科学探究的本真追求——例谈“物质的密度”的教学

科学探究的本真追求——例谈“物质的密度”的教学

科学探究的本真追求——例谈“物质的密度”的教学口刘宏（泰兴市黄桥初级中学，江苏泰兴225411）《全日制义务教育物理课程标准》把科学探究界定为“既是学生的学习目标，又是重要的教学方式”，科学探究能力是必备的技能，广大教师在日常教学过程中已经能够有意识地让学生进行科学探究活动．然而，现实的问题是：在实际教学中的科学探究活动多是“重形式，轻实效”“重结果，轻过程”的跑龙套，在表象上，科学探究只是实现从“无”到“有”的转变；在实质上，还是教师在“教”，而非学生去“学”科学探究。在物理教学过程中，应该针对要达成的知识和技能目标，设计贴合学生实际的认知情境，让学生在运用原有的知识解决问题的过程中，发现新的问题，从而产生进行科学探究的欲望．教师要适时地引导学生设计实验方案，进行科学探究，在活动的过程中学习物理知识和技能，在这个过程中，教师的身份是学生活动的“导师”，要给学生提供必要的帮助和高位的指引，而非手把手地“教会”，正如特级教师许亚平先生提出的“三真”理念，即要发现真问题、进行真实验、悟出真道理．要求在常态的物理教学过程中，教师引导学生进行真探究，“物质的密度”是用比值定义的物理量，之前学生学过的“速度”就是用比值定义的物理量，为学生进行自主探究提供了可迁移的知识储备，另外，“密度”是初中物理涉及的第一个物质的物理属性，学生掌握了建立密度概念的科学探究方法，在学习物质的其他物理属性时就会“有法可依”，“物质的密度”这一节课的教学，是让学生进行科学探究的典范，一、创设原始的问题情境，利于学生发现真问题“密度”的知识比较简单，如果单纯以传授知识为日标，以学生会做题为价值取向，十分钟就可以完成教学任务，而且测试的效果绝不会比用一整节课的时间去教这一内容差．然而，教材编排了较大的篇幅．(教学论文　www.ixbw.com)要求用四十五分钟的时间来完成这节课的教学任务，显然不仅仅要学生掌握物理知识，而且要学生掌握获取知识的方法．苏科版《物理》八年级下册“物质的密度”教材创设的问题情境是：你能区分表面被涂成相同颜色的铁块和塑料块吗？让学生讨论与交流，由于没有限制区分的方法，因此这一探究课题是开放性的，学生会想出多种答案。例如：（1）有学生提出用小刀把涂层刮开，看一看表面的色泽或材料的软硬程度．这种方法是可行的。（2）又有学生提出把它们分别连入带有小灯泡的电路，能使小灯泡发光的是铁块，不能的是塑料块，这种方法是可行的．（3）也有学生提出用吸铁石分别靠近它们，能够被吸引的是铁块，不能的是塑料块。这种方法也是可行的。（4）还有学生提出比较它们质量的大小，质量大的是铁块，质量小的是塑料块；另有学生质疑一个大塑料块的质量可能比一个小铁块的质量要大，这种方法是不可行的。苏科版教材中创设的问题情境，要让学生发现可以通过探究物体质量与体积的关系来鉴别物质，比较困难，人教版教材中创设的情境是体积相同的木块、铝块和铁块，但为什么一定要用这种方法来鉴别物质呢？此处也没有给出顺理成章的解释，测出它们的质量不相同，很容易把学生引导到通过比较单位体积的质量（即“质量与体积的比值”）来鉴别物质。物理概念呈现在学生面前时，足科学家归纳总结出来的“静态的结果”；学生通过科学探究理解物理概念，就是要去发现知识的形成过程，通过探究体验促使学生对物理知识的“动态构建”。究本索源．就要回到知识的源头，教师在组织学生进行科学探究活动时，应当创设始于知识起点的情境（也称原始情境）。人们认识物质特性的过程是：未知物质（性质未知）——区分不同物质的过程（用不同的方法和不同的标准，如：用刀刮、看色泽、用磁铁吸、比较单位体积的质量等）——已知物质（了解其特性，如：密度、硬度、磁性、透明度等）。