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基于实验建构问题，培养学生实验思维能力
镇江实验学校魅力之城分校 212005 栗海深
【摘要】学起于思，思源于疑，疑解于问[2]，问题是科学研究的出发点，是开启任何一门科学的钥匙，初中物理新课标特别强调问题意识的形成和培养，即让问题成为学生感知和思维的对象。当前新课程改革特别注重探究式的教学方法在教学中的运用，而探究式教学过程就是暴露学生学习的各种疑问、困难、障碍和矛盾的过程，又是发掘培养学生的智力、独立个性、创新能力的过程，可见问题是探究教学之本，思维之源，没有问题就没有思维，没有创新。因此在物理教学中注重问题对探究式教学的引领作用尤为重要。
【关键词】 问题 探究式教学 实验
新课程改革已经实施多年，广大初中物理教师对于新课改观点非常认同，尤其是对新课程标准中关于“重视科学探究式教学”的要求，表示赞同。然而绝大多数课堂教学却是“涛声依旧”。究其原因是很多老师在教学中不重视问题设计对探究式教学的引领作用。
在教学中经常见到这样的情况：不同的老师上相同内容（甚至同一个知识点）的课，往往会有截然不同的教学效果。他们之间的差距主要发生在什么地方呢？
图1
例如“超重和失重”[1]的教学，可用图1所示的器材（粗糙的横杆上搁放两块异名极相对的环形磁铁），通过实验
演示来加深对所学知识的理解。然而，即使用同
样的器材、做同一个实验，不同的教师却是教法各异：
师1：演示实验：手持横杆使磁铁由静止开始向下运动，问学生观察到了什么现象（磁铁吸拢），并解释所见现象。
师2：先演示：使磁铁由静止开始向下运动，让学生观察并解释所见的现象；再演示：让磁铁由静止开始向上运动，仍见磁铁吸拢（学生大感意外），启发学生分析并解释所见的“反常”现象。
师3：先提问题：当磁铁由静止开始向下运动，会发生什么现象？让学生在思考的基础上作出预测，而后演示实验，要求学生观察并分析实验现象；接着再提问题：若磁铁向上运动呢？……
比较这三位老师的教学，可以看出，师2要比师1好，因为他对实验的开发更为充分，通过变式实验使学生对超失重现象的认识更加深入。而师3的教学又与师1、师2不同，他是从提出问题、学生预测入手，这样更能引起学生的认知冲突，激发他们的思维活动，因而教学效果也就更好。
如果把师1、2的实验演示策略归结为“演示→观察→解释”，那么师3的策略就是“预测→观察→解释”[1]。粗看起来两者似乎大同小异，但却有着内在的实质差异。这是因为，教师所以采用不同的策略和教法，是基于他们对一些关键问题的不同理解与判断。
从上例我们看出教师3采用的策略“预测→观察→解释”[1]是贴合探究式教学的策略，其中“预测的环节”恰恰体现了课堂教学中教师通过问题的提出，来引领学生的思维，达到探究式教学的目的这个过程。因此教师在课堂教学中，注重培养学生的问题意识，适时、合理地创设问题情境，营造一种现实而富有吸引力的学习氛围，激发思维活力，使学生处于“心欲求而未得，口欲言而不能” [2]的状态，引导学生在教师创设的问题情境中不断进行探索活动，使知识更好地被学生接受、内化，那么如何有效实施探究式教学呢？本文以《压强》一节为例做如下设计。
一、创设情境，产生冲突，引入新课
在“压强”的教学中，我设计了一个有趣的活动来引入新课。先让一名学生用钉尖去戳一个气球，轻轻一碰气球就爆掉了。然后提出问题。
(b)
(a)

问题1 “ 有没有一种可能，用很多钉子去戳气球，而气球没有爆掉？”
学生都觉得用一个钉子都能把气球戳爆掉，很多钉子去戳气球怎么可能不被戳破呢？接下来我和学生一起做一个实验，取一个事先准备好的钉板，将气球放在钉子上，气球上方盖一块平木板，先让学生预测如果在木板上放一个质量足够大的铁块，气球会爆掉吗？接着将大铁块放在木板上，结果学生观察到气球没有爆掉。这有点出乎他们的意料！接着，我又在木板上增加了两个铁块，气球变得更扁，但是还是没有爆掉。这下学生更惊讶了，都觉得不可思议！这个实验通过事先预设的问题，又结合实验一下就引起了学生的学习兴趣和认知冲突，认知冲突差异越大，学生就越迫切的想知道为什么气球没有被压破的奥秘？我告诉学生学习了“压强”知识以后，你就能解开其中的奥秘！
二、发现问题，启发思考，进入新课
在“压力”的教学中，我设计了一个演示实验。
（1）将等高的垫块支在薄板的两端，再把木块放在板的中央，观察薄板的形变方向，如图（a）所示；
（2）将薄板的一端抬高，如图（b）所示，观察薄板的形变方向，

