指向核心素養(yǎng)的初中物理問題鏈及其設(shè)計

在初中物理教學(xué)中，問題鏈是教師引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識點進行思考的“問題組”。教師合理設(shè)置問題鏈和建構(gòu)以問題為中心的物理課堂，可以培養(yǎng)學(xué)生提出問題以及解決問題的能力。在問題鏈中不同問題有不同功能，對促進學(xué)生深思及提升學(xué)生學(xué)科知識、能力均具有重大意義。文章以“浮力”為例，進一步指向核心素養(yǎng)，通過探討如何設(shè)計問題鏈引導(dǎo)學(xué)生理解物理知識，進而有效地提高初中物理教學(xué)質(zhì)量。一、基于問題鏈，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣導(dǎo)入式問題鏈是教師為導(dǎo)入將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容而設(shè)計的一系列問題，有效的導(dǎo)入性問題鏈能激發(fā)學(xué)生的思維熱情，讓其全身心地投入物理知識的學(xué)習(xí)中，為學(xué)生探索新物理知識打下堅實基礎(chǔ)。例如，在教學(xué)“浮力”內(nèi)容時，教師可以在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)情境，基于情境提出問題鏈，如把乒乓球放在水箱里，這樣就能加深學(xué)生對浮力的認識。接著，教師設(shè)計一系列問題，組成問題鏈。師：把乒乓球按進水里，然后松開手，會發(fā)生什么情況？為什么？師：浮在水上的乒乓球有哪些力的作用？師：當(dāng)乒乓球浮在水面上時，可不可以運用平衡力的相關(guān)知識點對其受力情況進行分析？師：按下乒乓球使其完全進入水中，然后釋放，隨之乒乓球會漂浮上來，在這個過程中受力的主體對象是誰？施加力的方向是什么？在本次授課中，“浮力”知識是學(xué)生學(xué)習(xí)的一個難點。在引入課程階段，教師可以通過創(chuàng)設(shè)實驗情境來展示這一現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生思考。教師逐步提出問題，引導(dǎo)學(xué)生觀察和分析實驗現(xiàn)象，并結(jié)合他們的日常經(jīng)驗，探討乒乓球在被釋放后的運動狀態(tài)、上下運動的原因、漂浮在水面上所受到的力以及可能的變化。這種問題鏈的教學(xué)方法有助于學(xué)生深入理解浮力的方向和作用，促進他們更全面地理解物體在液體中的運動和受力情況。然而，由于一部分學(xué)生的思維方式和理解能力有限，他們可能會在這個過程中遇到問題，如浮力是不是都是向上的？針對該狀況，教師可以策劃實驗探究活動，組織學(xué)生親自進行實驗操作，進而驗證浮力的方向，這樣的實驗活動為課堂教學(xué)提供了一個很好的起點。二、基于問題鏈探究，加強浮力認知教師可以引入生活中的例子或使用生活中常見的小工具來做實驗。如教師將木塊、粉筆、乒乓球、玻璃石塊、鐵塊呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生按順序放入水箱里，觀察沉浮情況，并做好記錄。同時，教師設(shè)計如下問題鏈：師：把東西都放在水箱里，是不是都受到浮力？（學(xué)生思考并與其他同伴討論）師：怎么才能測量出物體受到的浮力呢？師：你是如何感覺到浮力的？你能演示浮力的存在嗎？浮力是朝哪個方向的？產(chǎn)生浮力的原因是什么？學(xué)生應(yīng)掌握“測力儀”“測壓法”“壓差測力法”“浮力方向”等重要教學(xué)內(nèi)容。實驗?zāi)苁箤W(xué)生掌握浮力的大小、方向，并能自己動手驗證，通過力學(xué)分析，提高學(xué)生的建模能力，提升思維能力。