汤守平 谢玉荣
(对外经济贸易大学附属中学 , 北京朝阳100102)
【摘要】本文通过“自由落体运动的研究”一节教学片段的两种教学设计的对比分析，阐述如何在基于真实情境问题的解决中,培养学生的科学思维，发展学生的关键能力。
【关键词】科学思维；情境创设；问题解决；案例分析
《普通高中物理课程标准（ 2017 版）》中指出：“科学思维”是物理核心素养的一个方面。“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互联系的认识方式；是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格。主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。
1 传统的教学忽视对学生科学思维的训练。
对于《自由落体运动》一课，有的老师教学中体现了与原来不同的教育理念,有的老师还没能真正理解新课程理念,还停留在传统填鸭式教学层面上。下面是一位甲教师按传统方式讲课的内容片段：
教学内容：为什么平时总是看见轻的物体下落得慢、重的物体下落得快？这是一个古老的问题，也是生活中经常遇见的问题。
老师：实验演示，面积相同的一枚硬币和纸片从同一高度无初速度地释放，同学们是否看到了硬币下落得快些而纸片下落得慢些？(问法缺乏激疑性)
学生：是
老师：这是一个古老的问题，早在两千多年前，亚里斯多德提出来的一个错误观点，这个错误的观点被加利略巧妙地推翻了（老师板演了推导过程）
老师：为什么看见的“事实”不“真实”了呢？
学生：（没有响应）
老师：其实这是由于空气阻力作用的原因，如果没有空气阻力，轻、重物体的下落快慢是一样的。接着老师用真空管进行演示。
………
评析：这段教学教师设计了问题，通过演示实验给出结论，整个过程学生参与研究程度不高、缺少思考，将知识一味灌输给学生,忽略了学生学习的主体体验与探究，没有达到新课程标准关于对学生科学思维发展的要求。
2 在情境问题解决中，实践学生“科学思维”发展的达成。
我们结合新课程标准关于学生核心素养发展的要求，开展了教学研讨，根据教学中存在的问题,对本节从新进行了二次教学设计，并上了示范研究课。以下是乙教师设计的教学片段：
2.1 问题情境：创设真实的问题情境，激发学生的学习兴趣。
老师：现在我来做一个小实验，请同学们仔细观察，看看有什么发现？取面积相同的纸片和硬币从同一高度同时无初速度释放。(同样的实验，乙教师与甲教师的问法不同)
学生：硬币下落得比纸片快些。硬币做直线运动，纸片做曲线运动。
老师：很好！同学们有两个发现，这节课我们先来研究第一个发现。为什么硬币下落得快些？
学生：因为硬币比纸片重些。（真实情景）
老师：真是这样吗？(不断提出问题,启发学生深入思考)
学生：沉思
老师：请同学们看下面的实验：教师将纸片团成团，再次将硬币和纸团从同一高度释放。同学们观察到了什么现象？（基于真实情境产生的问题）；你们也来做一做。
学生：纸团直线下落，几乎与硬币同时落地。
老师：从上述两个实验现象，你能想到什么？
2.2 探索分析：通过问题逐层推进，学生猜想，设计实验验证猜想。
教师：组织学生讨论，并表达自己的想法。
学生：两次实验不同的地方，在于第二次将纸片团成团，两者几乎同时落地。
说明轻重物体下落一样快。
教师：那么你能设计实验进一步证实你的猜想吗？组织学生讨论、分组设计实验，并实验完成下列表格，看看有什么发现？
学生：设计并进行实验。(下面是一组学生设计及实验记录的结果)
实验记录表1
实验内容 实验结果 结论
面积相同的纸片与硬币从同一高度同时无初速度释放 硬币先落地
重的物体下落快
两张一样的纸，将其中一张搓成团，另一张铺平，从同一高度同时无初速度释放 纸团先落地
同样重的物体下落时也有快慢之分
一张大纸和一张小纸，将小纸搓成团，大纸铺平，从同一高度同时无初速度释放 纸团先落地
轻的物体下落快
老师：你们能从你的实验结果归纳出一个什么样的结论？
学生：物体下落的快慢似乎与物体的轻重无关？
老师：那么你们认为与什么有关呢？(设疑逐层深入)
学生：与物体的体积有关；与物体的形状有关。
老师：按照学生的分析，教师给每实验小组提供几个大小不一的小铁球和形状各异的小铁块。
2.3理论分析：学生交流展示，评价实验结果，推理实验结论。
老师：怎么样？
学生：似乎与体积大小和形状也无关。
老师：既然同学们的实验结果是物体下落快慢与物体的轻重、体积大小、物体的形状无关，那么与什么有关呢？
学生：（交流、讨论）与空气阻力有关。
老师：你们的意思是，如果没有空气阻力，轻重物体的下落快慢是一样的，是吗？
学生：是。
2.4 实验检验：通过科学实验检验上述结论，并介绍“比萨斜塔实验”。
老师：演示“毛钱管”实验，介绍著名的比萨斜塔实验。
学生：参与老师的实验，感受科学实验的迷人魅力！
2.5 引导总结：建构自由落体模型（内容略）
通过上述两个教学片段的对比分析，我们不难发现，同样的教学内容，在教学处理上，两位教师却存在很大的差异。乙教师将问题融于真实的实验情境中，通过实验现象观察，引发学生思考，发现问题。学生相互协作、进行实验设计、动手实验、动眼观察、动口表达与交流、分析与总结，经历了科学推理、论证及模型建构的科学思维过程，弄明白了轻重物体下落快慢是由于空气阻力的影响，如果排除空气阻力的因素，轻重物体下落的快慢是相同的。学生在获得知识的同时，经历了科学探究的物理过程，初步学会了把实验获得的信息演绎、归纳成结论的科学方法，在学习中领悟了探究的思想，感受到了科学研究带来的快乐。
通过教学研究，作为教师的我们也深刻地领会到：教学有法但无定法，要根据具体的教学内容、预先设定的教学目标、以知识为载体，在教师的引导下，让学生运用科学的方法（包括观察、测量、提出假设、进行实验、交流、推理论证等）进行学习，主动获取知识，发展科学探究能力，形成科学概念，培养探索未知世界极积态度。
参考资料：
1 陈信余 营造创新环境 培养创新精神，中学物理，2001年第9期.
2 李卫红 探究自由落体运动规律，广东教育研修手册，2005年3月第一版.
3 辛自强 问题解决与知识建构 ，北京：教育科学出版社，2005．
作者简介：
汤守平（1969-12），男，满族，北京市朝阳区人，中学高级,本科，单位：对外经济贸易大学附属中学，研究方向：物理教育