问题2“ 通过实验，你能说出木块对薄板压力的方向的特点吗？”
问题3“ 压力的大小和重力的大小相等吗？”
对于“压力”，学生容易走进两个误区。第一个误区：压力的方向总是竖直向下的，第二个误区：压力的大小总是与重力大小相等的。我通过设计这个实验，从实验中提出问题，引导学生自己总结压力的方向。
学生1：“通过（a），（b）的对比很容易回答问题1,压力的方向是垂直于受压物体表面的，而不是总是竖直向下的。”
学生2：因为（a）,(b)中薄板形变程度不一样，可知（a）中薄板受的压力大于（b）中薄板受到的压力，从而可知压力的大小不总是与重力大小相等的。
在“探究压力作用的效果”的教学中，依据课本上提供的小活动：
观察：一手平压气球，另一只手的食指顶住气球，观察比较气球两边受力形变的情况；再改变用力大小，观察比较同一边前后形变的情况。
体验：用两手的食指分别压住铅笔或水笔的平端和尖端，体会两手指的感觉有何不同；改变压力大小，比较感觉有什么变化。

问题4：“ 压力的作用效果与什么因素有关呢？”
学生3：压力的作用效果可能与压力大小和受力面积有关
演示“手压气球”实验，从视觉的角度引起学生认知。学生活动“指压笔”，从触觉的角度进一步引起认知。笔者在两个活动体验的基础上，进一步提出问题，鼓励学生说出猜想依据。从而完成自主探究的第一步：发现问题。
三、深化问题，自主探究，突出重点
在“探究影响压力作用的效果的因素”的分组实验教学中，首先向学生提出问题，引起学生的思考
问题5：如何检验我们的猜想是否正确？
任务驱动：利用器材（瓶、细沙、压力小桌、海绵、木板、水、钩码），探究压力作用效果与哪些因素有关。

问题串6：如何呈现压力的作用效果？
如何在实验中改变两个因素？
学生4：观察小桌的在沙中下陷的深度或在海绵中下陷的深度
学生5：用控制变量法
（1） 不改变受力面积的前提下，增加钩码的数目，从而增加压力的大小
（2） 不改变压力的前提下，将小桌翻转过来，改变其受力面积
该实验有一定的开放度，由于学生已具备一定的实验技能，故可以放手让学生以小组协作学习展开实验。以小组为单位，在我提出的问题串6的引导下，先让学生讨论活动方案，然后进行学生实验，学生实验后，得出结论，并将实验过程进行汇总。
学生6：压力的作用效果与压力的大小和受力面积有关，当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显；当压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。
四、升华问题，建构概念，突破难点
在建构压强概念的教学中，我是这样设计的请出两个同学（体胖的学生脚大，体瘦的学生脚小）站在地面上，
问题7：哪个学生对地面的压力作用效果更明显？
利用情境再现，“制造”障碍，促进学生自主产生进一步学习的愿望。通过问题引发学生思考，产生认识矛盾。这个过程给学生一定的时间相互讨论，尝试用实验结论进行分析。为的是让学生能够发现通过形变来判断压力的作用效果是有一定局限的。
问题串8：
①能否通过现象观察进行比较？
②根据压力的大小能否进行比较？
③是否有方法来进行比较呢？
方法引导：类比速度、密度概念的建立，此引入压强表示比较压力作用的物理量。
在学生自主思考的基础上，通过师生对话，由浅入深进行思考。
学生7：可以取相同面积比较压力大小”
学生8：可以取相同压力比较受力面积大小”
对学生好的想法给予表扬，从而激励学生继续学习的积极性和主动性。在学生自学教材的基础上，学生汇报学习所得，教师作适当点拨，整理压强概念的相关内容。
五、交流问题，结合实际，拓展应用
问题9：一辆坦克的质量为20t，每条履带与水平地面的接触面积为2m2，求该坦克行使时对地面的压强。
参考答案
解：由F=G=mg=2×104kg×10N/kg=2×105N
S=2×2m2

答：该坦克行使时对地面的压强为
学生自主计算，后投影学生的解题过程。对结果进行讨论，针对学生还缺乏“帕”大小的心理形象，用事例来进行意义建构，感受帕斯卡是一个很小的单位。
问题10：如何比较班级里哪个同学的压强最大？人体站立时对地面的压强有多大？
学生讨论的基础上，交流设计方案，教师设计问题，引导学生完善方案。
问题串11： ①实验测量依据是什么？
②如何测量人对地面的压力？（学生：体重计）
③如何估测地面的受力面积？（学生：方格纸）

学生进行实际测量。部分学生汇报测量结果，进行比较。通过对实验的反思，提升压强知识的应用，增加对压强概念的理解和运用。
问题11：人在陷入淤泥时，应该如何自救？
观察图片，鼓励思考。开展生命教育。为下节内容课作铺垫
新课程改革的理念“告诫”我们，灌输式的教学必定是失败的，不能适应当今社会。学生的大脑不再是我们填充知识的容器，而是一支需要我们点燃的明灯，“问题”就是能点燃这盏明灯的火柴。在提倡探究式教学的大背景下，我们教师的任务就是将“知识问题化，问题情境化”为学生创造有认知冲突的问题情境，让学生在探究式教学的物理课堂中真正有一个“自己”思考问题的过程，真正拥有一片属于自己的蓝天白云。
【参考文献】
[1]吴加澍.中学物理教师的学科教学知识[J].物理教学，2012,(12).
[2]薄祥中.让问题之花在物理课堂绽放[J].中学物理，2012，（5）
[3]义务教育物理课程标准（2011年版）
[4]胡世月.如何利用身边资源开发趣味物理实验[J].实验教学与仪器2012（12）

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