拓展情境类探究题的分析与教学启示

黄首仁

摘   要：通过对近年中考情境探究题的分析，把握题型特点与命题意图。进而从点线面体视角，努力帮助学生体验真情境、经历真探究，以构建学生的物理实验能力与科学探究思维体系。从实操训练、突出主线、单元整合、专题实验、情境化探究等五个方面提出教学建议。

关键词：情境类探究;分析;教学启示

实验探究教学是物理课标规定的重要内容，是培养创新人才的重要途径。如何在平时的教学中，真正意义上培养学生的科学探究能力，如何在纸笔测试中有效考查学生的科学探究能力，是科学科教师在命题过程中不断探索的一个问题。较为理想的题目类型应类似于PISA测试中的试题，它们基于生活、社会、环境、科学活动中的真实情境，设置综合度极高的开放性或半开放性问题，让学生在解答问题的过程中实现对学生多方面能力的测试考察。这类题型固然特别有利于考查学生的综合、分析、科学探究等多方面能力，但在实际的命题活动中，往往易受命题环境、评卷要求、舆论评价等条件的限制，导致其很少出现在往年中考的试卷中。而在近些年物理中考中，拓展情境类探究题，逐渐成为考查科学探究能力的主打题型。所谓拓展情境类探究题，就是基于原有的实验，拓展情境，或是生成新的问题，进行设问，考查学生的科学探究的高阶思维能力的试题，以区分不同探究能力层次的学生。拓展情境类探究题特别有利于落实德智体美劳全面发展，特别有利于实现对学生进行基于情境、问题导向、深度思维的考查，特别有利于设置探究性、开放性、综合性的问题。

2021年福建中考的29题，该题内容源于教材，其命题设计却高于教材。题目用两节干电池、两个开关、一个电压表、一只阻值为20 Ω的定值电阻R0，导线若干，测量未知电阻Rx的阻值，提供电路实物图。（1）用笔画线代替导线將电压表接在R0两端。（2）正确连接电路，闭合开关S1和S。问电压表的读数。该题以测量未知电阻实验为背景情境，先是让学生连接电路、进行电压表读数，考查电学实验的基本技能。这一情境对于初中毕业生已经不再是真情境了，因此命题者为了能够达到预期的测试效果，进行情境拓展。（3）断开S1，闭合S，电压表示数为1.4 V，求Rx的值。这就要求考生通过电路图中的开关控制，设置多情境变换，由单一电阻变换到两电阻串联的电路转换。要求学生自主建构未知电阻的测量模型，不仅要能够正确识别电路，还有明确两次电路电压表的测量对象的变化，根据设计原理计算出正确的结果。进而实现对学生的电路的分析能力、电学规律的综合运用、测未知电阻多种方法的识别与迁移能力等高阶能力的测试考查。最后再创新情境。（4）若没有电压表，只有一个电流表，其余元件不变，设计并在方框内画出测量Rx，阻值的电路图（要求电路连接后不能再拆接）。只提供电流表，不增加器材，画出测量未知电阻的电路图，进行开放性设置。对学生在电学科学探究中涉及到的基本技能、电学实验模型的建构、电路的分析与设计，综合应用等多方面能力，提出了更高的要求。让学生经历新的物理情境，真正意义上区分出不同科学探究能力层次的学生。学生要解答这类题目，不仅要具备直感的显意识，还要拓展到灵感的潜意识。

在初中物理教学中，要让学生在物理科学探究方面能够有一个思维的飞跃，实现由物理情境的直观感知，到科学探究模型的建构，再到探究思维的应用，达成问题的解决。在初中的整个教学阶段，要对学生的科学探究能力的培养做出精细化的设计，从点线面体搭建学生的物理科学探究的思维体系。

1  实操训练，实验技能规范化

在平时的教学中，要把仪器的规范操作、实验方法的准确应用、探究思维要素的建立等一系列的基本点落实到位。实验仪器的规范操作，直接影响学生的实验素养。生活中如何准确地进行各种测量;面对新器械、新设备，能否通过仪器说明书的学习，明确规范的操作流程后，再进行实验。任何仪器的学习使用，对于初学者来说，都是一个真情境，因此贵在抓好起始。首先要让学生在思想意识上重视起来。要让学生意识到，我们做得是科学实验，贵在规范严谨。经历得是科学探究，科学实验与科学探究意在探索事实真相。引导学生比较“做实验”与“玩玩具”，在目的、操作、意义上的不同。让学生意识到做实验是有目的、必须规范严谨操作的、要通过推理形成结论的。在第一次的长度测量时，就要引导学生比较与小学所学长度测量的不同。如果要进行精准测量，应该怎样规范操作才能实现呢？在学习天平使用时，要培养学生意识到，精密仪器使用时，务必要先明确如何正确使用再操作。新课教学过程，要由浅入深地引导学生学会速度、密度、电阻等物理量常规测量的实验原理、根据目的设计探究方案、根据需要选择器材、确定方法进行实验等基本流程。这是科学探究体系建成的基本元件与核心要素。就像电学实验的核心要素，电路的设计与连接，电流表、电压表、滑动变阻器的规范使用，肯定要贯穿整个电学实验的始终。还要强调的是，要让学生在每一次的实验过程中，都要规范操作，及时反思，反复训练，逐步形成规范操作的习惯。在课堂教学反思时，不仅要引导学生反思探究成果与收获，还要引导学生从实验操作的视角，反思不足。

