實(shí)施差異教學(xué)，提升學(xué)生科學(xué)探究能力

游天下 柴世科 毛國(guó)永

[摘 要]通過(guò)“壓力作用效果的影響因素”的探究活動(dòng)來(lái)建構(gòu)“壓強(qiáng)”概念是一種有效途徑。教材中設(shè)置的“壓力作用效果的影響因素”探究活動(dòng)易于操作，能定性得出探究結(jié)論，而“壓強(qiáng)”是一個(gè)用比值來(lái)定義的物理量，僅以定性的結(jié)論引出不足以讓學(xué)生深刻理解。文章基于學(xué)生個(gè)體差異，細(xì)分能力培養(yǎng)目標(biāo)、探究?jī)?nèi)容、探究任務(wù)、探究評(píng)價(jià)，以分層分類探究模式進(jìn)行差異化指導(dǎo)，搭建“定性分析”與“定量分析”的思維橋梁，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

[關(guān)鍵詞]差異教學(xué);科學(xué)探究能力;壓強(qiáng)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.98? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2022）02-0093-03

《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對(duì)“壓強(qiáng)”課程內(nèi)容的要求是理解壓強(qiáng)的含義。比較不同版本教材，發(fā)現(xiàn)均是由“壓力作用效果的影響因素”的探究活動(dòng)來(lái)引出“壓強(qiáng)”概念的。對(duì)該探究活動(dòng)的處理直接影響學(xué)生對(duì)“壓強(qiáng)”概念的理解。華師大版初中科學(xué)教材設(shè)置了兩個(gè)探究活動(dòng)（如圖1和圖2），浙教版初中科學(xué)教材設(shè)置了1個(gè)探究活動(dòng)（如圖3）。

兩個(gè)版本教材設(shè)置的探究活動(dòng)有以下共同點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)潔，注重控制變量法的運(yùn)用，易定性得出壓力作用效果的影響因素;探究實(shí)驗(yàn)器材單一，沒(méi)有量化，缺少思維引導(dǎo)。關(guān)于“壓強(qiáng)”概念的建立有多種主張，有人主張用比值定義法;有人主張用控制變量法;有人認(rèn)為兩者均可;有人認(rèn)為在探究壓力作用效果的影響因素時(shí)應(yīng)采用控制變量法，而在建立“壓強(qiáng)”概念時(shí)應(yīng)采用比值定義法;還有人認(rèn)為沒(méi)有必要采用控制變量法開(kāi)展“壓力作用效果的影響因素”探究活動(dòng)。對(duì)于此觀點(diǎn)，筆者并不贊同?！皦毫ψ饔眯Ч挠绊懸蛩亍碧骄炕顒?dòng)不僅應(yīng)該保留，而且更應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異進(jìn)行分層組織。筆者認(rèn)為，在引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展此探究活動(dòng)時(shí)，教師應(yīng)分層制訂能力培養(yǎng)目標(biāo)，指引學(xué)生進(jìn)行差異化探究，并實(shí)施差異化評(píng)價(jià)，幫助學(xué)生從不同的角度去理解壓力的作用效果，從而有效建立“壓強(qiáng)”概念，深刻理解“壓強(qiáng)”的本質(zhì)內(nèi)涵，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)探究能力的差異化發(fā)展。

一、制訂能力培養(yǎng)目標(biāo)，指引差異化探究

（一）總目標(biāo)

因?yàn)閷W(xué)生個(gè)體存在差異，所以他們的科學(xué)探究能力水平也相應(yīng)存在一定的差異。根據(jù)學(xué)生的科學(xué)探究能力水平，結(jié)合量化測(cè)試，將學(xué)生分為A（科學(xué)探究能力強(qiáng)）、B（科學(xué)探究能力中等）、C（科學(xué)探究能力弱）三個(gè)層次。針對(duì)不同層次的學(xué)生，分層制訂科學(xué)探究能力培養(yǎng)目標(biāo)，并指出重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的猜想能力，實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)能力，解釋、檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)的能力。

（二）差異化目標(biāo)

