基于科學(xué)解釋下PTDR框架的教學(xué)設(shè)計

摘 要：對新課程標(biāo)準(zhǔn)中科學(xué)探究的理解不僅是其中七個基本要素，更重要的是設(shè)置問題、提供證據(jù)、科學(xué)解釋、交流評價等環(huán)節(jié)，其中科學(xué)解釋貫穿整個科學(xué)探究全過程，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(chǔ)，談“探究浮力大小的影響因素”的教學(xué)設(shè)計.

關(guān)鍵詞：科學(xué)解釋;PTDR框架;教學(xué)設(shè)計

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

作者簡介：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)探究在實驗教學(xué)中的作用，對科學(xué)探究的理解不僅是其中七個基本要素，更重要的是設(shè)置問題、提供證據(jù)、科學(xué)解釋、交流評價等環(huán)節(jié)，其中科學(xué)解釋貫穿整個科學(xué)探究全過程，是科學(xué)探究的核心部分，進一步說，整個科學(xué)探究全過程圍繞科學(xué)解釋進行活動，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(yīng)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(jù)Evidence—推理Reasoning），國內(nèi)研究也在逐步推進，如國內(nèi)極具代表性學(xué)者姚建欣在CER框架研究基礎(chǔ)上提出科學(xué)解釋下的PTDR框架，即需解釋現(xiàn)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(chǔ)上展開科學(xué)探究下的科學(xué)解釋，以此檢驗科學(xué)解釋下PTDR框架在科學(xué)探究中的實踐效果，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(chǔ)，談“探究浮力大小的影響因素”的教學(xué)設(shè)計.

1 科學(xué)解釋PTDR框架的教學(xué)現(xiàn)狀

當(dāng)前在對學(xué)生科學(xué)解釋能力培養(yǎng)現(xiàn)狀上出現(xiàn)如下問題，在傳統(tǒng)物理課堂教學(xué)中，教師既不會事先說明科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的作用，更不會有意識地培養(yǎng)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(xí)過程中自學(xué)自悟，這將導(dǎo)致教師教學(xué)效果不顯著，學(xué)生學(xué)習(xí)成果參差不齊.具體表現(xiàn)在以下幾點.

1.1 忽視學(xué)生已有認知水平

教師在進行科學(xué)探究時需要進行情境設(shè)置，這需要根據(jù)探究內(nèi)容及設(shè)計思想對教學(xué)內(nèi)容進行科學(xué)化處理，需要注意的是學(xué)生在學(xué)習(xí)新內(nèi)容時通常已經(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，主動與新內(nèi)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)生主動進行思維重整、知識重構(gòu)，教師從中引導(dǎo)，而非批量輸出.然而在現(xiàn)行教學(xué)中部分教師會大費周折地主動承擔(dān)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

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，科學(xué)探究貫穿整個物理教學(xué)始終.正因如此，部分教師在物理教學(xué)中采用“轟炸式實驗教學(xué)法”，這種教學(xué)形式看似引人注目，實則缺乏邏輯，只是將有關(guān)科學(xué)探究內(nèi)容的實驗機械式疊加，未對實驗進行系統(tǒng)的科學(xué)解釋.因此，這種教學(xué)模式未能強調(diào)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

物理是一門需要進行探究性實驗的學(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，造成過多、過范化地進行科學(xué)解釋.

2 科學(xué)解釋下PTDR框架的教學(xué)思路

對科學(xué)解釋的理解過程應(yīng)是基于學(xué)生在個體生活及社會環(huán)境中遇到真實問題、現(xiàn)象時，需要通過科學(xué)探究解決遇到的真實問題、現(xiàn)象，在此過程中滲透科學(xué)解釋的內(nèi)涵.科學(xué)解釋下PTDR框架的本質(zhì)在于對需解釋現(xiàn)象廣泛查閱資料文獻，以理論支撐的方式進行推理論證，實現(xiàn)使科學(xué)探究內(nèi)容的外顯化以達到教學(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(shè)計

在“探究浮力大小的影響因素”時，筆者考慮到學(xué)生對浮力現(xiàn)象及其基本知識有初步了解，對生活中常見浮力現(xiàn)象有一定認知.為此，筆者在教學(xué)設(shè)計過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，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 探究實驗導(dǎo)入

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

師：在實驗中當(dāng)小木塊與大石塊浸沒水中時都受到浮力的作用，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(xiàn)象.