在這次的問題鏈情境導(dǎo)入過程中，教師讓學(xué)生對浮力有了直觀認知，通過問題鏈提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深其對本節(jié)課知識點的印象。三、基于問題鏈思考，分析影響因素探究式問題鏈是教師為培養(yǎng)學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)而設(shè)計的一系列問題，在初中物理教學(xué)中，科學(xué)探究是一種很有意義的活動。教師將物理教學(xué)內(nèi)容和科學(xué)探究過程相結(jié)合設(shè)計探究式問題鏈，對物理問題進行解釋，可讓學(xué)生對物理知識有全面、系統(tǒng)的認知。教師拿出一個鴨蛋、一個大杯子、一個空瓶子、一個大臉盆，讓學(xué)生進行思維活動。師：鴨蛋在清澈的水中會下沉，有沒有人能幫它浮起來呢？師：擰緊塑料瓶蓋，然后用手壓住底部將其按壓進水箱中，你是否感到手上有向上的浮力？師：浮力受哪些因素影響，怎樣論證？師：浮力與排出液體的重量有何聯(lián)系？學(xué)生對阿基米德定律和影響浮力的因素進行探索。師：你認為哪些因素影響了浮力的大??？請大家閱讀教材，結(jié)合自己的生活經(jīng)歷，談?wù)勛约旱牟聹y及依據(jù)。教師與學(xué)生互動，學(xué)生提出猜想。在基于問題鏈互動教學(xué)過程中，教師要對學(xué)生的猜測進行分析，排除不合理的猜測。生1：浮力的大小和液體的密度有關(guān)系。生2：浮力的大小與浸入液體的深度有關(guān)系。生3：浮力的大小與浸入液體的體積有關(guān)系。生4：所述浮力的大小與所述物體浸入所述液體中的所述物質(zhì)的密度相關(guān)。師：大家應(yīng)該用什么樣的研究方式來證明以上的猜想？生1：我們可以用控制變量的方法。在此基礎(chǔ)上，教師設(shè)計一種新教學(xué)方法，并對提出的問題進行討論。在活動中，學(xué)生按照自己小組要探索的猜測，將實驗步驟和資料詳細地記錄下來，并進行實際的探索。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生分析和討論實驗結(jié)果，并進行總結(jié)。每組選出一位代表，報告自己的實驗過程和研究結(jié)果。在活動中，教師要做好巡視工作，對學(xué)生合作探索做出有針對性的評價，與學(xué)生一起進行歸納和總結(jié)，最后得出結(jié)論，即一個物體在液體中受到的浮力與其浸入液體的深度沒有關(guān)系，而是與其浸入液體的體積、密度成正比。教師可以通過創(chuàng)設(shè)問題情境激發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)其探究能力，并提升實驗技能。例如，在研究浮力大小的過程中，教師可以讓學(xué)生通過實驗探究“浮力與排出液體的重量”之間的關(guān)系，探討液體排出的質(zhì)量是否能夠反映浮力的大小。在進行塑料瓶浸水實驗時，通過研究水下物品的體積變化，學(xué)生可以突破對阿基米德定律的認知限制，拓展思維的廣度、深度和角度。這種探究式學(xué)習(xí)方法有助于學(xué)生理解概念、培養(yǎng)實驗技能以及提高解決問題的能力。四、基于問題鏈實驗，鞏固物理概念初中物理只要求研究靜止液體中物體的浮力，浮力方向是一種抽象概念，在新課上學(xué)生根據(jù)學(xué)習(xí)經(jīng)驗，得出“浮力的方向向上”這一結(jié)論，但對于“豎直向上”這一概念，大部分學(xué)生都是從二力平衡狀態(tài)中推導(dǎo)出來的，沒有經(jīng)過任何實驗驗證，所以對浮力的方向的概念，學(xué)生仍然處于識記水平。師：浮力是什么方向的？生：豎直向上。師：如何通過實驗來證明？教師拿出圖1中的甲實驗設(shè)備，解釋乒乓球、繩子受到的重力是可以忽略的原因。