對(duì)于重點(diǎn)培養(yǎng)的科學(xué)探究能力，筆者制訂了差異化目標(biāo)。例如，對(duì)于猜想能力，要求C層次學(xué)生能在體驗(yàn)性活動(dòng)（如圖1）的基礎(chǔ)上針對(duì)一個(gè)影響因素提出猜想;要求B層次學(xué)生能在體驗(yàn)性活動(dòng)（如圖1）的基礎(chǔ)上針對(duì)兩個(gè)影響因素提出猜想;要求A層次學(xué)生能根據(jù)生活中有關(guān)壓力的現(xiàn)象，聯(lián)系力的作用效果對(duì)壓力作用效果的影響因素做出準(zhǔn)確的猜想，并陳述理由。對(duì)于實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)能力，要求C層次學(xué)生能根據(jù)教材中提供的實(shí)驗(yàn)器材運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)一套實(shí)驗(yàn)方案，探究其中一個(gè)因素（壓力大小或受力面積）對(duì)壓力作用效果的影響，并在A、B層次學(xué)生的幫助下能進(jìn)一步對(duì)另一個(gè)因素進(jìn)行探究;要求B層次學(xué)生能使用教材之外的實(shí)驗(yàn)器材運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)一套完整的實(shí)驗(yàn)方案，并能依照實(shí)驗(yàn)方案開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究;要求A層次學(xué)生能利用氣球等器材設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)方案，并能思考、比較在未控制變量的情況下壓力的作用效果如何，分析問(wèn)題本質(zhì)，搭建從控制變量到比值定義的思維橋梁。對(duì)于解釋、檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)的能力，要求C層次學(xué)生能在教師的幫助下對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確描述;要求B層次學(xué)生能相互評(píng)價(jià)多種實(shí)驗(yàn)方案的可行性，并通過(guò)同伴互助能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確描述;要求A層次學(xué)生能夠評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)的新發(fā)現(xiàn)，反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程?？傊處煈?yīng)制訂好各項(xiàng)科學(xué)探究能力的差異化培養(yǎng)目標(biāo)，以更好地引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展差異化探究。

二、設(shè)計(jì)差異化探究，理解“壓強(qiáng)”概念

（一）器材準(zhǔn)備

為了更好地開(kāi)放實(shí)驗(yàn)過(guò)程，筆者為學(xué)生準(zhǔn)備了多種可選擇的實(shí)驗(yàn)器材：一個(gè)礦泉水瓶、一個(gè)完整的易拉罐、一個(gè)去底的易拉罐、適量的水、一個(gè)玻璃器皿、一根橡皮筋、一張白紙、一個(gè)尖腳的正方形小木凳、一塊海綿、一盒鉤碼、兩個(gè)長(zhǎng)方體大鐵塊、四個(gè)相同的長(zhǎng)方體小鐵塊、一盒圖釘、一張硬紙板、五個(gè)氣球、一支小型充氣筒、一把刻度尺。

（二）基礎(chǔ)性探究

本課設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性探究主要是讓學(xué)生利用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)器材探究壓力作用效果的影響因素。通過(guò)基礎(chǔ)性探究，學(xué)生體會(huì)到了控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用價(jià)值，提升了自身的科學(xué)探究能力。例如，在基礎(chǔ)性探究中，A層次學(xué)生很容易就能對(duì)壓力作用效果的影響因素做出準(zhǔn)確的猜想，甚至還想到了受壓物體表面材料對(duì)壓力作用效果的影響。而B(niǎo)、C層次學(xué)生借助圖1的體驗(yàn)性活動(dòng)和結(jié)合生活經(jīng)歷，也能提出“壓力”“受力面積”影響壓力作用效果的猜想。學(xué)生的猜想能力得到了很好的培養(yǎng)。在探究前，讓C層次學(xué)生結(jié)合教材實(shí)驗(yàn)插圖對(duì)探究過(guò)程進(jìn)行描述，提示他們注意對(duì)變量的控制，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄恳庾R(shí)。在探究過(guò)程中，讓C層次學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究方案，并依照方案完成實(shí)驗(yàn)探究，其間讓A、B層次學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行觀察并提供幫助，使C層次學(xué)生能夠順利完成對(duì)兩個(gè)影響因素的探究。對(duì)于B層次學(xué)生，則讓他們利用礦泉水瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如往礦泉水瓶中裝不等量的水，然后把礦泉水瓶正放在同一塊海綿上，觀察海綿的凹陷程度，以此研究壓力對(duì)壓力作用效果的影響;將裝有部分水的礦泉水瓶分別正放、倒放在同一塊海綿上，觀察海綿的凹陷程度，以此研究受力面積對(duì)壓力作用效果的影響。A層次學(xué)生能想到利用易拉罐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，他們先將完好的易拉罐和去底的易拉罐分別正放在平整的細(xì)沙上，然后在兩個(gè)易拉罐的頂部放上等質(zhì)量的鉤碼，比較易拉罐在細(xì)沙中的下陷程度，而后增加去底易拉罐頂部的鉤碼質(zhì)量，再比較去底易拉罐在細(xì)沙中的下陷程度與所放鉤碼質(zhì)量的關(guān)系。除此之外，還可以鼓勵(lì)學(xué)生利用四個(gè)長(zhǎng)方體小鐵塊來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主要是改變它們?cè)谕粔K海綿上的放置方式（如圖4）。選擇不同的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，難易程度不同，可讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)能力得到有效提升。在交流評(píng)議階段，以組間評(píng)議的形式，把對(duì)應(yīng)難度的基礎(chǔ)性探究留給相應(yīng)層次的學(xué)生進(jìn)行交流闡述，提升學(xué)生的解釋、檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)的能力。這樣，通過(guò)猜想引導(dǎo)、活動(dòng)分層、評(píng)價(jià)分層，深化了學(xué)生對(duì)壓力作用效果影響因素的認(rèn)識(shí)，也提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

