学科实践,是指具有某种特色的科学实践,即专业教育教学团队根据特定学科的核心素养要求,基于学生认知水平、发展需求,以真实情境中的问题为思维台阶,帮助学生思维自然生长。对于初中生而言,教师若能利用好“惑”的功能,启发学生思维成长,将可以助力学生认知结构的优化与进阶
[1]。学生在学习过程中思维会遇到种种疑惑,笔者将其归纳为“四惑”——诱惑、析惑、演惑和解惑。以苏科版“液体压强”为例,笔者开展了学生思维在“四惑”中成长的教学实践。
1 诱惑,锚定学习主题
什么是液体压强?学生对此没有任何概念与经验。在教学中,通常是采用教师演示、学生观察的方式,希望增强学生的体验,但如此开展教学活动的结果是学生的体验仍然较为浅显。为此,笔者采取以下分组实验方式,希望增强学生的体验感,并诱发其生惑。
实验1:水(液体)对容器底部有压强吗?
笔者要求学生根据教材中“水对底部产生压强”的插图自己制作一个下端用橡皮膜作为底的玻璃管容器,随后学生往该容器中加水,观察橡皮膜有没有向下凸起。与教材内容相比,多了制作的过程,学生深刻理解该模型内涵的同时,增强了体验感,拉近了思维与现象的距离,为诱发学生生惑作好了铺垫。从教学效果看,学生对水给容器底部的压强感受更加深刻——观察到容器底部的橡皮膜发生形变,深刻体会到水对容器底部是有压强的。
拓展实验:学生再加适量的水,观察形变程度的变化情况。学生看到形变变大,由此初步得出结论——液体的深度影响压强的大小。该实验的全部操作由学生完成,但思想的引领教师必须适时跟进,以便让学生的体验具有深度与广度。
实验2:水(液体)对容器侧壁有压强吗?
学生往保鲜袋中加入适量水(事先提醒学生:水的深度要深一些,袋口要留有足够空间便于手提);随后,让学生用手指顶有水部分的保鲜袋,从中感受液体压强的存在;最后,引导其用手指顶住不同部位,描述感受。学生感觉差不多,得出结论:液体压强与深度没有关系,这与实验1的结果产生思维冲突。
师(追问):我们的感觉和量化的显示,哪一种更科学?
学生思考、交流,思维进入兴奋区,最后学生想出方案:用针在不同深度处戳出一个个小孔,看其水流情况,结果发现——越在下面的小孔,水从孔中冲出的水平距离越远。由此学生在深刻体会到液体对容器侧壁有压强的同时,得出了与实验1相统一的影响因素结论。
该实验使学生的感觉与原有结论发生冲突,再去量化统一,有效提高了学生的认知:科学探究不能仅凭感觉,具备精度的显化才是科学的探究行为。
实验3:水(液体)的内部有压强吗?
让学生把手放入保鲜袋,再用手将保鲜袋慢慢压入水中,探寻液体内部的压强变化。学生发现随着深度的增加,保鲜膜压手的感觉越来越明显,从而让深度这一影响因素刻入学生的认知之中。同时学生还发现:保鲜膜的各个方向都被水挤压。据此得出结论:液体内部有压强,且各个方向都有压强。通过这样的探究活动,学生对液体压强的认识更加全面、深刻。学生发现:水有重力,与固体相比,还具有流动性,液体产生的压强是全方位的,即容器内部处处都有压强。
通过以上3个实验活动的诱导,学生将产生疑惑,进而顺利地确定下一个学习主题:影响液体内部压强的因素有哪些?
2 析惑,追寻学习起点
满足学生逻辑发展需求的核心要素就是让学习者认识到学习的具体内容,要做到这一点,需要进行课堂的前置教学设计,分析学生的困惑,诊断学生的学习起点。为此,笔者在分析学生认知盲区的基础上进行教学设计。
选粗细不同的甲乙玻璃管,两者的下端均用橡皮膜套住并置于水平桌面上,甲玻璃管比乙玻璃管粗;学生往玻璃管中倒入水,让两支玻璃管中水的深度一样。提问:水对甲乙两支玻璃管底部薄膜的压强大小如何?请说明理由。班级52名学生的回答情况如
表1所示。
由
表1发现:学生对于液体压强的判断,仍然停留在固体压强的判断方法上,选择甲(或乙)的学生仅仅考虑了其中的一个影响因素;选择无法判断的学生,对压强的内涵还停留在书本上的描述,自己不理解其内涵;选择都有可能的学生,已经考虑到了两个影响因素,但对两个影响因素内涵的理解还不够深刻;学生的正确率仅约10%。由此可见学习的必要性与重要性,教师要重点深挖压强内涵,在液体压强的影响因素上进行精准探究。
教师拓展实验活动:让学生提起两支玻璃管,比较凸起的程度,发现受玻璃管外形的影响,结果各不相同,学生陷入迷茫,学生自然渴望得到精准比较液体压强的仪器。师生通过活动对教学疑惑进行剖析,最终找到了教学的起点:引入液体压强计。
3 演惑,促成思维生根
如果认知可以进阶,那么一定是在实践中的演练方向足够准、力量足够强。演练要具备空间广度,让学生思维走向宽广的领域。针对学习上的盲区,要借助思维的力量使问题迎刃而解,并引导学生的思维走向深处,为核心素养的提升生根。
3.1 引入器材,探究有方
笔者根据学生的需求,适时介绍可以比较液体内部压强大小的仪器——液体压强计。这种用U形管中液面高度差来显化橡皮膜受到压强大小的方法,被称为转换法。其优点表现为:橡皮膜固定在可旋转朝向的金属盒上,以改变橡皮膜的方向;将橡皮管固定在塑料杆上,以改变橡皮膜的深度。此设计可谓一计两用,既可以测定不同方向的压强,也可以测定不同深度的压强,从而为学生探究液体压强的影响因素指明了方向。
3.2 方法指导,精准定向
仪器的引入,为探究精度提供了保障;只有仪器使用方法得当,才可以找准揭开谜底的方向。在学生使用仪器时,提供不一样的液体(盐水、水),据此提出问题,落实操作方法的指导。
问题1:要探究某一因素对结论的影响,应该如何控制其他变量?
