优化实验教学设计 培养学生提问能力——以“二力平衡”教学为例

蔡 丽

(南京师范大学附属中学新城初级中学,江苏 南京 210000)

1 研究背景

爱因斯坦指出：提出一个问题比解决一个问题更重要。科学探究是初中物理课程的重要内容，提出问题是科学探究的重要步骤。一个好的问题，能给予学生探究的方向和动力，能激发学生的探究欲望。因此，培养学生具有初步的提出问题的能力是初中物理课程目标之一，[1]也是培养学生物理学科核心素养的重要内容。然而有研究表明：初中学生随着年龄增长，发现并提出问题的积极性逐渐降低，学生的提问能力亟待提高。

2 教材与学情分析

“二力平衡”是初中力学的重要内容，是研究“力与运动关系”的关键。笔者对本节课设定了如下教学目标：(1) 通过对生活中常见现象的观察与分析，建构平衡状态与二力平衡的概念；(2) 通过探究，知道二力平衡的条件；(3) 能运用二力平衡知识解释相关现象。本节课的教学重点是：二力平衡的条件及其探究，教学难点是：探究过程中的器材选择和实验设计。

为实现教学目标，突出重点，突破难点，教学中可以利用物理实验具体形象地展示“二力平衡”的相关知识，创设真实的探究情境，强化学生的感知并纠正感知中的错觉，[2]让学生经历从提出问题到通过探究、解决问题，并能够在此基础上提出新问题，层层递进，循环上升，从而培养学生的提问能力。

3 教学过程

3.1 趣味引入，引发认知的不平衡，激活学生的提问热情

在新课的开始，可以通过图片、影像或叙述，让学生观察、回忆相关的现象与事实。也可利用趣味实验引入课题，使教学内容和学生已有认知之间形成一种不平衡。把学生引入一种与问题相关的情境，造成悬念，从而使学生的记忆、注意、思维凝聚在一起，达到智力活动的最佳状态，让学生带着问题去学习。[3]

教学片断一：展示“悬浮的火柴”

教师提问：如果一个物体只受到重力的作用，能悬浮在空中吗？学生依据已有的经验，答案是否定的。此时教师将一根火柴放置在(魔术)扑克牌上，适当弯曲扑克牌，呈现出火柴“悬浮”的效果(图1)。

图1

为增加学生的对比感，提前给学生准备了(普通)扑克牌和火柴，学生观看了教师演示，在惊讶之余自己尝试却没有成功，火柴依旧静止在扑克牌上。于此，悬念就产生了：这是真的吗？为什么老师的火柴可以悬浮在空中呢？

设计意图：用魔术作为新课引入，出乎意料的现象会使学生产生强烈的疑问，但这种问题还不能称之为科学问题，因为聚焦性不强、指向性不眀。但这个问题会像火种一般，点燃了学生继续探究的热情和欲望。特别是在本节课的最后，教师将魔术扑克交给学生，学生发现了其中的奥秘：扑克上有透明细丝，豁然开朗。因此在教学中，通过趣味实验、生活实例引入，能够让学生自然而然地产生提问的兴趣，并将疑问带进课堂进行解决。

3.2 设计实验，丰富感性体验，培养学生提问的思维水平

初中学生对比较抽象的物理知识较难提出探究性的问题，如何将抽象的知识形象化？这就需要教师在教学中有意识地设计实验，丰富学生的体验。只有亲身体验之后，学生才会有更深刻的感受，才能在体验中产生疑问，从而提出有价值的问题。教师精心设计实验，引导学生对所观察到的现象进行思考，从而提升学生提问的思维水平，培养学生正确的科学态度，引发强烈的求知欲，进而主动获取物理知识。

教学片断二：体验观察，认识二力平衡

(1) 平衡挑战：尝试用一根手指，平稳支撑你的物理课本(图2)。

图2

图3

总结：课本静止在我们指尖时，其运动状态保持不变，这样的状态称为“平衡状态”。

(2) 演示：电动机竖直向上匀速吊起娃娃(图3)。

提问：这个娃娃的运动状态是否保持不变，是否处于平衡状态？

总结：平衡状态是指物体保持静止或匀速直线运动状态。

展示自制教具：纸牌被三根皮筋拉着处于静止状态(图4)。

图4

提问：纸牌处于什么状态？如果忽略自重，它受几个力作用？

总结：对于纸片，这三个拉力的作用效果相互抵消，我们把这样的一组力称为平衡力。

提问：忽略自重，如果希望纸牌只受两个力，可以怎样操作？剪断一根皮筋瞬间，纸牌能否保持平衡？纸牌再次静止后，纸牌处于平衡状态吗(图5)？

图5

总结：如果一个物体在两个力的作用下，处于平衡状态，我们就说这两个力相互平衡，简称二力平衡。剪断皮筋的瞬间，两个拉力不平衡。静止后纸牌又受力平衡，说明二力平衡需要满足一定的条件。