2  突出主线，探究能力程序化

抓好科学实验与科学探究两条主线。关于科学实验，让学生认识实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、实验记录、实验分析与结论，实验评估与论证等，实验过程科学规范的基本环节。对于一些探究性不强的实验，比如：测量固体密度、连接简单的串联电路和并联电路等，应该从实验角度作出精细化设计，要让学生固化科学实验的基本流程，形成科学探究的逻辑思维。关于科学探究，让学生体验提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验并收集证据、分析论证、交流与合作、评估等科学探究基本过程。各类教材的设置，更多的是探究性强的实验，教学的时候要充分利用好。以沪科版教材为例，要深刻领悟教材对科学探究环节的依次进阶、逐级深化的安排顺序。比如在摩擦力大小影响因素的探究中，就突出猜想与假设环节，速度测量突出进行实验与收集证据环节。在这些环节的教学中，要将科学探究的基本环节与基本流程精准落实到位。每一次探究环节的呈现，对学生来说都是一个真情境，一定要利用好。探究物质吸热多少与哪些因素有关的实验探究，就引导学生经历科学探究的全过程，务必突出对学生科学探究的思维逻辑完整过程的建构，同时还要注意两条线互相交织，齐头并进，实现实验与探究的有机融合，帮助学生由点到面，逐步深入地建构科学探究的逻辑思维过程。

3  单元整合，模块实验模型化

物理的各个模块都存在着共性特点，因此单元整合构建力、热、光、电等模块的基本实验操作的知识体系，特别有利于各个模块实验探究模型的建构。整合模块关键在求同存异，搭建模块实验模型。在电学模块的八个实验中，基本实验技能达成的实验探究有串并联电路连接、电流表、电压表、滑动变阻器使用等四个实验 ;探究基本规律的有探究串并联电路中电流、电压的两个实验;探究物理量影响因素的有电阻、电流、电热的影响因素探究的三个实验;测量电阻、电功率的两个测定性实验，涵盖基本实验的全部类型。电路连接、基本仪器的使用、电学实验的基本流程贯穿所有实验的始终，不同电表的使用，两类的探究，两次的测量既有共性，又各有千秋。要通过单元整合，通过求同存异，列表对比等方法，建构电学实验的基本模型，区分不同类型实验的实验目的、设计方案与数据的处理方式等，不断内化学生的科学实验的基本技能与科学探究的核心素养。

4  实验专题，探究思维立体化

专題实验有利于学生综合应用知识的能力、有利于科研思维和创新能力的培养，有利于突破实验与探究的重难点，能让学生在潜移默化中走上科研道路。专题突破重在选题定标，内化实验与探究的核心素养，专题的确定就成为了关键。一是要选择高频考点，围绕同一专题进行多角度设计，比如：密度的常规测量与拓展、未知电阻阻值测量的方法与拓展等;二是要针对思维节点，突出主题关联实验，比如：电路分析与电路故障判断、吸热多少的几种体现方式、图像信息中的比较与获取（突出起点、终点与交叉点）等;三是突出高阶的实验素养，避繁就简提炼共性，比如：实验设计、符号表达式类、综合度较高的探究等进行设置。通过这些专题的设置与教学，有利于提高学生探究问题、解决问题的能力。通过不同实验的碰撞与融合，提高实验的识别度，内化实验的高阶素养的达成，实现“书读百遍其义自见”的功效。

5  问题导向，实验探究情境化

针对有价值的问题，进行科学探究，形成建设性的结论，并得以应用，这才是科学探究教学的最终目标。因此，在科学探究课堂的教学中，要植根于真的问题情境，力求拓展提升，实现科学探究能力的达成与升华。情境素材最好取自学生学习生活的实际，增强情境创设的真实性、典型性和适切性。努力挖掘与德智体美劳有关的实验情境素材，设置材料密度、种子密度的测量等。将传统实验教学与科技前沿知识和最新技术成果有机融合，比如以应用场景中的智能化设计为背景探究串并联电路的特点。特别是在物理学习的中后期，设置几次全新情境的物理探究，提出有探究意义的问题，开放物理实验室，让学生仿真经历科学探究的全过程，体验真正意义上的科学探究，激发学生的探究欲望，实现学生科学探究能力的质的飞跃。比如：校门口经过车辆平均速度的测量;有缝与无缝乒乓球弹性的探究;探究不同型号雨伞或贴膜对紫外线阻挡效果的影响等。通过新情境问题的探究，体验真实意义的科学探究过程，搭建学生立体化的科学探究思维体系，提高学生的实践应用能力，让学生适应拓展情境类探究问题的解答。核心素养的培养必然是在学生面对较为复杂的问题时，调动高阶思维解决问题的过程中，像学术研究一样进行有意义、有目的的探究，并能把获得的知识和经验有效迁移应用到解决实际生活问题中去。

科学探究教学，务必以秉持为学生的终身发展奠定基础为宗旨，从点线面体的角度进行知识架构。以帮助学生从科学探究的角度认识自然、理解自然，建构关于科学探究的图景，引导学生经历科学探究过程体验科学研究方法，养成科学思维习惯增强创新意识和实践能力。以认识科学的本质，关注科学、技术、社会、环境（STSE）与学科的发展，形成科学态度、科学世界观和正确价值观为目标。科学探究教学，将会拥有一个高阶的视角，将学生引入更高的境界，借真情境做真探究。