科學探究的本真追求——例談“物質的密度”的教學

科學探究的本真追求——例談“物質的密度”的教學
　　
　　口劉宏
　　
　�。ㄌ┡d市黃橋初級中學，江蘇泰興225411）
　　
　　《全日制義務教育物理課程標準》把科學探究界定為“既是學生的學習目標，又是重要的教學方式”，
　　
　　科學探究能力是必備的技能，廣大教師在日常教學過程中已經(jīng)能夠有意識地讓學生進行科學探究活動．然而，現(xiàn)實的問題是：在實際教學中的科學探究活動多是“重形式，輕實效”“重結果，輕過程”的跑龍?zhí)�，在表象上，科學探究只是實現(xiàn)從“無”到“有”的轉變；在實質上，還是教師在“教”，而非學生去“學”科學探究。
　　
　　在物理教學過程中，應該針對要達成的知識和技能目標，設計貼合學生實際的認知情境，讓學生在運用原有的知識解決問題的過程中，發(fā)現(xiàn)新的問題，從而產(chǎn)生進行科學探究的欲望．教師要適時地引導學生設計實驗方案，進行科學探究，在活動的過程中學習物理知識和技能，在這個過程中，教師的身份是學生活動的“導師”，要給學生提供必要的幫助和高位的指引，而非手把手地“教會”，正如特級教師許亞平先生提出的“三真”理念，即要發(fā)現(xiàn)真問題、進行真實驗、悟出真道理．要求在常態(tài)的物理教學過程中，教師引導學生進行真探究，
　　
　　“物質的密度”是用比值定義的物理量，之前學生學過的“速度”就是用比值定義的物理量，為學生進行自主探究提供了可遷移的知識儲備，另外，“密度”是初中物理涉及的第一個物質的物理屬性，學生掌握了建立密度概念的科學探究方法，在學習物質的其他物理屬性時就會“有法可依”，“物質的密度”這一節(jié)課的教學，是讓學生進行科學探究的典范，
　　
　　一、創(chuàng)設原始的問題情境，利于學生發(fā)現(xiàn)真問題
　　
　　“密度”的知識比較簡單，如果單純以傳授知識為日標，以學生會做題為價值取向，十分鐘就可以完成教學任務，而且測試的效果絕不會比用一整節(jié)課的時間去教這一內容差．然而，教材編排了較大的篇幅．(教學論文　www.gymyzhishaji.com)要求用四十五分鐘的時間來完成這節(jié)課的教學任務，顯然不僅僅要學生掌握物理知識，而且要學生掌握獲取知識的方法．
　　
　　蘇科版《物理》八年級下冊“物質的密度”教材創(chuàng)設的問題情境是：你能區(qū)分表面被涂成相同顏色的鐵塊和塑料塊嗎？讓學生討論與交流，由于沒有限制區(qū)分的方法，因此這一探究課題是開放性的，學生會想出多種答案。例如：
　　
　�。�1）有學生提出用小刀把涂層刮開，看一看表面的色澤或材料的軟硬程度．這種方法是可行的。
　　
　�。�2）又有學生提出把它們分別連入帶有小燈泡的電路，能使小燈泡發(fā)光的是鐵塊，不能的是塑料塊，這種方法是可行的．
　　
　�。�3）也有學生提出用吸鐵石分別靠近它們，能夠被吸引的是鐵塊，不能的是塑料塊。這種方法也是可行的。
　　
　�。�4）還有學生提出比較它們質量的大小，質量大的是鐵塊，質量小的是塑料塊；另有學生質疑一個大塑料塊的質量可能比一個小鐵塊的質量要大，這種方法是不可行的。
　　
　　蘇科版教材中創(chuàng)設的問題情境，要讓學生發(fā)現(xiàn)可以通過探究物體質量與體積的關系來鑒別物質，比較困難，人教版教材中創(chuàng)設的情境是體積相同的木塊、鋁塊和鐵塊，但為什么一定要用這種方法來鑒別物質呢？此處也沒有給出順理成章的解釋，測出它們的質量不相同，很容易把學生引導到通過比較單位體積的質量（即“質量與體積的比值”）來鑒別物質。
　　
　　物理概念呈現(xiàn)在學生面前時，足科學家歸納總結出來的“靜態(tài)的結果”；學生通過科學探究理解物理概念，就是要去發(fā)現(xiàn)知識的形成過程，通過探究體驗促使學生對物理知識的“動態(tài)構建”。究本索源．就要回到知識的源頭，教師在組織學生進行科學探究活動時，應當創(chuàng)設始于知識起點的情境（也稱原始情境）。
　　