（三）深度探究

在基礎(chǔ)性探究中，學(xué)生對(duì)壓力作用效果的影響因素已有清晰的認(rèn)識(shí)，為了深化學(xué)生的理解，活躍課堂氣氛，筆者引導(dǎo)學(xué)生利用提供的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行深度探究。先提出探究問(wèn)題：氣球扎到釘子容易破裂，這是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，那么能否讓氣球置于圖釘尖上，再在氣球上放上科學(xué)課本，而氣球也不破呢？這種認(rèn)知上的沖突，讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究具有一定的挑戰(zhàn)性。在基礎(chǔ)性探究中，對(duì)于“受力面積”這一影響因素，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)更多的是一種定向的選擇，所以較容易想到如何改變受力面積。而深度探究把任務(wù)聚焦于如何想到改變受力面積以及如何改變受力面積，從理解到應(yīng)用，要求更高，難度更大。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，觀察A、B、C三層次學(xué)生的思維表現(xiàn)，重在發(fā)展A層次學(xué)生的實(shí)驗(yàn)及設(shè)計(jì)能力。若發(fā)現(xiàn)學(xué)生遇到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)瓶頸，可降低探究難度，實(shí)施差異化指導(dǎo)，如引導(dǎo)其關(guān)注在壓力一定時(shí)改變受力面積可改變壓力的作用效果。待實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案達(dá)成共識(shí)后，可請(qǐng)部分學(xué)生上臺(tái)演示實(shí)驗(yàn)。這樣，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中就有滿滿的成就感，其解釋、檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)的能力也相應(yīng)得到了提升。

經(jīng)過(guò)上述的探究，學(xué)生對(duì)壓力作用效果的影響因素的認(rèn)識(shí)更加清晰、深刻，這對(duì)“壓強(qiáng)”概念的建構(gòu)是極為有利的。對(duì)此，筆者繼續(xù)提出探究問(wèn)題：“如果在同一塊海綿上分別立放小鐵塊和平放大鐵塊，海綿的凹陷程度會(huì)怎么樣？”B、C層次學(xué)生大多數(shù)不會(huì)比較，理由是沒(méi)有控制好變量。A層次學(xué)生能做出正確的判斷，但不能說(shuō)出個(gè)所以然。對(duì)此，筆者讓每一小組中的C層次學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，以此提高C層次學(xué)生的探究參與度。嘗試讓B、C層次學(xué)生分析本質(zhì)問(wèn)題：兩鐵塊壓力不同、受力面積也不同，沒(méi)有控制好變量，能否從中尋找相同的要素進(jìn)行比較？海綿每一單位受力面積上產(chǎn)生的形變實(shí)則反映了鐵塊對(duì)其壓力的整體作用效果。因此，可從中進(jìn)行求同比較，即比較單位面積的形變程度;再進(jìn)行求異分析，即海綿的形變程度不同是因?yàn)閱挝皇芰γ娣e上所受的壓力不同。取單位受力面積分析，因?yàn)樾¤F塊更高，所以它對(duì)單位面積的海綿壓力更大，因此小鐵塊對(duì)海綿的壓力作用效果更明顯。可見(jiàn)，要比較壓力的作用效果可以比較其單位面積所受到的壓力。

那么上述的定性分析能否轉(zhuǎn)換成定量分析呢？指導(dǎo)學(xué)生在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行定量分析。例如，A、B層次學(xué)生在圖4實(shí)驗(yàn)中用刻度尺測(cè)量甲、丙在同一塊海綿上的凹陷深度，比較海綿凹陷深度是否與壓力大小成正比。鑒于材料本身的特性，該實(shí)驗(yàn)雖難以定量完成，但經(jīng)歷這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，親歷這樣的探究過(guò)程，學(xué)生無(wú)疑對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)更清晰，對(duì)“壓強(qiáng)”概念的理解更深刻。

