基于孟克-奧斯本模式的凸顯科學(xué)本質(zhì)之教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施*
——以“庫(kù)侖定律”教學(xué)為例

方潤(rùn)根

(杭州學(xué)軍中學(xué) 浙江 杭州 310012)

葉晟波

(慈溪中學(xué) 浙江 寧波 310012)

物理學(xué)課程是一門基礎(chǔ)自然科學(xué)課程，應(yīng)該體現(xiàn)科學(xué)的本質(zhì).在教學(xué)中融入物理學(xué)史，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，體驗(yàn)探究的過(guò)程和實(shí)證意識(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)精神，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)方式之一.

1 客觀調(diào)查 融入物理學(xué)史的本質(zhì)觀教學(xué)現(xiàn)狀及分析

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，高中物理課堂教學(xué)中物理學(xué)史的處理方式會(huì)出現(xiàn)下列情況：

(1)視為點(diǎn)綴 簡(jiǎn)單帶過(guò)

教材部分章節(jié)后面會(huì)有一些歷史人物、物理學(xué)史等閱讀材料，部分教師認(rèn)為這是教材邊角料，有興趣的學(xué)生自己課后閱讀即可，課堂上一筆帶過(guò).

(2)注重結(jié)果 隨意評(píng)價(jià)

部分教師從目前的認(rèn)知角度去評(píng)判歷史上科學(xué)家的研究過(guò)程或結(jié)果，導(dǎo)致學(xué)生陷入“只有跟現(xiàn)在結(jié)果一致的科學(xué)家的研究是有價(jià)值的，其他研究都是錯(cuò)誤而可笑”的誤區(qū).

2 理性選擇 運(yùn)用孟克-奧斯本模式和評(píng)價(jià)量表融合體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)觀教學(xué)

圖1 基于孟克-奧斯本模式和評(píng)價(jià)量表的實(shí)踐模式導(dǎo)圖

3 創(chuàng)新實(shí)踐 基于孟克-奧斯奧斯本模式和評(píng)價(jià)量表融合的教學(xué)案例

3.1 案例背景

“庫(kù)侖定律”一課，從課程標(biāo)準(zhǔn)和教材角度，可知本課的3個(gè)要點(diǎn)為“點(diǎn)電荷”“庫(kù)侖定律”及“探究庫(kù)侖定律過(guò)程中的有關(guān)科學(xué)思想和方法”.從學(xué)情角度，學(xué)生知道庫(kù)侖定律的內(nèi)容及表達(dá)式，在新情境中應(yīng)用庫(kù)侖定律進(jìn)行分析和推理，獲得結(jié)論并能做出解釋并非難事.與知識(shí)落實(shí)相比，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)建立點(diǎn)電荷物理模型，體會(huì)建構(gòu)物理模型的思維方式以及通過(guò)庫(kù)侖扭秤的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體會(huì)庫(kù)侖實(shí)驗(yàn)巧妙設(shè)計(jì)的思想與方法更為重要.

3.2 教學(xué)設(shè)計(jì)

圖2為“庫(kù)侖定律”的具體教學(xué)流程.

圖2 “庫(kù)侖定律”的具體教學(xué)流程

(1)情境呈現(xiàn)

如圖3所示，由生活中的靜電現(xiàn)象引入.引發(fā)學(xué)生思考“電荷間的相互作用力與哪些因素有關(guān)？”

圖3 生活中的靜電現(xiàn)象

(2)觀點(diǎn)表達(dá)

針對(duì)問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生自由討論.多種猜想，最終聚焦在電荷間相互作用力可能與距離、電荷量、帶電體的形狀等有關(guān).此環(huán)節(jié)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考兩個(gè)問(wèn)題，一是能提出帶電體之間最理想的介質(zhì)是“真空”來(lái)體悟物理的簡(jiǎn)化思想，二是忽略次要因素，把帶電體簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷，抽象事物的本質(zhì)屬性，構(gòu)建簡(jiǎn)單的物理模型.

