浅析科学探究过程中研究对象的选择

摘 要：科学探究过程中，教师往往都很注重实验前的实验方案设计，但如何引导学生进行有效思考、深度思考，一直是困扰教师的难点。教学实践发现，以实验研究对象的选取作为切入点来应对“探究浮力大小的影响因素”这种类型的科学探究，能有效激活学生思维，深化科学探究历程。

关键词：科学探究；浮力；研究对象

中图分类号：G633.7 文献标识码：A  文章编号：1003-6148（2025）3-0034-4

新修订的《义务教育物理课程标准（2022 年版）》中将“科学探究”由“途径”转化为“能力”，列于四维核心素养能力之中，如何塑造、提升学生的科学探究能力，成为教育界研究的热点问题。当前教育界也普遍认同科学探究能力的培养与经验、情境、思维密不可分，是一种自由探索却因果相连，需要可持续性表达和输出的学习场域。那么，在探究之初，对于研究对象的选择就显得至关重要。

1 问题的提出

苏科版八年级下册第十章内容为“压强和浮力”，主要以“力的作用效果”为线索继续深挖力的分类，其中“浮力”是本章的重难点。而“探究浮力大小的影响因素”是学生必做探究性实验，既是教与学的难点，也是引导学生自主思维，培养科学探究能力的适切主题。

1.1 关于“探究浮力大小的影响因素”的实验

课本上设置的学生实验为“探究影响浮力大小的因素”，其目的是既能巩固学生对于称重法测浮力大小的运用和理解，也能通过实验培养学生科学探究等核心素养能力。教材中虽设置了猜想环节，实验器材和实验探究步骤都明确给出了确切答案（图1），将学生的猜想框定在“物体排开液体的体积”和“液体密度”两个正确答案内，缺少思维生发的空间。若教师仅仅按照课本框架组织学生实验，就会使得该实验成为一个普通的验证性实验，仿佛实验结论是既定的，直接告诉学生的，并不能真正引发学生思考、解决困惑、提升能力。

1.2 教学现状及困惑

学生在面对“浮力的大小与哪些因素有关”这个问题时，在浅层生活经验的影响下，思维往往具有很强的发散性，能提出多个可能的影响因素。有教师甚至认为，除正确的两个因素外所有的猜想均与学生的思维定式有关，是错误的、毫无意义并需要消除的。也有教师在课上一带而过，仅探究明确与之有关的两个因素，就得到实验结论，其余因素充当课后思考留给提出疑问的学生解决，并无任何方法和思维层面的指导。这些做法都存在忽视学生思维生长点、弱化学生能力进阶的弊端，不能做到有效课堂、有效学习和有效探究。

那么，对于广泛而难以预测的猜想因素，课堂中是否全部需要一一进行实验探究？如何把控有限的课堂时间和容量？如何在繁杂的影响因素中引导学生梳理逻辑，完成科学探究历程，并真正思有所据、学有所获？正是本文要探讨的内容。本研究将科学探究过程的重点聚焦在实验前的设计阶段——选择探究对象。通过教学实践，探讨“浮力”教学中如何选择探究对象，如何简洁有效地利用较少的研究对象达到多重探究目的，以期为“浮力”教学和科学探究能力培养提出具体可行的策略。

2 教学实践

笔者在课堂实践中将学生聚焦的目光从科学探究实验部分转向实验前研究对象的选择，以“选择合适的研究对象”串联整堂课的教学逻辑［１］，提出了图2所示的教学设计思路。其目的就是引导学生问题必有依据、证据须经探寻、解释交流应勇于创新。在选择研究对象时，学生主动切换物理视角思考问题，能在感性经验的基础上提出更具逻辑性的问题和猜想，有意识地结合物理实验方法使自己的解释和现象自洽，也能使学生在后续科学探究历程中的方向性和目的性更加明确。

