基于科学解释下PTDR框架的教学设计

摘 要：对新课程标准中科学探究的理解不仅是其中七个基本要素，更重要的是设置问题、提供证据、科学解释、交流评价等环节，其中科学解释贯穿整个科学探究全过程，缺少科学解释的科学探究是不完整的.为此，本文以科学解释下PTDR框架为基础，谈“探究浮力大小的影响因素”的教学设计.

关键词：科学解释;PTDR框架;教学设计

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）24-0039-03

作者简介：孔凡玲（1971-），女，山东德州人，本科，中学高级教师，研究方向：初中物理教学研究.

在初中物理教学中，特别关注多样化教学方式，注重科学探究在实验教学中的作用，对科学探究的理解不仅是其中七个基本要素，更重要的是设置问题、提供证据、科学解释、交流评价等环节，其中科学解释贯穿整个科学探究全过程，是科学探究的核心部分，进一步说，整个科学探究全过程围绕科学解释进行活动，缺少科学解释参与的科学探究是不完整的.

科学探究中的科学解释主要应用于科学教育范畴，国外最具代表性的研究成果是CER框架（即论断Claim—证据Evidence—推理Reasoning），国内研究也在逐步推进，如国内极具代表性学者姚建欣在CER框架研究基础上提出科学解释下的PTDR框架，即需解释现象（Phenomenon）—理论支撑（Theory）—资料文献（Data）—推理论证（Reasoning）.笔者在PTDR框架基础上展开科学探究下的科学解释，以此检验科学解释下PTDR框架在科学探究中的实践效果，从而为初中物理教学提供新范式.本文以科学解释下PTDR框架为基础，谈“探究浮力大小的影响因素”的教学设计.

1 科学解释PTDR框架的教学现状

当前在对学生科学解释能力培养现状上出现如下问题，在传统物理课堂教学中，教师既不会事先说明科学解释在科学探究中的作用，更不会有意识地培养学生科学解释能力，因此科学解释能力完全依靠学生在学习过程中自学自悟，这将导致教师教学效果不显著，学生学习成果参差不齐.具体表现在以下几点.

1.1 忽视学生已有认知水平

教师在进行科学探究时需要进行情境设置，这需要根据探究内容及设计思想对教学内容进行科学化处理，需要注意的是學生在学习新内容时通常已经具备与此相关的前概念，既有错误前概念也有正确前概念.这就需要学生充分利用已有前概念，主动与新内容建立联系，这种联系或是正向刺激，或是逆向冲突，都需要学生主动进行思维重整、知识重构，教师从中引导，而非批量输出.然而在现行教学中部分教师会大费周折地主动承担这部分工作，替代学生的思考主体地位，这样于学生而言味同嚼蜡.

1.2 忽视科学解释在科学探究中的核心地位

物理是一门以实验为基础的学科，科学探究贯穿整个物理教学始终.正因如此，部分教师在物理教学中采用“轰炸式实验教学法”，这种教学形式看似引人注目，实则缺乏逻辑，只是将有关科学探究内容的实验机械式叠加，未对实验进行系统的科学解释.因此，这种教学模式未能强调科学解释在科学探究中的核心地位.

1.3 将科学解释模式固定化

物理是一门需要进行探究性实验的学科，但由于部分教师对科学探究的片面理解，存在“凡课必探究、凡探究必解释”的激进错误思想，易造成课堂教学形式主义.这就是对科学解释的引入模式固定化，造成过多、过范化地进行科学解释.

2 科学解释下PTDR框架的教学思路

对科学解释的理解过程应是基于学生在个体生活及社会环境中遇到真实问题、现象时，需要通过科学探究解决遇到的真实问题、现象，在此过程中渗透科学解释的内涵.科学解释下PTDR框架的本质在于对需解释现象广泛查阅资料文献，以理论支撑的方式进行推理论证，实现使科学探究内容的外显化以达到教学目的，具体教学思路如图1所示.

3 科学解释下PTDR框架的教学设计

在“探究浮力大小的影响因素”时，笔者考虑到学生对浮力现象及其基本知识有初步了解，对生活中常见浮力现象有一定认知.为此，笔者在教学设计过程中始终以生活情境为载体，以科学解释下PTDR框架为主线，在科学解释的不断渗透下归纳出浮力大小的影响因素.

3.1 探究实验导入

情境：水中乒乓球在松手后会迅速上浮，如图2所示是乒乓球浸没在水中，从水中上浮到水面的过程中，如何衡量力大小变化？即浮力大小与哪些因素有关？

师：在实验中当小木块与大石块浸没水中时都受到浮力的作用，究竟是小木块受到浮力大还是大石块受到浮力大？

生1：小木块上浮，受到浮力大.

生2：大石块体积大，受到浮力大.

3.2 科学解释中核心知识教学

需解释现象.

师：要比较谁受到浮力大，在物理中需要用实验进行验证，即活动：“探究影响浮力大小的因素”.

师：谁能猜想浮力大小可能与哪些因素有关？

理论支撑.

生1：体积.

生2：大石块没有浸入水中时不受水的浮力作用，因此不是物体体积，是浸入水的体积.