“密度”只是在认识物质的过程中，采用“比较单位体积的质量”的方法建立起来的物理概念，教材出于整体建构的考虑，在学生掌握了“质量”的概念后，设置了“区分铁块和塑料块（或者木块、铝块等）”的认知情境，试图让学生能够通过探究质量与体积的关系来辨别它们．教材在此选择的是肢解出认识物质特性的一种方法，可是学生在进入这个情境后，会不自觉地被对这些物质原有的认识带着偏离了设定的目标．许多教师教学时喜欢照本宣科，囿于教材设定的框架，这时要把学生从“歧路”上拉回来就会很费周折，甚至还会无中生有。怎样才能跳出这个圈圈？这时就应该摆脱教材的束缚，凌驾于教材之上，但非抛弃教材，要回到“密度”概念形成的源头，创设原始的认知情境，引导学生借助原有的知识进行科学探究，认识“未知的物质”就是建立“密度”概念的源头。我们可以创设这样的情境，引导学生进行探究：把边长分别为1cm、2cm、3cm的正方体铁块和塑料块涂成相同的颜色，放在一起，不告诉学生它们是用什么材料做成的，要求把这些物块区分开来．这样的设计主要出于几个方面的考虑：（1）把物块做成边长分别为1cm、2cm、3cm的正方体，是为了便于实验探究而进行的模型化的处理；（2）把铁块和塑料块涂成相同的颜色，且不告诉学生它们是什么材料做成的，让学生从区分物质的原始状态开始探究，不会受学生对已知物质特性原有认识的干扰；（3）学生在小学阶段就接触到比较体积的知识，之前刚刚学过质量的概念．区分未知的物体时，学生首先会通过目测比较它们的大小（体积），接着会用手拿起来掂一掂比较它们的质量，这样比较切合学生的最近发展区；（4）通过观察和体验，发现物块的质量随体积的增大而增大，体积相同的不同物块质量不同，学生立刻体会到：有必要弄清楚物体的质量和体积究竟具有什么关系？自然而然地生成强烈的探究欲望，二、留足自主探究的空间，引导学生进行真实验学生通过上述创设的问题情境，产生了要探究物体质量与体积之间的关系的欲望．接下来许多教师会习惯性地安排学生按照课本设计好的方案进行实验，分别用天平和刻度尺测量各个物体的质量和体积，并将测得的数据记录在下面的表格中（见表1）。此时，学生虽然不是在教师的指导下进行实验，但是却又被教材牵着鼻子走了，只是换了一个指令的发布者，学生还是没能进行自主的探究活动，完成的还是一个假实验。教师要善于为学生创设行为上的“空白”情境，留给学生足够的空间、时间，使他们有主动参与学习、研究的机会；同时，更要为他们创造思维上的“空白”隋境，让他们能静下心来进行深邃的思考。在课堂上为学生“留白”，这已经被大家认同。要让学生自主探究物体质量与体积之间的关系，最重要的是让学生经过独立的思考、学习小组的交流和科学的评估，引导学生自己设计出合理的实验方案．在教学实践过程中，笔者搜集了一些学生经过碰撞产生的智慧火花：（1）边长已经知道，刻度尺可以不用了；（2）这些物块都被涂成了相同的颜色，为了便于辨认，应该用水彩笔标上1、2、3、4、5、6的序号；（3）测质量时，可以把体积相同的两个物块放在一起对比测量；（4）可以把等体积条件下，质量较小的物块按从小到大的顺序标上1、2、3号，质量较大的物块按从小到大的顺序标上4、5、6号：（5）为了便于比较，应该设计具有对比功能的数据表格（见表2）。要知道正方体的体积，就要测出边长。边长已知，就不需要测量；用作标记的方法辨认涂成相同颜色的物体；运用控制变量的思想进行对比测量有依据地进行排序……这里面凸现了知识的综台运用、实验技巧的体现和科学思维方法的渗透，几乎所有的实验过程都是学生自主完成的，真实有效。教师没有过多的言语，只是在学生设计记录数据的表格时，提醒学生要把所测的物理量和单位反映在表格中。