒乓球的细绳子和铅垂线平行。因此，拉动乒乓球的细绳子也是竖直的。

师：浮力是否始终是竖直向上的？能不能做个实验来证实？

在此基础上，学生通过小组合作进行演示操作，主要演示图1中的丙实验设备。

生：不管烧杯怎么倾斜，在不动的情况下，拖着乒乓球的细绳子始终和铅垂线平行，这就证明了浮力始终是竖直向上的。

五、基于问题链计算，提升学习效果

问题链是教师根据学生已有理论知识为让学生了解实际的应用情况而设计的一系列问题，基于问题链能让学生找到与问题的关联，并能熟练运用所学知识，基于问题链计算能提升学习效果。

师：如一个重量为5 N的木块，在河里所受的浮力有多大？

生：木块静止不动，承受的向上力和向下力必然相互平衡。向下作用力仅有一种重力，即5 N，那向上作用力又会如何？物体仅接触到水面，受到的向上作用力仅为水中对物体的浮力，浮力与重力相互抵消，同样为5 N。

师：如果这块木头随河水漂到海里，还能浮在水面上，那它在海里的浮力有多大？

生：物体在竖直方向上还是静止不动，受到竖直向下的重力不变，竖直方向的力依然是重力和浮力，重力依然是5 N，所以浮力还是5 N。

师：难道海水密度不比河水大吗？

生：在上面分析中，密度不存在。事实上，不管是在水里，还是在海里、在酒精里、在煤油里、在水面上，都有5 N的浮力。如果你把这块木头从液体里取出来，放在桌上、沙发上、岩石上、沙子上、地上，那这块木头向上的支持力依旧是5 N。

师：这不是说浮力吗？为什么会变成支持力？

大家还可以思考一下，木头之所以能浮在水面上，就是因为水“支持”着木头，就好像桌子和沙发能支撑木头。

师：这就是重力和浮力之间的平衡，当重力和浮力不相等时，又有一个竖直方向的力加入时，这几个力就会让这个物体静止不动，当这个物体在竖直向上和向下的力大小相等时，就可以通过二力平衡知识计算出浮力。

六、基于问题链延伸，促进师生互动

在课堂教学中，教师可以根据课程要求积极地进行物理活动，基于问题链延伸教学，可以激发学生的学习热情。以物理理论为中心的活动方案很难适应学生的实际需求，通过问题链对活动方案进行调整，可以有效地调动学生探索的积极性，使其能更好地适应物理学习需求。如在“浮力”一课中，通过探讨“液体的密度影响浮力的大小”这个问题，教师就可以用铁板和密度大小不同的液体来进行物理实验。在问题链的帮助下，学生可以自主地进行实验，并根据不同因素设计实验。

师：世界上有一个被称为“死海”的内陆湖泊，它含有非常高的盐分，即使是不会游泳的人，也能漂浮起来，但如果是正常的湖水，人为什么会沉没？

师：是什么因素影响浮力？请你结合生活实际进行描述。

生：可能是液体密度。

教师引导学生进行课外物理实验，为学生准备好自来水、盐水、酒精等原料，学生在进行实验前要明确各项物质的用量和测定液体的密度。在初中物理教学过程中，教师运用问题链来指导学生对物理知识进行积极发掘，从科学现象入手，使其教学领域得到扩展，从而提高学生对物理知识的探索能力，同时促进师生互动，加强师生感情交流。

由于对浮力的研究比较多，所以本节课内容比较抽象，而且在中考时经常会涉及压强、密度等方面的综合考查，大多数学生在解决这些问题时会感到十分困难。在教学过程中，教师要注重探索过程，从简单到复杂，利用实验搭建台阶，借助问题链解决困难，设计一些具有启发性的问题，让学生自己去做实验。

（作者单位：贵州省天柱县第六中学）

编辑：赵文静