生3：人在死海中漂浮，在淡水中会下沉，可能与液体密度有关.

生4：大石块在水中下沉越来越快，可能与浸没深度有关.

生5：可能与物体的质量、物体的形状……有关.

以上学生猜想是学生已有认知与现行认知相互碰撞产生的智慧火花，是宝贵的理论支撑点.

资料文献.

师：探究实验中出现多个影响因素，需要用到的实验方法是什么？

生：控制变量法.

师：统计出学生猜想较多的三个因素：排开液体的体积、液体的密度、浸没深度，为此，需要准备哪些实验器材？（如图3所示是对物体排开液体体积的解释.）

生：弹簧测力计、圆柱体A 、一杯水、一杯盐水.

师：（活动）协助学生进行分组探究实验并收集证据、发现规律、寻找影响浮力大小的因素.

生：学生进行分组实验.

推理论证.

师：实验过程及实验数据分别请两组代表来回答，如图4所示是最终确定的实验过程及实验数据，请同学们根据实验过程及实验数据归纳出实验结论.

生1：比较②③两次实验得出结论为：物体受到浮力大小与物体排开水的体积有关，如轮船越大，排开水体积越多，受到浮力就越大，即排水量越大.

生2：比较③④两次实验得出结论为：物体浸没时所受浮力大小与浸没深度无关，如浸没水中的大石块在下沉过程中受到浮力不变.

生3：比较④⑤两次实验得出结论为：物体受到浮力大小与液体密度有关，如人为什么能够漂浮在死海海面上;再如当鸡蛋在水中沉底后，向水中加适当盐后，鸡蛋会逐渐浮起来.

师：同学们总结得非常好，还有一些影响因素，如物体质量、物体形状、下沉速度等，可以仿照刚才探究实验的方法，课后自主探究浮力大小是否与这些因素有关，明天上课时和大家一起探讨结论.

师：根据刚才探究实验及实验数据能否归纳出浮力大小的影响因素？

生1：浸在液体中的物体受到的浮力大小与物体排开液体体积和液体密度有关，与浸没深度无关.

生2：物体排开液体体积越大、液体密度越大，物体受到的浮力越大.

师：同学们总结是对的，请将自主探究得到的结论写入笔记，即浸在液体中的物体，所受浮力的大小与其排开液体体积和液体密度有关.

教师巩固成果.

评价与应用：如图5所示，请同学们分析哪条鱼说的正确？为什么？

生：（小组讨论交流）大鱼说的对，大鱼与小鱼都在水中，水的密度相同，大鱼排开水的体积大，所以大鱼受到的浮力大.

设计意图：探究实验是提升学生核心素养的途径之一，科学解释是引领科学探究的基石，然而目前多数探究实验的进行只追求课堂气氛精彩纷呈，仅能培养学生盲目以知识为主的低阶能力、低阶探究、低阶思维，忽视除知识以外更重要的主体性高阶思维的发展、高层次认知水平以及综合解决问题的能力.

文中以浸没在水中的小木块与大石块为基础，抛出“哪个受到浮力大？”“影响浮力大小的因素有哪些”等问题，最后分组探究影响浮力大小的因素，由学生自主探究实验过程及实验数据分析得出实验结论.这需要学生在分组实验过程中探究解决问题的方法，及时评价与完善.这样的思维过程，既包含生成性思维，又体现批判性思维，科学解释贯穿整个科学探究始终;在推理论证得出实验结论后，为巩固探究成果，笔者请同学们参与讨论哪条鱼说的正确？为什么？强化科学解释在科学探究中的效果，进一步体现科学解释的主体性，促进学生反思、批判、创新等高级思维的发展，提升学生核心素养.

4 结束与归纳

回顾科学解释下PTDR框架的教学设计，主要存在以下三点心得体会：（1）要重视科学解释在科学探究中的重要作用，没有科学解释的科学探究是不完整的，不能实现真正意义上的科学探究;（2）要重视科学解释在科学探究中的存在形式、构成要素等基本信息，不能出现盲目地解释一些探究内容，这样只会导致科学探究偏离正轨，甚至背道而驰;（3）在进行科学探究教学中，千万不可为了科学解释而解释，也就是將科学解释模式固定化，并不是每一个科学探究中科学解释的模式都一成不变.教师要增强灵活进行科学解释的意识，而不是固化模式.

参考文献：

[1]童大振.基于科学解释的教学设计—以“牛顿第三定律”为例[J].中学物理，2020，38（23）：2-5.

[2]高嵩，洪正平，王其超.科学探究中的科学解释[J].山东师范大学学报（人文社会科学版），2009，54（06）：131-134.

[3]邢红军.中国基础教育课程改革：方向迷失的危险之旅[J].教育科学研究，2011（04）：5-21.

[4]李贵安，邓泓，周详，李文洁，杨文婷.中学物理教学中高阶思维能力的培养探究[J].物理教师，2015，36（08）：2-4+13.

[5]姜素华.巧用初中物理实验培养学生的科学思维品质[J].中学物理教学参考，2020，49（10）：2.

（收稿日期：2021-08-13）