　　人們認識物質特性的過程是：未知物質（性質未知）——區(qū)分不同物質的過程（用不同的方法和不同的標準，如：用刀刮、看色澤、用磁鐵吸、比較單位體積的質量等）——已知物質（了解其特性，如：密度、硬度、磁性、透明度等）。“密度”只是在認識物質的過程中，采用“比較單位體積的質量”的方法建立起來的物理概念，教材出于整體建構的考慮，在學生掌握了“質量”的概念后，設置了“區(qū)分鐵塊和塑料塊（或者木塊、鋁塊等）”的認知情境，試圖讓學生能夠通過探究質量與體積的關系來辨別它們．教材在此選擇的是肢解出認識物質特性的一種方法，可是學生在進入這個情境后，會不自覺地被對這些物質原有的認識帶著偏離了設定的目標．許多教師教學時喜歡照本宣科，囿于教材設定的框架，這時要把學生從“歧路”上拉回來就會很費周折，甚至還會無中生有。
　　
　　怎樣才能跳出這個圈圈？這時就應該擺脫教材的束縛，凌駕于教材之上，但非拋棄教材，要回到“密度”概念形成的源頭，創(chuàng)設原始的認知情境，引導學生借助原有的知識進行科學探究，認識“未知的物質”就是建立“密度”概念的源頭。我們可以創(chuàng)設這樣的情境，引導學生進行探究：
　　
　　把邊長分別為1cm、2cm、3cm的正方體鐵塊和塑料塊涂成相同的顏色，放在一起，不告訴學生它們是用什么材料做成的，要求把這些物塊區(qū)分開來．
　　
　　這樣的設計主要出于幾個方面的考慮：
　　
　　（1）把物塊做成邊長分別為1cm、2cm、3cm的正方體，是為了便于實驗探究而進行的模型化的處理；
　　
　�。�2）把鐵塊和塑料塊涂成相同的顏色，且不告訴學生它們是什么材料做成的，讓學生從區(qū)分物質的原始狀態(tài)開始探究，不會受學生對已知物質特性原有認識的干擾；
　　
　�。�3）學生在小學階段就接觸到比較體積的知識，之前剛剛學過質量的概念．區(qū)分未知的物體時，學生首先會通過目測比較它們的大小（體積），接著會用手拿起來掂一掂比較它們的質量，這樣比較切合學生的最近發(fā)展區(qū)；
　　
　　（4）通過觀察和體驗，發(fā)現(xiàn)物塊的質量隨體積的增大而增大，體積相同的不同物塊質量不同，學生立刻體會到：有必要弄清楚物體的質量和體積究竟具有什么關系？自然而然地生成強烈的探究欲望，
　　
　　二、留足自主探究的空間，引導學生進行真實驗
　　
　　學生通過上述創(chuàng)設的問題情境，產(chǎn)生了要探究物體質量與體積之間的關系的欲望．接下來許多教師會習慣性地安排學生按照課本設計好的方案進行實驗，分別用天平和刻度尺測量各個物體的質量和體積，并將測得的數(shù)據(jù)記錄在下面的表格中（見表1）。此時，學生雖然不是在教師的指導下進行實驗，但是卻又被教材牽著鼻子走了，只是換了一個指令的發(fā)布者，學生還是沒能進行自主的探究活動，完成的還是一個假實驗。
　　
　　教師要善于為學生創(chuàng)設行為上的“空白”情境，留給學生足夠的空間、時間，使他們有主動參與學習、研究的機會；同時，更要為他們創(chuàng)造思維上的“空白”隋境，讓他們能靜下心來進行深邃的思考。在課堂上為學生“留白”，這已經(jīng)被大家認同。要讓學生自主探究物體質量與體積之間的關系，最重要的是讓學生經(jīng)過獨立的思考、學習小組的交流和科學的評估，引導學生自己設計出合理的實驗方案．
　　
　　在教學實踐過程中，筆者搜集了一些學生經(jīng)過碰撞產(chǎn)生的智慧火花：
　　
　�。�1）邊長已經(jīng)知道，刻度尺可以不用了；
　　
　�。�2）這些物塊都被涂成了相同的顏色，為了便于辨認，應該用水彩筆標上1、2、3、4、5、6的序號；
　　
　�。�3）測質量時，可以把體積相同的兩個物塊放在一起對比測量；
　　
　　（4）可以把等體積條件下，質量較小的物塊按從小到大的順序標上1、2、3號，質量較大的物塊按從小到大的順序標上4、5、6號：
　　
　�。�5）為了便于比較，應該設計具有對比功能的數(shù)據(jù)表格（見表2）。
　　
　　要知道正方體的體積，就要測出邊長。邊長已知，就不需要測量；用作標記的方法辨認涂成相同顏色的物體；運用控制變量的思想進行對比測量有依據(jù)地進行排序……這里面凸現(xiàn)了知識的綜臺運用、實驗技巧的體現(xiàn)和科學思維方法的滲透，幾乎所有的實驗過程都是學生自主完成的，真實有效。