師：什么力能使乒乓球靜止在水中？它們有什么關(guān)系？生：受浮力的影響，也受拉力的影響，這兩個力成了一對平衡力。師：這兩個作用力的方向是什么？請說明你的判斷依據(jù)。生：由于細繩在伸直時是豎直的，可以推斷出細繩的拉力是豎直向下的。由二力平衡條件可以看出，乒乓球受到水的浮力的方向是豎直向上的。師：你能做一個實驗來證明當(dāng)細線伸直時，它是豎直的嗎？生：我們可以使用重力鉛垂線。師：有沒有學(xué)生做一條垂直線？學(xué)生上臺，選擇教師提供的設(shè)備，做一個像圖1中的乙實驗設(shè)備所示的重力鉛垂線，并進行示范，驗證這個實驗。生：由于重力鉛垂線是豎直的，可以看出拉動乒乓球的細繩子和鉛垂線平行。因此，拉動乒乓球的細繩子也是豎直的。師：浮力是否始終是豎直向上的？能不能做個實驗來證實？在此基礎(chǔ)上，學(xué)生通過小組合作進行演示操作，主要演示圖1中的丙實驗設(shè)備。生：不管燒杯怎么傾斜，在不動的情況下，拖著乒乓球的細繩子始終和鉛垂線平行，這就證明了浮力始終是豎直向上的。五、基于問題鏈計算，提升學(xué)習(xí)效果問題鏈是教師根據(jù)學(xué)生已有理論知識為讓學(xué)生了解實際的應(yīng)用情況而設(shè)計的一系列問題，基于問題鏈能讓學(xué)生找到與問題的關(guān)聯(lián)，并能熟練運用所學(xué)知識，基于問題鏈計算能提升學(xué)習(xí)效果。師：如一個重量為5N的木塊，在河里所受的浮力有多大？生：木塊靜止不動，承受的向上力和向下力必然相互平衡。向下作用力僅有一種重力，即5N，那向上作用力又會如何？物體僅接觸到水面，受到的向上作用力僅為水中對物體的浮力，浮力與重力相互抵消，同樣為5N。師：如果這塊木頭隨河水漂到海里，還能浮在水面上，那它在海里的浮力有多大？生：物體在豎直方向上還是靜止不動，受到豎直向下的重力不變，豎直方向的力依然是重力和浮力，重力依然是5N，所以浮力還是5N。師：難道海水密度不比河水大嗎？生：在上面分析中，密度不存在。事實上，不管是在水里，還是在海里、在酒精里、在煤油里、在水面上，都有5N的浮力。如果你把這塊木頭從液體里取出來，放在桌上、沙發(fā)上、巖石上、沙子上、地上，那這塊木頭向上的支持力依舊是5N。師：這不是說浮力嗎？為什么會變成支持力？大家還可以思考一下，木頭之所以能浮在水面上，就是因為水“支持”著木頭，就好像桌子和沙發(fā)能支撐木頭。師：這就是重力和浮力之間的平衡，當(dāng)重力和浮力不相等時，又有一個豎直方向的力加入時，這幾個力就會讓這個物體靜止不動，當(dāng)這個物體在豎直向上和向下的力大小相等時，就可以通過二力平衡知識計算出浮力。六、基于問題鏈延伸，促進師生互動在課堂教學(xué)中，教師可以根據(jù)課程要求積極地進行物理活動，基于問題鏈延伸教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。以物理理論為中心的活動方案很難適應(yīng)學(xué)生的實際需求，通過問題鏈對活動方案進行調(diào)整，可以有效地調(diào)動學(xué)生探索的積極性，使其能更好地適應(yīng)物理學(xué)習(xí)需求。如在“浮力”一課中，通過探討“液體的密度影響浮力的大小”這個問題，教師就可以用鐵板和密度大小不同的液體來進行物理實驗。在問題鏈的幫助下，學(xué)生可以自主地進行實驗，并根據(jù)不同因素設(shè)計實驗。師：世界上有一個被稱為“死?！钡膬?nèi)陸湖泊，它含有非常高的鹽分，即使是不會游泳的人，也能漂浮起來，但如果是正常的湖水，人為什么會沉沒？師：是什么因素影響浮力？請你結(jié)合生活實際進行描述。生：可能是液體密度。教師引導(dǎo)學(xué)生進行課外物理實驗，為學(xué)生準備好自來水、鹽水、酒精等原料，學(xué)生在進行實驗前要明確各項物質(zhì)的用量和測定液體的密度。在初中物理教學(xué)過程中，教師運用問題鏈來指導(dǎo)學(xué)生對物理知識