三、實(shí)施差異化評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)差異化發(fā)展

（一）自選化評(píng)價(jià)

自選化評(píng)價(jià)，即允許學(xué)生用自己擅長(zhǎng)的方式表達(dá)探究結(jié)果、完成探究任務(wù)，以激發(fā)學(xué)生的探究興趣。本課的自選化評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括探究方法的選擇，探究的注意事項(xiàng)，探究步驟、現(xiàn)象、結(jié)論的表述，其中表述的方式可多樣化。如允許學(xué)生用語(yǔ)言表述探究方案和探究結(jié)論，其間重在觀察其是否注意到對(duì)控制變量法的運(yùn)用;允許學(xué)生用簡(jiǎn)圖表達(dá)探究方案設(shè)計(jì)，關(guān)注其簡(jiǎn)圖是否科學(xué)簡(jiǎn)潔;鼓勵(lì)學(xué)生選擇性地評(píng)價(jià)同伴的實(shí)驗(yàn)方案的可行性，能將科學(xué)方法、注意事項(xiàng)融入各個(gè)實(shí)驗(yàn)方案中。

（二）自省化評(píng)價(jià)

自省化評(píng)價(jià)，即在探究活動(dòng)告一段落后，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)反思的方式，評(píng)價(jià)探究結(jié)果以及自己在整個(gè)探究活動(dòng)中的表現(xiàn)，從而促進(jìn)學(xué)生得到最大限度的發(fā)展。本課的自省化評(píng)價(jià)的內(nèi)容主要是對(duì)探究活動(dòng)的反思。C層次學(xué)生重在反思通過(guò)探究所得到的收獲，A、B層次學(xué)生重在反思探究方案的可行性和局限性。如C層次學(xué)生評(píng)價(jià)自己在探究活動(dòng)中的表現(xiàn)，在哪些環(huán)節(jié)通過(guò)積極參與、積極思考有新的收獲，對(duì)壓力作用效果和壓強(qiáng)有什么新的認(rèn)識(shí)。A、B層次學(xué)生在上述探究之后有了這樣的反思：（1）上述用刻度尺測(cè)量的定量實(shí)驗(yàn)為什么沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果？因?yàn)椴牧媳旧淼奶匦?，海綿的形變與所受壓力不成正比例關(guān)系，這正是刻度尺測(cè)量的定量實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到預(yù)期效果的原因。（2）如果選擇桌面作為受力物體，適合探究嗎？為什么？雖然桌面不適合用于探究“壓力作用效果的影響因素”，但是桌面承受的壓強(qiáng)依然存在，結(jié)合對(duì)單位受力面積的分析，可讓學(xué)生更好地區(qū)分壓力作用效果與壓強(qiáng)的關(guān)系，深刻理解壓強(qiáng)概念。

基于學(xué)生的個(gè)體差異，通過(guò)“壓力作用效果的影響因素”的探究活動(dòng)來(lái)建構(gòu)“壓強(qiáng)”概念是一種有效途徑?！皦簭?qiáng)”雖不等同于“壓力作用效果”，但在探究中根據(jù)目標(biāo)的差異化，選擇差異化探究?jī)?nèi)容是符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的。教師進(jìn)行差異化教學(xué)設(shè)計(jì)，由基礎(chǔ)性探究到深度探究，將壓力作用效果合理地過(guò)渡至壓強(qiáng)概念，以此突破壓強(qiáng)概念建構(gòu)的難點(diǎn)。該探究活動(dòng)的開(kāi)展符合差異教學(xué)理論的觀點(diǎn)：從個(gè)體差異出發(fā)，開(kāi)展有差異的教學(xué)，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生差異化發(fā)展，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]? 袁運(yùn)開(kāi).義務(wù)教育教科書(shū)·科學(xué)：八年級(jí)上冊(cè)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017：37-38.

[3]? 朱清時(shí).義務(wù)教育教科書(shū)·科學(xué)：八年級(jí)上冊(cè)[M].杭州：浙江教育出版社，2013：117-118.

[4]? 鄭淵方.壓強(qiáng)概念的辨析與教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教師，2014（12）：32-34.

[5]? 毛國(guó)永. 開(kāi)放過(guò)程，實(shí)施差異教學(xué)：以《阿基米德原理》一課為例[J].中學(xué)教學(xué)參考，2014（8）：119-120.

（責(zé)任編輯 黃春香）

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