模块一：猜想影响浮力大小的因素。

问题：浮力的大小与哪些因素有关？你有什么依据？

学生猜想：液体密度、物体密度、物体质量、物体体积、物体形状、物体浸在水中的深度、物体在水中的受力面积、物体浸在液体中的体积、物体排开液体的体积等多个因素。

教师引导1：选择什么样的物体来探究浮力大小与物体排开液体体积的关系？

学生思考：什么是排开液体的体积？怎样才能改变物体排开液体的体积？

学生提取感性经验并发问：瓶子浸入水中的体积越大，水位越高，物体浸入水中的体积是不是就等于物体排开液体的体积呢？

教师引导2：利用溢水杯、圆柱体和容积与圆柱体体积相同的小桶进行实验。发现物体浸入水中的体积（包含空心部分）等于物体排开液体的体积。

教师引导3：选择什么样的物体来探究浮力大小与物体的质量、体积和密度的关系？

学生思考：物体的质量、体积、密度三个因素是否都需要探究？如果控制体积相同，改变质量的同时密度必然不同，因此只需探究物体的质量和物体的体积两个因素。

设计说明：

面向物理问题进行猜想并不是让学生放开缰绳，天马行空地进行猜想，教师应引导学生进行有依据的猜想，珍视学生的思维起点［２］。这个依据可以由学生的生活经验提供，也可以由科学探究的前置体验活动提供。而猜想因素过多时，教师也可以梳理因素间的逻辑关系，合并精简探究对象，体现物理的简洁之美。虽然学生的思维依旧发散，但科学思维的活跃度已经被激活，学生开始有意识地寻找证据并迫切进行实验。

模块二：探究影响浮力大小的因素。

在学生提出猜想时有一些不可控因素，学生猜想的多个因素间的关系都是散漫的、无逻辑的。但在课堂中进行科学探究时，教师应及时展现出引导者地位，引导学生从选择合适的研究对象开始思考，串联问题、证据、解释和交流多个环节。教师提供图3的多个实验研究对象，让学生自由选择，并分析选择的理由。

设计说明：

表1中的举例并非唯一正确、完美的选择。但由于课堂时间有限，本文教学设计的重点放在了思维含量最高的一部分，即研究对象的选取和实验方案的设计上。大部分学生都认为“深度”是影响浮力大小的因素，因此往往从“深度”这个物理量开始探究。以此为例，有的学生直接选择了①和⑦这样便于改变浸在水中深度的物体作为研究对象。但很快就有学生反应过来，①和⑦这样的物体在改变浸在水中的深度时，未控制其受力面积、物体浸在液体中的体积和排开液体的体积不变，不满足控制变量法的要求。课堂实践中，教师在这一部分给学生留了较长的讨论交流时间，最终学生发现选择⑤这样长宽差距明显的物体作为研究对象，浸入水中一半、一次竖放、一次横放即可解决这个问题。

在探究浮力大小与“物体的受力面积”和“物体的体积”两个因素的关系时，学生也思索了较长时间，研究对象的选择上难度较大。在一次次交流探讨、选择试错中，学生在最终寻找到合适的研究对象时往往会有一种柳暗花明的豁然开朗感，一种运用科学思维解开物理难题的成就感，极大地鼓舞了学生参与科学探究历程的积极性。笔者认为，这种情绪的萌发生长与思维的碰撞延伸都是本次科学探究的意义所在。

3 实践总结与反思

学生的思维起点才是教学起点。学生的学习过程并不是按部就班的，而应是“肆意”的探索；质疑的生发往往并不是起源于书本或教师的提问，而是学生自发的好奇和迷惑；思维的闭环也绝不是落实在课本中的结论和规律，而是运用所学知识解释回应最初的质疑。因此，学生的困惑生发处才是教学设计真正的起点。浮力教学中，教师不能简单规避学生提出的多样猜想，而应该在备课中充分预设学生的反应，利用选择研究对象的环节巧妙引导学生延伸思维。

课堂中延长学生的思考时间。我们常说课堂要留白，但如何留白？本文教学实践中的“留白”即是给予学生思维一定的松弛感，既有宽裕的思考时间，也有自主推进思考广度和深度的机会。选择研究对象的过程就是连接科学探究各个环节的桥梁，学生在选择的过程中能够有意识地进行推理，预测后续可能遇到的问题和困难，从而设法解决突破，厘清前后逻辑关系，看远看深。

增强学生科学探究历程中的自主性。引导学生自主选择研究对象，实际上就是引导学生由零开始突破，自主设计科学探究的历程。不同的研究对象对应不同的实验顺序、方案和操作，学生能够拥有更多尝试和试错的机会，由简单的发散思维进阶到多线程的逻辑思维。因此，在科学探究的历程中应增强学生的自主性，从选择研究对象入手不失为一种智慧的教学策略。

参考文献：

［１］孙雯．探寻初中物理实验课的教学逻辑［Ｊ］．中学物理教学参考，２０１７，46（７）：７－９．

［２］郁志芸．巧妙组合规则物块探究浮力的影响因素［Ｊ］． 物理之友，2021，37（9）：35-37.

（栏目编辑 刘荣）

收稿日期：2024-08-13

作者简介：黄玉（2000-），女，中学二级教师，主要从事初中物理教学工作。