(3)方案設(shè)計(jì)

基于多觀點(diǎn)、多想法，引導(dǎo)學(xué)生思考何種觀點(diǎn)正確，如何實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證他們支持的觀點(diǎn).故前置方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，同時(shí)為更好地評(píng)價(jià)整個(gè)探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程.在設(shè)計(jì)中，配以學(xué)習(xí)任務(wù)單和關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的PTA量表.

學(xué)習(xí)任務(wù)單在于充分暴露學(xué)生前概念.同時(shí)學(xué)生針對(duì)PTA量表，自評(píng)互評(píng)，在原有認(rèn)知水平上，帶有批判性思維，去審視自己和他人的實(shí)驗(yàn)方案.學(xué)習(xí)任務(wù)單設(shè)計(jì)如圖4所示.

為實(shí)現(xiàn)我國(guó)化肥使用零增長(zhǎng)的目標(biāo)，恢復(fù)土壤原生態(tài)結(jié)構(gòu)，尤其是在長(zhǎng)期施用化肥地中使用接種劑可使土壤結(jié)構(gòu)向恢復(fù)的方向發(fā)展。而接種劑作用效果除了與菌株的來(lái)源、特性、有效活菌數(shù)和載體性質(zhì)有關(guān)，還與土壤養(yǎng)分、水分、溫度、濕度和pH等有關(guān)，此外接種劑施用方式、施用量和使用季節(jié)也決定接種劑的使用效果。

基于初中的學(xué)情，可直接讓學(xué)生從自己的認(rèn)知角度，以4人小組為單位，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).學(xué)生設(shè)計(jì)的方案，基本為兩類:一般層次水平的方案，會(huì)圍繞“電荷間的相互作用力大小與電荷的帶電荷量多少，電荷之間的距離遠(yuǎn)近的定性關(guān)系”設(shè)計(jì).較高層次水平的方案，則會(huì)考慮到定量，體現(xiàn)思維的進(jìn)階(見(jiàn)圖5).

圖4 “庫(kù)侖定律”的學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)單

圖5 學(xué)生典型方案

(4)理論分析

設(shè)計(jì)完成，學(xué)生根據(jù)教師提供的評(píng)價(jià)量表，對(duì)方案自評(píng)及互評(píng).評(píng)價(jià)圍繞科學(xué)探究技能和科學(xué)態(tài)度精神展開(kāi)，量表如表1所示.

該評(píng)價(jià)量表只設(shè)置A,B,C等級(jí)，不設(shè)置分值，目的在于分項(xiàng)評(píng)價(jià)引導(dǎo)學(xué)生把更多關(guān)注度落實(shí)在每一項(xiàng)要素的達(dá)成程度上.針對(duì)我校學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，自評(píng)環(huán)節(jié)能更好地讓學(xué)生反思自己方案的優(yōu)缺點(diǎn).如在“猜想與假設(shè)”環(huán)節(jié)，圖5的方案學(xué)生自評(píng)為1A1B，對(duì)照量表，他們發(fā)現(xiàn)自己組能從定量角度提出假設(shè)，有理由但不夠充分.在“制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)，他們自評(píng)為3A，最終被大家評(píng)價(jià)為2A1B，原因在于沒(méi)有提及多組數(shù)據(jù)以便找到規(guī)律.在“科學(xué)態(tài)度精神”環(huán)節(jié)，大家公認(rèn)他們的方案創(chuàng)新性強(qiáng),但在實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)上存在欠缺.

互評(píng)環(huán)節(jié)在表格最后一行，獨(dú)創(chuàng)性地呈現(xiàn)反思改進(jìn)，可在討論中及課后逐步填寫.目的在于對(duì)自己的不足之處予以回顧總結(jié)，思考后續(xù)推出改進(jìn)措施，充分體現(xiàn)以評(píng)促教、以評(píng)促改.