问题2:如何显化液体内部压强的大小?
问题3:你观察到了什么现象?
问题4:请总结你经历实验探究后的收获。
学生通过实验探究,学会了使用液体压强计的方法,并深刻理解了其工作原理,还掌握了控制变量法、转换法等科学思维方法。针对问题1,学生经过思考后提出液体压强的影响因素为:液体的密度、深度,但与方向无关。此时的活动其实还属于学生思维生长的第一层次,要想让学生思维生根
[2],进一步回答问题2~问题4,就必须让学生进入第二、第三层次。
3.3 随心所欲,思维生根
要想让学生的学习活动进入更深层次,就要让问题情境回到真实的环境之中,不再停留在理论层面,以此激活并促进学生理论联系实际的能力,这样才能让学生的思维结构发生根本的转变。
(1) 显化大小容器压强。
呈现前置情境,让学生分别用压强计进行实验,即将压强计全部置于容器底部,学生发现:口径小的容器,其底部压强更大。两种液体一样,深度也一样,为什么显示出来的压强大小却不一样呢?于是,学生主动交流、讨论,发现各组的情况差不多,整体陷入迷茫,思维即将进入第二层次。学生之间经认真讨论后发现:当液体压强计进入小的容器中后,最终的液面已经高于大容器的液面。学生茅塞顿开,实验时要选择口径大的容器,以减少压强计排开液体的体积对实验的影响。此处的显化探究使学生随心所欲,自觉分析出其中所蕴含的原理,让思维进入第二层次,遂为生根蓄势。
(2) 优化压强探究装置。
探究活动不能仅仅停留在质疑与厘清层面,还要在此基础上进行创新,才能让学生的思维进入第三层次。以该实验为例,知道金属盒有体积,会影响到实验探究,那么该如何改进实验呢?笔者出示如
图1所示的器材,利用其引导学生理解改进思想。在此基础上,让学生回答如何进行探究。同时,提出问题:怎样探究液体内部压强与其重力的关系等,以促成学生思维在第三层次生根。学生积极思考,理解装置的意图,找到了探究方法。隔板不要放在中间,以保证两边液体的重力不同,让液体相同、液面高度相同,最后发现橡皮膜竖直,未向任何一侧偏离,学生得出了液体内部压强与液体的重力无关。这一问题得到了解决,则其余的浅层问题学生可顺利解决。
由此可见,深刻问题的提出与解决,是帮助学生思维生根的关键;创新思维的诞生,往往需要教师的适时点拨与引领。教学实践证明,只有让学生进入思维的第三层次,才能让学生思维具备物理素养的灵魂,才能使学生的思考既科学合理,又在深度和广度上得到拓展。
4 解惑,凸显学科育人价值
要想让学科凸显育人的价值,就不能停留在理解内涵层次上。思维的生根包含进阶与应用两个阶段,而有没有进阶,需要通过解惑来检验。笔者根据苏科版教材中帕斯卡裂桶、丹江口大坝插图,提出以下问题。
问题1:帕斯卡裂桶实验的原理是什么?
问题2:教材中提到的丹江口大坝,下部总要造得比上部宽一些,这是为什么?
如果在教学中仅仅基于学生回答上述问题的正确率来检验其掌握程度,那么必然给其思维生根带来不良的导向。好的做法是,要让这两个问题成为学生探究的项目,让学生进行项目实践,而教师则对项目进行评价。
从学生思维素养进阶角度看,项目的探究更能激发学生的探究欲望,愈发凸显学科育人的价值。因此,解惑应该让项目替代记忆型的机械解题,让学生对物理实验探究充满热情,积极地运用物理知识、原理解决现实中的问题,使物理走向社会、服务社会,才能凸显学科育人的价值。
5 结语
学科实践不是新的事物,而是符合学生认知逻辑需求的实践研究。要想激发学生的兴趣,就要以惑来诱学生的思维,让其自然地发现探究主题,只有这样,实践才得以有效实施;教师对学生的疑惑进行评估分析,找准学生思维的起点,才能帮助学生思维腾飞;思维腾飞需要技能的支撑,而技能的获得,需要借助于演惑,才能将思维千锤百炼,从而让思维腾飞的翅膀拥有力量与智慧,使思维在不同的环境中随心所欲地畅游翱翔;解惑是对能不能翱翔的检验,即项目评估更能凸显物理学科的魅力,让学生回味物理概念、规律的诞生及规律使用的过程,不仅促其热爱研究,更使创造成为其习惯。
最终的教学目标是每一个学生的思维在“四惑”中生根、生长、成长,成为物理教学中凸显学科育人价值活动的常态。