基于科學(xué)解釋下PTDR框架的教學(xué)設計

摘 要：對新課程標準中科學(xué)探究的理解不僅是其中七個(gè)基本要素，更重要的是設置問(wèn)題、提供證據、科學(xué)解釋、交流評價(jià)等環(huán)節，其中科學(xué)解釋貫穿整個(gè)科學(xué)探究全過(guò)程，缺少科學(xué)解釋的科學(xué)探究是不完整的.為此，本文以科學(xué)解釋下PTDR框架為基礎，談“探究浮力大小的影響因素”的教學(xué)設計.

關(guān)鍵詞：科學(xué)解釋;PTDR框架;教學(xué)設計

中圖分類(lèi)號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）24-0039-03

作者簡(jiǎn)介：孔凡玲（1971-），女，山東德州人，本科，中學(xué)高級教師，研究方向：初中物理教學(xué)研究.

在初中物理教學(xué)中，特別關(guān)注多樣化教學(xué)方式，注重科學(xué)探究在實(shí)驗教學(xué)中的作用，對科學(xué)探究的理解不僅是其中七個(gè)基本要素，更重要的是設置問(wèn)題、提供證據、科學(xué)解釋、交流評價(jià)等環(huán)節，其中科學(xué)解釋貫穿整個(gè)科學(xué)探究全過(guò)程，是科學(xué)探究的核心部分，進(jìn)一步說(shuō)，整個(gè)科學(xué)探究全過(guò)程圍繞科學(xué)解釋進(jìn)行活動(dòng)，缺少科學(xué)解釋參與的科學(xué)探究是不完整的.

科學(xué)探究中的科學(xué)解釋主要應用于科學(xué)教育范疇，國外最具代表性的研究成果是CER框架（即論斷Claim—證據Evidence—推理Reasoning），國內研究也在逐步推進(jìn)，如國內極具代表性學(xué)者姚建欣在CER框架研究基礎上提出科學(xué)解釋下的PTDR框架，即需解釋現象（Phenomenon）—理論支撐（Theory）—資料文獻（Data）—推理論證（Reasoning）.筆者在PTDR框架基礎上展開(kāi)科學(xué)探究下的科學(xué)解釋?zhuān)源藱z驗科學(xué)解釋下PTDR框架在科學(xué)探究中的實(shí)踐效果，從而為初中物理教學(xué)提供新范式.本文以科學(xué)解釋下PTDR框架為基礎，談“探究浮力大小的影響因素”的教學(xué)設計.

1 科學(xué)解釋PTDR框架的教學(xué)現狀

當前在對學(xué)生科學(xué)解釋能力培養現狀上出現如下問(wèn)題，在傳統物理課堂教學(xué)中，教師既不會(huì )事先說(shuō)明科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的作用，更不會(huì )有意識地培養學(xué)生科學(xué)解釋能力，因此科學(xué)解釋能力完全依靠學(xué)生在學(xué)習過(guò)程中自學(xué)自悟，這將導致教師教學(xué)效果不顯著(zhù)，學(xué)生學(xué)習成果參差不齊.具體表現在以下幾點(diǎn).

1.1 忽視學(xué)生已有認知水平

教師在進(jìn)行科學(xué)探究時(shí)需要進(jìn)行情境設置，這需要根據探究?jì)热菁霸O計思想對教學(xué)內容進(jìn)行科學(xué)化處理，需要注意的是學(xué)生在學(xué)習新內容時(shí)通常已經(jīng)具備與此相關(guān)的前概念，既有錯誤前概念也有正確前概念.這就需要學(xué)生充分利用已有前概念，主動(dòng)與新內容建立聯(lián)系，這種聯(lián)系或是正向刺激，或是逆向沖突，都需要學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行思維重整、知識重構，教師從中引導，而非批量輸出.然而在現行教學(xué)中部分教師會(huì )大費周折地主動(dòng)承擔這部分工作，替代學(xué)生的思考主體地位，這樣于學(xué)生而言味同嚼蠟.

1.2 忽視科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的核心地位

物理是一門(mén)以實(shí)驗為基礎的學(xué)科，科學(xué)探究貫穿整個(gè)物理教學(xué)始終.正因如此，部分教師在物理教學(xué)中采用“轟炸式實(shí)驗教學(xué)法”，這種教學(xué)形式看似引人注目，實(shí)則缺乏邏輯，只是將有關(guān)科學(xué)探究?jì)热莸膶?shí)驗機械式疊加，未對實(shí)驗進(jìn)行系統的科學(xué)解釋.因此，這種教學(xué)模式未能強調科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的核心地位.