師：要比較誰受到浮力大，在物理中需要用實驗進行驗證，即活動：“探究影響浮力大小的因素”.

師：誰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：大石塊沒有浸入水中時不受水的浮力作用，因此不是物體體積，是浸入水的體積.

生3：人在死海中漂浮，在淡水中會下沉，可能與液體密度有關(guān).

生4：大石塊在水中下沉越來越快，可能與浸沒深度有關(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(xiàn)行認知相互碰撞產(chǎn)生的智慧火花，是寶貴的理論支撐點.

資料文獻.

師：探究實驗中出現(xiàn)多個影響因素，需要用到的實驗方法是什么？

生：控制變量法.

師：統(tǒng)計出學(xué)生猜想較多的三個因素：排開液體的體積、液體的密度、浸沒深度，為此，需要準(zhǔn)備哪些實驗器材？（如圖3所示是對物體排開液體體積的解釋.）

生：彈簧測力計、圓柱體A 、一杯水、一杯鹽水.

師：（活動）協(xié)助學(xué)生進行分組探究實驗并收集證據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、尋找影響浮力大小的因素.

生：學(xué)生進行分組實驗.

推理論證.

師：實驗過程及實驗數(shù)據(jù)分別請兩組代表來回答，如圖4所示是最終確定的實驗過程及實驗數(shù)據(jù)，請同學(xué)們根據(jù)實驗過程及實驗數(shù)據(jù)歸納出實驗結(jié)論.

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

生2：比較③④兩次實驗得出結(jié)論為：物體浸沒時所受浮力大小與浸沒深度無關(guān)，如浸沒水中的大石塊在下沉過程中受到浮力不變.

生3：比較④⑤兩次實驗得出結(jié)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(dāng)雞蛋在水中沉底后，向水中加適當(dāng)鹽后，雞蛋會逐漸浮起來.

師：同學(xué)們總結(jié)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)，明天上課時和大家一起探討結(jié)論.

師：根據(jù)剛才探究實驗及實驗數(shù)據(jù)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液體體積和液體密度有關(guān)，與浸沒深度無關(guān).

生2：物體排開液體體積越大、液體密度越大，物體受到的浮力越大.

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

教師鞏固成果.

評價與應(yīng)用：如圖5所示，請同學(xué)們分析哪條魚說的正確？為什么？

生：（小組討論交流）大魚說的對，大魚與小魚都在水中，水的密度相同，大魚排開水的體積大，所以大魚受到的浮力大.

設(shè)計意圖：探究實驗是提升學(xué)生核心素養(yǎng)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(shù)探究實驗的進行只追求課堂氣氛精彩紛呈，僅能培養(yǎng)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題的能力.

文中以浸沒在水中的小木塊與大石塊為基礎(chǔ)，拋出“哪個受到浮力大？”“影響浮力大小的因素有哪些”等問題，最后分組探究影響浮力大小的因素，由學(xué)生自主探究實驗過程及實驗數(shù)據(jù)分析得出實驗結(jié)論.這需要學(xué)生在分組實驗過程中探究解決問題的方法，及時評價與完善.這樣的思維過程，既包含生成性思維，又體現(xiàn)批判性思維，科學(xué)解釋貫穿整個科學(xué)探究始終;在推理論證得出實驗結(jié)論后，為鞏固探究成果，筆者請同學(xué)們參與討論哪條魚說的正確？為什么？強化科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的效果，進一步體現(xiàn)科學(xué)解釋的主體性，促進學(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(yǎng).

4 結(jié)束與歸納

回顧科學(xué)解釋下PTDR框架的教學(xué)設(shè)計，主要存在以下三點心得體會：（1）要重視科學(xué)解釋在科學(xué)探究中的重要作用，沒有科學(xué)解釋的科學(xué)探究是不完整的，不能實現(xiàn)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(gòu)成要素等基本信息，不能出現(xiàn)盲目地解釋一些探究內(nèi)容，這樣只會導(dǎo)致科學(xué)探究偏離正軌，甚至背道而馳;（3）在進行科學(xué)探究教學(xué)中，千萬不可為了科學(xué)解釋而解釋，也就是將科學(xué)解釋模式固定化，并不是每一個科學(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）