教师所做的仅仅就是为学生提供了一个精心设计的利于探究的原始情境，然后留足自主探究的时间，让学生带着“要把这些物块区分开来”的问题，去观察和体验、认真地思考、大胆地讨论，这样动手做一做、动脑想一想、动口说一说，看似平凡的教学流程，却迸发出诸多的智慧火花，有的完全超出了教师的预设。自然而然地生成，需要的是教师的大智慧。三、利用有效的交流评估，促进学生悟出真道理教材中的表格（见表1）先人为主地陈述了“质量／体积”这一栏目，只要求出质量和体积的比值，进行比较分析，“同种物质质量与体积的比值相同，不同物质质量与体积的比值不同”的道理不辩自明，多么简单，多么省事。学生除了知道了上述的结论，还能收获什么？这样的伪探究完全把学生当做教师亦或教材的傀儡，只不过是借助学生的嘴说出了他们想要表述的主张，怎能悟出真道理？探究课堂应该是灵动的课堂，再好的预设也不可能涵盖学生所有的表现，具体授课时要善于利用评估和交流，让学生思维的火花相互碰撞，促进发展.c4］物体的质量与体积究竟是什么关系？需要学生自己去发现。学生通过实验测量，收集到的数据如下（随机抽取，见表3）。笔者把学生的实验数据展示出来，让他们进行分析、交流和评估：生：这些物块可以分为两类，编号1、2、3的为一类，编号4、5、6的为一类：每一类物体体积越大，质量也越大。生：这种表述不严密，经过计算，我发现同一类物体质量和体积的比值相同，两类物体质量和体积的比值不同。师（把学生的做法补画出来，见表4）：算出质量和体积的比值，再进行分析，你是怎么想到的？生：学习匀速直线运动时就是用的这种方法，得出的结论是做匀速直线运动的物体通过的路程和所用时间的比值相同：此处得到的结论应该是同种物质质量和体积的比值相同，不同物质质量和体积的比值不同。生：也可以像学习匀逮直线运动时一样，用描点法作出图象来分析数据，两类不同的物质要分别用虚线和实线表示。得出的结论是同种物质质量和体积成正比。（学生展示所画图象，见图1）师：刚才，大家想到用学习匀速直线运动时分析数据的方法来分析物体质量与体积的关系，并且得到了类似的结论。那你们能不能模仿给描述做匀速直线运动的物体运动快慢的物理量“速度”下定义的方法，给描述物质质量与体积关系的物理量“密度”下一个定义呢？生：做匀速直线运动的物体通过的路程和作用的时间成正比，速度就等于物体在单位时间内通过的路程：而同种物质质量与体积成正比，密度就等于单位体积某种物质的质量。学生的分析是到位的，交流是真诚的，评估是中肯的，收获也是丰富的，这其中教师通过巧妙的穿针引线，及时渗透一些科学探究的方法，使学生不光透彻地理解了“密度”的概念，还掌握了更加重要的建立“密度”概念的方法。真道理是在学生经历真实的探究的过程中自然而然地生成的。由此可见，要让学生进行真探究，并不需要教师具有“鬼斧神工”的高超技艺，只要放弃“唯分数论英雄”的观念，放手让学生去发现问题、进行实验、感悟真理，自然而然生成的创造力是完全可以让教者放心的。教是为了不教，但并不等于无教，学生掌握了科学探究的方法，但受制于认知水平的局限，多数情况下还不能独立地完成科学探究。教师千万不能放羊式地让学生去乱打乱撞，到头来只能以一盘散沙收场，在学生进行科学探究的过程中，教师一定要发挥好引导和保障作用，处理好教学过程中“收”与“放”的关系，这才是科学探究的本真追求。参考文献：［1］许亚平，教学智慧追求［M］.北京：中国大百科全书出版社．2009：107.［2］周家军，例谈如何引领学生开展自主探究［J］.物理教师（初中教师版），2011（2）：21.［3］张彬，浅谈物理教学中学生主动参与意识的培养［J］.物理教师（初中教师版），2011（2）：23.［4］许帮正．基于学生的探究行为设计和评价物理课堂教学——以“欧姆定律”教学为例［J］.中学物理教学参考，2011（1—2）：53.