潘书朋:基于真实问题解决的科学探究

基于真实问题解决的科学探究
——探究哪根蜡烛先熄灭?
文/潘书朋
物理启蒙课孩子们在经历了对有趣现象的体会,以及对知识应用的感悟之后,接下来的环节就是引导孩子们尝试进行科学探究。因为科学的核心是探究,学习物理就是要学会科学探究。在核心素养呼唤深度学习时代的到来,更要倡导孩子们进行探究式学习,注重科学与实际、科学与社会的联系。
虽然孩子们刚刚接触物理,对于科学探究还认识不足,而学习物理就是要善于观察世界,从中发现问题,进而提出自己的猜想与假设,然后动手实践操作,验证自己的猜想或假设是否正确,最终揭示其中的物理规律。其实,一代代科学家就是从一个个科学问题入手,不懈探索,直到今天,人们仍然为探索新的未知世界而不断探索着......鉴于此,接下来就和孩子们经历一次不太成熟的基于真实问题解决的科学探究之旅.......
题目:探究哪个蜡烛先熄灭?
第一环节:提出问题
提出问题是进行科学探究的第一步。爱因斯坦说过,提出问题有时比解决一个问题更重要。可是目前“唯分数论作为单一评价标准”的错误导向,让“灌输式教育(浅层学习)”肆意将“惰性知识”硬生生塞进孩子们的大脑,就这样孩子们经过“教育”之后似乎变傻了,渐渐不会思考问题了(大脑被很多“惰性知识”所挤满,哪还有思考问题的空间),也就对生活出现的问题不会提出问题,这是很可悲的,任何有良知的教育工作者不会“坐以待毙”,必须敢于对现实不合理的“教育现状”说:不!
深度学习的教育追求就是一种解放的教育,解放的教育就是提出问题的教育。为此,在物理教育启蒙之际,就要引领孩子们从学习从“提出问题”入手。任何一个问题的提出,其实都是要有一定的生活情境。考虑到孩子们是第一次尝试进行科学探究,所以我从日常生活中非常熟悉的场景入手进行引导:如果居住的楼房不小心发生了火灾,逃生时要用湿毛巾捂住口鼻在地面上爬行更安全(图1),你知道这是为什么吗?
图1
第二环节:猜想与假设
伟大的科学家牛顿说过,没有大胆的猜测,就不会有伟大的发现。在科学探究中,猜想不是胡猜乱想,它是以自己的经验和知识为基础作出的一种试探性解释。不过由于这次针对孩子们熟悉的火灾自救提出的问题比较简单,孩子们几乎不假思索说到:因为浓烟在上方。我继续引导:为什么浓烟会在上方?生:因为......因为浓烟密度小(尽管孩子们之前没有学习物理,可脑海中依然有一定的前概念。)
    看到孩子们对问题回答得非常有成就感,趁热打铁,我提出了一个挑战性的问题,你能设计一个实验来模拟一下这个场景,并解答刚才的问题吗?
第三环节:设计实验与制定计划
制定的计划应该针对探究的目的,实验的设计应该注意器材的选择。在经过我和孩子们一起进行思维碰撞之后,设计了如下的实验方案:用一支短蜡烛模拟人爬行,另一支高蜡烛模拟人站立,玻璃罩模拟楼道空间(图2)。
图2
第四环节:进行实验与搜集证据
模拟实验:根据设计的思路,进行以下两种实验方案:用两只长短不同粗细一样的蜡烛,同时用两个相同的杯子罩住蜡烛(图3).
图3
改进版:用同一个杯子罩住粗细一样、长短不同的蜡烛(图4)。
图4
实验现象:长的蜡烛先熄灭(图5)。
图5
小实验——探究哪根蜡烛先熄灭(林家安)
拓展实验1:两根长短一样、粗细不同的蜡烛(图6)。
图6
实验现象:粗的蜡烛先熄灭(图7)。
图7
拓展实验2:两根粗细、长短一样的蜡烛、杯子不同(图8)。
图8
实验现象:杯子容积小的蜡烛先熄灭(图9)。
图9
小实验——探究哪根蜡烛先熄灭(赵若涵)
第五环节:分析与论证
蜡烛燃烧会消耗空气中的氧气,当蜡烛将杯子里的氧气消耗完以后,蜡烛就熄灭了。蜡烛在燃烧过程中释放出的二氧化碳,又被加热后上升,于是最上面的蜡烛先熄灭。
在拓展实验探究“哪根蜡烛先熄灭”中,最终的实验结论要涉及多种因素,例如要考虑罩蜡烛容器的高度、横截面积、形状、温度等因素;还要考虑蜡烛:蜡烛的横截面积、火焰大小、长短和长度之比等因素。
第六环节:评估、交流与合作
这是孩子们第一次初步尝试进行科学探究,孩子们分别探究了蜡烛的长短、横截面积以及容器的大小对实验结论的影响。其实研究此实验的手段很多也很丰富,可以作为一个研究性学习的课题进行研究,引领孩子们学会交流与合作,一起探索奇妙的物理世界。
反思:只有让教学方式走出灌输、训练、死记硬背、“题海战术”,走向合作探究与学科实践,才可能有深度学习,而深度学习的前提是深度教学。今天引领孩子们初步探究“哪根蜡烛先熄灭”的过程中,再次体会到:知识怎么来的就让孩子们怎么学,把学科专家、专业人员探究实践的方式转化为孩子的学习方式,让孩子经历知识的产生过程(智慧复演),让孩子像专家一样去思考。
应该清醒地认识到:搞深度学习一定会和现实有冲突。进行深度学习就是要做一些和现实常态不一样的东西,敢于对现实说:不!因为深度学习就是把我们的教学从黑白走向彩色,发生质的改变。
因为爱(孩子),所以痛(教育),必须变(自己)——要想改变小的环境,你可以自己努力;要想改变大的环境,那就迁移——提升你的专业能力才是硬道理。

作者简介:潘书朋,中学物理教师,扎根乡村教育25年,任教毕业班16届,山东省“互联网+教师专业发展”工程教育科研方法专题工作坊主持人,烟台市首批学科带头人,荣获中国STEM教育协作联盟评选的“首届中国最美科学教师专家提名奖”,2017年荣获大国良师优秀奖(光明日报社主办),2018年10月入选《教师博览》人物志。

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