1.3 將科學(xué)解釋模式固定化

物理是一門(mén)需要進(jìn)行探究性實(shí)驗的學(xué)科，但由于部分教師對科學(xué)探究的片面理解，存在“凡課必探究、凡探究必解釋”的激進(jìn)錯誤思想，易造成課堂教學(xué)形式主義.這就是對科學(xué)解釋的引入模式固定化，造成過(guò)多、過(guò)范化地進(jìn)行科學(xué)解釋.

2 科學(xué)解釋下PTDR框架的教學(xué)思路

對科學(xué)解釋的理解過(guò)程應是基于學(xué)生在個(gè)體生活及社會(huì )環(huán)境中遇到真實(shí)問(wèn)題、現象時(shí)，需要通過(guò)科學(xué)探究解決遇到的真實(shí)問(wèn)題、現象，在此過(guò)程中滲透科學(xué)解釋的內涵.科學(xué)解釋下PTDR框架的本質(zhì)在于對需解釋現象廣泛查閱資料文獻，以理論支撐的方式進(jìn)行推理論證，實(shí)現使科學(xué)探究?jì)热莸耐怙@化以達到教學(xué)目的，具體教學(xué)思路如圖1所示.

3 科學(xué)解釋下PTDR框架的教學(xué)設計

在“探究浮力大小的影響因素”時(shí)，筆者考慮到學(xué)生對浮力現象及其基本知識有初步了解，對生活中常見(jiàn)浮力現象有一定認知.為此，筆者在教學(xué)設計過(guò)程中始終以生活情境為載體，以科學(xué)解釋下PTDR框架為主線(xiàn)，在科學(xué)解釋的不斷滲透下歸納出浮力大小的影響因素.

3.1 探究實(shí)驗導入

情境：水中乒乓球在松手后會(huì )迅速上浮，如圖2所示是乒乓球浸沒(méi)在水中，從水中上浮到水面的過(guò)程中，如何衡量力大小變化？即浮力大小與哪些因素有關(guān)？

師：在實(shí)驗中當小木塊與大石塊浸沒(méi)水中時(shí)都受到浮力的作用，究竟是小木塊受到浮力大還是大石塊受到浮力大？

生1：小木塊上浮，受到浮力大.

生2：大石塊體積大，受到浮力大.

3.2 科學(xué)解釋中核心知識教學(xué)

需解釋現象.

師：要比較誰(shuí)受到浮力大，在物理中需要用實(shí)驗進(jìn)行驗證，即活動(dòng)：“探究影響浮力大小的因素”.

師：誰(shuí)能猜想浮力大小可能與哪些因素有關(guān)？

理論支撐.

生1：體積.

生2：大石塊沒(méi)有浸入水中時(shí)不受水的浮力作用，因此不是物體體積，是浸入水的體積.

生3：人在死海中漂浮，在淡水中會(huì )下沉，可能與液體密度有關(guān).

生4：大石塊在水中下沉越來(lái)越快，可能與浸沒(méi)深度有關(guān).

生5：可能與物體的質(zhì)量、物體的形狀……有關(guān).

以上學(xué)生猜想是學(xué)生已有認知與現行認知相互碰撞產(chǎn)生的智慧火花，是寶貴的理論支撐點(diǎn).

資料文獻.

師：探究實(shí)驗中出現多個(gè)影響因素，需要用到的實(shí)驗方法是什么？

生：控制變量法.

師：統計出學(xué)生猜想較多的三個(gè)因素：排開(kāi)液體的體積、液體的密度、浸沒(méi)深度，為此，需要準備哪些實(shí)驗器材？（如圖3所示是對物體排開(kāi)液體體積的解釋.）

生：彈簧測力計、圓柱體A 、一杯水、一杯鹽水.

師：（活動(dòng)）協(xié)助學(xué)生進(jìn)行分組探究實(shí)驗并收集證據、發(fā)現規律、尋找影響浮力大小的因素.

生：學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗.

推理論證.

師：實(shí)驗過(guò)程及實(shí)驗數據分別請兩組代表來(lái)回答，如圖4所示是最終確定的實(shí)驗過(guò)程及實(shí)驗數據，請同學(xué)們根據實(shí)驗過(guò)程及實(shí)驗數據歸納出實(shí)驗結論.