　　
　　教師沒有過多的言語，只是在學生設計記錄數(shù)據(jù)的表格時，提醒學生要把所測的物理量和單位反映在表格中。教師所做的僅僅就是為學生提供了一個精心設計的利于探究的原始情境，然后留足自主探究的時間，讓學生帶著“要把這些物塊區(qū)分開來”的問題，去觀察和體驗、認真地思考、大膽地討論，這樣動手做一做、動腦想一想、動口說一說，看似平凡的教學流程，卻迸發(fā)出諸多的智慧火花，有的完全超出了教師的預設。自然而然地生成，需要的是教師的大智慧。
　　
　　三、利用有效的交流評估，促進學生悟出真道理
　　
　　教材中的表格（見表1）先人為主地陳述了“質量／體積”這一欄目，只要求出質量和體積的比值，進行比較分析，“同種物質質量與體積的比值相同，不同物質質量與體積的比值不同”的道理不辯自明，多么簡單，多么省事。學生除了知道了上述的結論，還能收獲什么？這樣的偽探究完全把學生當做教師亦或教材的傀儡，只不過是借助學生的嘴說出了他們想要表述的主張，怎能悟出真道理？
　　
　　探究課堂應該是靈動的課堂，再好的預設也不可能涵蓋學生所有的表現(xiàn)，具體授課時要善于利用評估和交流，讓學生思維的火花相互碰撞，促進發(fā)展.c4］物體的質量與體積究竟是什么關系？需要學生自己去發(fā)現(xiàn)。學生通過實驗測量，收集到的數(shù)據(jù)如下（隨機抽取，見表3）。
　　
　　筆者把學生的實驗數(shù)據(jù)展示出來，讓他們進行分析、交流和評估：
　　
　　生：這些物塊可以分為兩類，編號1、2、3的為一類，編號4、5、6的為一類：每一類物體體積越大，質量也越大。
　　
　　生：這種表述不嚴密，經(jīng)過計算，我發(fā)現(xiàn)同一類物體質量和體積的比值相同，兩類物體質量和體積的比值不同。
　　
　　師（把學生的做法補畫出來，見表4）：算出質量和體積的比值，再進行分析，你是怎么想到的？
　　
　　生：學習勻速直線運動時就是用的這種方法，得出的結論是做勻速直線運動的物體通過的路程和所用時間的比值相同：此處得到的結論應該是同種物質質量和體積的比值相同，不同物質質量和體積的比值不同。
　　
　　生：也可以像學習勻逮直線運動時一樣，用描點法作出圖象來分析數(shù)據(jù)，兩類不同的物質要分別用虛線和實線表示。得出的結論是同種物質質量和體積成正比。（學生展示所畫圖象，見圖1）
　　
　　師：剛才，大家想到用學習勻速直線運動時分析數(shù)據(jù)的方法來分析物體質量與體積的關系，并且得到了類似的結論。那你們能不能模仿給描述做勻速直線運動的物體運動快慢的物理量“速度”下定義的方法，給描述物質質量與體積關系的物理量“密度”下一個定義呢？
　　
　　生：做勻速直線運動的物體通過的路程和作用的時間成正比，速度就等于物體在單位時間內通過的路程：而同種物質質量與體積成正比，密度就等于單位體積某種物質的質量。
　　
　　學生的分析是到位的，交流是真誠的，評估是中肯的，收獲也是豐富的，這其中教師通過巧妙的穿針引線，及時滲透一些科學探究的方法，使學生不光透徹地理解了“密度”的概念，還掌握了更加重要的建立“密度”概念的方法。真道理是在學生經(jīng)歷真實的探究的過程中自然而然地生成的。
　　
　　由此可見，要讓學生進行真探究，并不需要教師具有“鬼斧神工”的高超技藝，只要放棄“唯分數(shù)論英雄”的觀念，放手讓學生去發(fā)現(xiàn)問題、進行實驗、感悟真理，自然而然生成的創(chuàng)造力是完全可以讓教者放心的。教是為了不教，但并不等于無教，學生掌握了科學探究的方法，但受制于認知水平的局限，多數(shù)情況下還不能獨立地完成科學探究。教師千萬不能放羊式地讓學生去亂打亂撞，到頭來只能以一盤散沙收場，在學生進行科學探究的過程中，教師一定要發(fā)揮好引導和保障作用，處理好教學過程中“收”與“放”的關系，這才是科學探究的本真追求。
　　
　　參考文獻：
　　
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