设计意图：“平衡状态是否只有静止？平衡状态就是二力平衡？二力平衡是否只指水平方向的平衡？”面对学生头脑中可能存在的以偏概全的认识或思维定势，在本案例中，教师设计了三个演示实验，引导学生从不同维度认知“平衡状态”，启发学生的思维。对于“二力平衡时两个力需要满足的条件”，教师没有直接提出问题，而是通过自制教具，演示“纸牌在三个拉力作用下平衡、剪断一根皮筋瞬间不平衡、纸牌在两个拉力作用下再次平衡”的变化过程，让学生通过观察，发现从剪断一根皮筋瞬间的“不平衡”到再次“平衡”，纸牌的受力情况发生了变化。据此，与“条件”相关的问题自然就会在学生头脑中生成。

此案例中呈现的实验给学生补充了丰富的感性经验，培养了学生的提问的思维水平，也对学生有效猜想有启发作用。

3.3 通过“大问题”，引出“子问题”，唤醒学生的提问意识

在教学中教师给予得越多，学生能够提出的问题往往就越少。学生之所以不爱提问、不会提问，在很大程度上是由于教师在教学中压缩了学生的提问空间。有些教师在备课时往往把教学环节设计得很具体，要解决的问题如剧本般得都放在PPT上，美其名曰“问题驱动”。但是在物理实验教学中，如果问题都是由教师安排好，学生只负责解决，那么学生就感受不到主动提问的作用和意义，久而久之学生的提问能力得不到有效的培养。

为了改变这种局面，教师可以在教学中提出一些帮助学生定方向的“大问题”，鼓励学生针对“大问题”的解决提出更加聚焦的“小问题”，然后师生合作探究。这既是对学生积极主动参与教学的邀约，也是唤醒学生提问意识的有效策略。

教学片断三：设计实验，探究二力平衡的条件

设计实验探究二力平衡的条件既是本节课的重点，也是本节课的难点。在探究二力平衡条件环节，笔者设计了如下两个问题。

问题1：你认为二力平衡时,两个力需要满足什么条件？

问题2：要想判断猜想是否正确，你会如何设计实验？我们可以从哪些方面进行思考？

对于问题1，学生依据之前的经验不难做出猜想，即二力等大、反向、共线、同体。对于问题2，在“如何设计实验”这一大问题的框架下，教师首先要引导学生分解问题，也就是思考从哪几个方面来设计。此时学生会提出以下“子问题”：

(1) 需要选择怎样的器材？

(2) 确定什么为研究对象？

(3) 如何对研究对象施加两个力的作用？

(4) 如何判断平衡状态发生了改变？

师生围绕这些子问题展开讨论和研究，这些更加聚焦、更利于有序探究的“小问题”，都应该是学生在教师的启发下提出，而不是由教师直接给出。

设计意图：教师给学生提供必要的实验器材，请学生自己设计实验方案。在“大问题”的引领下，学生自然会思考：在选择研究对象、提供两个力、探究多个因素影响的物理现象时，应该采用什么方法来研究？在本案例中，教师不仅关注学生在问题解决中的表现，也关注学生提出问题的过程，鼓励学生思考：从哪几个方面来设计实验？在“子问题”的引领下，学生积极思考、动手实践，其问题意识和解决问题的能力都得到了提高。

3.4 追问引导，澄清问题关键,提升学生提问品质

初中生的理性思维能力依然有限，对于学习过程中某些问题的认识有时是浮于表面的。所以学生提出的问题，包括对问题的解决难免存在偏差。这就需要教师通过不断追问，帮助学生澄清问题关键所在，引导学生意识到自己思维的局限性，产生有价值的质疑，进而促使他们提出更有品质的问题。学生提升提问品质的过程，其实也是学生发展思维、完善认知、实现迁移的深度学习的过程。

教学片断四：选择研究对象，探究二力平衡条件

关于如何选择实验研究对象这个问题，课本上已经给出了实验装置图，学生大多会选择轻质小卡片作为研究对象，利用钩码对卡片产生拉力作用(图6)。

图6

师：你们为什么没有选择塑料片作为研究对象？

生：小卡片所受重力小于塑料片。

师：为什么要选较轻的物体作为研究对象？

生：因为我们研究的是二力平衡，所以需要找较轻的纸片作为研究对象，这样其重力可以忽略不计。

师：塑料片一定不能作为研究对象么？

教师追问到此，下面的问题就由学生来表述了。通过引导，学生可能会提出以下问题：

问题1：如果在塑料片的两边挂上更多钩码，塑料片两边细绳能绷直在同一直线上吗？

问题2：如果需要选择较轻的物体作为研究对象，那这个“较轻”其实是相对什么而言的？

问题3：我们研究二力平衡时，研究对象所受重力可忽略(理想化方法)的前提是什么？

设计意图：上述问题具有层次性，学生提出问题1后，教师要鼓励学生动手实践，发现在两边增加钩码后，塑料片两边细绳会绷直成一直线，这就和纸片的情形一样。这时教师再帮助学生聚焦关键词“较轻”，引导学生提出问题2，进而体会到卡片“较轻”应该是相对于两边拉力而言的，而不是相对于塑料片。接着教师引导学生从科学方法的角度提出问题3，真正理解理想化方法在本实验中的应用，实现思维的拓展和升华。学生能够理解对于质量稍大的塑料片，只要两边拉力相应增大(远大于塑料片所受重力)，它也可以作为研究对象。如果教师能够从培养学生科学素养的角度加以悉心引导，那么学生的提问品质也会得到进一步提升。