生1：比較②③兩次實(shí)驗得出結論為：物體受到浮力大小與物體排開(kāi)水的體積有關(guān)，如輪船越大，排開(kāi)水體積越多，受到浮力就越大，即排水量越大.

生2：比較③④兩次實(shí)驗得出結論為：物體浸沒(méi)時(shí)所受浮力大小與浸沒(méi)深度無(wú)關(guān)，如浸沒(méi)水中的大石塊在下沉過(guò)程中受到浮力不變.

生3：比較④⑤兩次實(shí)驗得出結論為：物體受到浮力大小與液體密度有關(guān)，如人為什么能夠漂浮在死海海面上;再如當雞蛋在水中沉底后，向水中加適當鹽后，雞蛋會(huì )逐漸浮起來(lái).

師：同學(xué)們總結得非常好，還有一些影響因素，如物體質(zhì)量、物體形狀、下沉速度等，可以仿照剛才探究實(shí)驗的方法，課后自主探究浮力大小是否與這些因素有關(guān)，明天上課時(shí)和大家一起探討結論.

師：根據剛才探究實(shí)驗及實(shí)驗數據能否歸納出浮力大小的影響因素？

生1：浸在液體中的物體受到的浮力大小與物體排開(kāi)液體體積和液體密度有關(guān)，與浸沒(méi)深度無(wú)關(guān).

生2：物體排開(kāi)液體體積越大、液體密度越大，物體受到的浮力越大.

師：同學(xué)們總結是對的，請將自主探究得到的結論寫(xiě)入筆記，即浸在液體中的物體，所受浮力的大小與其排開(kāi)液體體積和液體密度有關(guān).

教師鞏固成果.

評價(jià)與應用：如圖5所示，請同學(xué)們分析哪條魚(yú)說(shuō)的正確？為什么？

生：（小組討論交流）大魚(yú)說(shuō)的對，大魚(yú)與小魚(yú)都在水中，水的密度相同，大魚(yú)排開(kāi)水的體積大，所以大魚(yú)受到的浮力大.

設計意圖：探究實(shí)驗是提升學(xué)生核心素養的途徑之一，科學(xué)解釋是引領(lǐng)科學(xué)探究的基石，然而目前多數探究實(shí)驗的進(jìn)行只追求課堂氣氛精彩紛呈，僅能培養學(xué)生盲目以知識為主的低階能力、低階探究、低階思維，忽視除知識以外更重要的主體性高階思維的發(fā)展、高層次認知水平以及綜合解決問(wèn)題的能力.

文中以浸沒(méi)在水中的小木塊與大石塊為基礎，拋出“哪個(gè)受到浮力大？”“影響浮力大小的因素有哪些”等問(wèn)題，最后分組探究影響浮力大小的因素，由學(xué)生自主探究實(shí)驗過(guò)程及實(shí)驗數據分析得出實(shí)驗結論.這需要學(xué)生在分組實(shí)驗過(guò)程中探究解決問(wèn)題的方法，及時(shí)評價(jià)與完善.這樣的思維過(guò)程，既包含生成性思維，又體現批判性思維，科學(xué)解釋貫穿整個(gè)科學(xué)探究始終;在推理論證得出實(shí)驗結論后，為鞏固探究成果，筆者請同學(xué)們參與討論哪條魚(yú)說(shuō)的正確？為什么？強化科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的效果，進(jìn)一步體現科學(xué)解釋的主體性，促進(jìn)學(xué)生反思、批判、創(chuàng )新等高級思維的發(fā)展，提升學(xué)生核心素養.

4 結束與歸納

回顧科學(xué)解釋下PTDR框架的教學(xué)設計，主要存在以下三點(diǎn)心得體會(huì )：（1）要重視科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的重要作用，沒(méi)有科學(xué)解釋的科學(xué)探究是不完整的，不能實(shí)現真正意義上的科學(xué)探究;（2）要重視科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的存在形式、構成要素等基本信息，不能出現盲目地解釋一些探究?jì)热?，這樣只會(huì )導致科學(xué)探究偏離正軌，甚至背道而馳;（3）在進(jìn)行科學(xué)探究教學(xué)中，千萬(wàn)不可為了科學(xué)解釋而解釋?zhuān)簿褪菍⒖茖W(xué)解釋模式固定化，并不是每一個(gè)科學(xué)探究中科學(xué)解釋的模式都一成不變.教師要增強靈活進(jìn)行科學(xué)解釋的意識，而不是固化模式.

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（收稿日期：2021-08-13）