續(xù)表1

(5)歷史回顧

在評(píng)價(jià)之后，教師引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)思考與歷史上科學(xué)家的思考建立聯(lián)系.因?yàn)閷W(xué)生進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，思考的歷程與科學(xué)家的研究歷程有類似之處(圖6).

圖6 學(xué)生方案與科學(xué)家研究聯(lián)系圖

教師可遵循學(xué)生思維的進(jìn)階，選擇性地呈現(xiàn)科學(xué)家相應(yīng)的研究.尤其突出每一位科學(xué)家的觀點(diǎn)、證據(jù)、遇到的困難及研究存在的不足.如僅靠定性實(shí)驗(yàn)無(wú)法證明“平方反比”規(guī)律適用于電荷間的作用力，庫(kù)侖在前人基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究，也遇到困難如“沒(méi)有足夠精密測(cè)量?jī)x器和電荷量的單位，如何確定電荷量的數(shù)量關(guān)系”“帶電體上電荷分布不清楚，如何測(cè)定電荷間的距離”等，結(jié)合科學(xué)家的困難及學(xué)生方案的不足，逐漸引出對(duì)策，即“卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)—庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)”“對(duì)稱性—等分電荷法”“質(zhì)點(diǎn)—點(diǎn)電荷”.引導(dǎo)學(xué)生觀看庫(kù)侖扭秤的實(shí)驗(yàn)視頻與庫(kù)侖當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律.同時(shí)指出庫(kù)侖扭秤實(shí)驗(yàn)只能定量測(cè)出同種電荷間相互作用力，庫(kù)侖還利用電單擺實(shí)驗(yàn)定量測(cè)出異種電荷間作用力大小.科學(xué)家不斷完善、不斷修正的歷程，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)本質(zhì).

(6)總結(jié)反思

在總結(jié)反思環(huán)節(jié)，以庫(kù)侖定律為核心，從學(xué)科核心素養(yǎng)出發(fā)，從兩個(gè)方面突破.一是思想方法的角度，即在庫(kù)侖定律研究歷程中涉及的放大思想、轉(zhuǎn)化思想、均分思想、理想化模型思想等.二是科學(xué)本質(zhì)目標(biāo)的角度，讓學(xué)生對(duì)比自己的設(shè)計(jì)，結(jié)合不同科學(xué)家的研究及成果，體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)是有暫時(shí)性的，科學(xué)知識(shí)依賴于觀察、實(shí)驗(yàn)證據(jù)、理性論證及懷疑態(tài)度，領(lǐng)悟科學(xué)史說(shuō)明了科學(xué)的漸進(jìn)性與革命性.而卡文迪許雖用實(shí)驗(yàn)加數(shù)學(xué)推理證實(shí)了電力服從平方反比定律，但是至死未將觀點(diǎn)公開(kāi)發(fā)表.讓學(xué)生體會(huì)新的科學(xué)知識(shí)應(yīng)公開(kāi)、清楚地發(fā)表也是科學(xué)本質(zhì)的體現(xiàn).

4 深度思考 史實(shí)相融教學(xué)實(shí)踐的成效與反思

除了本課，我們?cè)凇叭f(wàn)有引力定律”“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”等課時(shí)均采用了基于孟克-奧斯本模式和評(píng)價(jià)融入的實(shí)踐模型.在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于：史實(shí)相融充分激趣引疑，量表嵌入能凸顯學(xué)生的質(zhì)疑反思，辯證分析能讓學(xué)生體悟態(tài)度精神，合作借鑒更利于促進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí).

在基于評(píng)價(jià)的歷史-探究模型培養(yǎng)學(xué)生批判性思維時(shí)，要學(xué)會(huì)取舍和加工.在教學(xué)中，由于課時(shí)和教學(xué)要求的需要，我們必須有選擇而非全部拿來(lái)，用模式而非固化模式，否則會(huì)增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān).