——以《物体浮沉的条件》一课的教学为例
◆浙江省杭州经济技术开发区学正中学311215
摘要：布鲁纳“发现学习”理论更关注学习过程中学生的积极学习状态，并结合自主发现等一系列探索活动，使学生自主习得新知。“发现学习”应用于初中科学实验教学，能够收到事半功倍的教学效果。本文以《物体浮沉的条件》一课为例，探讨了布鲁纳“发现学习”理论指导初中科学实验教学中“创设实验情境，激发发现欲望；开展实验探究，初步发现结论；引导小组交流，完善发现结论；基于合作探究，拓展发现结论”的四环节教学流程，希望能够给广大教师带来一定的借鉴意义。
关键词：科学实验教学发现学习《物体浮沉的条件》
布鲁纳的“发现学习”认为，教师应该为学生创设合适的学习情境，使学生经历“再发现”的学习过程，发展探究性思维。《科学课程标准》指出，科学课程注重培养学生的科学探究能力和对科学探究的理解，教师对此应给予充分的关注，并适当地创设教学环境使所有学生都有机会参与科学探究。因此，在初中科学教学中，基于布鲁纳的“发现学习”理论开展科学实验探究活动，对于培养学生的科学探究能力、提升学生的科学核心素养具有重要的意义。
一、“发现学习”概述
1.“发现学习”的概念。布鲁纳的“发现学习”理论是对杜威教学理论中相关积极因素的有效发展，其更关注学习过程中学生的积极学习状态，并结合自主发现等一系列探索活动，使学生自主习得新知。对于发现学习而言，其典型特征在于具体的探究过程，而非现有知识的直接呈现。在发现学习的过程中，学生们的主要任务，不是被动地接受知识，而是亲历知识的发现过程，教师的主要任务也不是直接的讲授，而是为学生的发现学习提供契机和平台，同时给予相应的点拨和启发。
2.“发现学习”对科学实验教学的指导意义。布鲁纳“发现学习”理论特别强调，在实际教学过程中，应关注学生自主发现问题这一过程，促进学生自主寻找答案，让学生做到“有效学习”。这就要求教师应尽可能为学生创设自主发现的机会，使学生基于这一过程提升能力。与此同时，教师还应当在教学实践中着重培养学生独立思考、独立解决问题的良好态度，提升学生的问题意识以及在发现问题过程中所生发的喜悦感、满足感和自我认同感。“发现学习”能够更充分地落实学生的主体地位，能够直观地展现学生认知过程的性质以及典型特征。在探究教学过程中，所强调的重点在于师生共建问题情境，就此引发学生的自主猜想以及对问题的探究，所以，在物理实验的探究性教学过程中，“发现学习”理论具有极为重要的指导意义。
3.“发现学习”运用于科学实验教学的一般步骤。“发现学习”是以各种特殊事例为对象展开自主猜测以及验证，并就此归纳出一般法则，然后将其运用于解决新问题的过程中。
其在初中科学实验教学中的应用步骤如下：
（1）创设实验情境，激发“发现欲望”。由教师创设实验情境，向学生展示能够形成概括结论的典型实例，引导学生自主观察实例的各种外在表现以及典型特征等，之后逐步缩小观察范围，成功地将学生的关注点聚焦于某个中心点。
（2）开展实验探究，初步发现结论。学生们经过观察之后，自主提出猜测并对此进行验证，完成验证之后推导出具有概括性的结论。引导学生基于观察展开分析和对比，将其中涉及的所有信息进行转化或者重组，由此确定猜想；组织学生展开思考以及探讨，立足于事实这一论据验证之前的猜想。具体验证的过程中，需要对猜想进行不断的修正和完善，才能够确保正确结论的推导。需要特别强调的是，必须要注重整个思维分析过程，使学生了解在这一过程中自己如何展开思考、如何实现思维的纵深拓展、如何得出正确结论等等，这样就能够在习得新知的过程中，掌握有效的思考方法。
（3）基于小组学习，提炼发现结论。促进学生将已获得的新知纳入个人认知结构中，同时确保新问题情境的灵活运用，这样才能够使新知得以巩固、得以深化，才有助于促进迁移能力的形成与发展。
（4）基于合作探究，拓展发现结论。在提炼发现结论以后，通过大问题的引导，组织学生开展合作探究活动，在合作探究的过程中拓展发现结论。
二、“发现学习”在初中物理实验教学中的应用案例
在初中科学实验教学中，只有引导学生进行发现学习，才能让学生们真正经历科学探究的过程，提升科学核心素养。以下，结合浙教版初中科学八年级上册第一章第三节中的《物体浮沉的条件》这一课的教学来谈一谈“发现学习”在初中科学实验教学中的具体应用。
1.创设实验情境，激发“发现欲望”。在教材中，是以一个鸡蛋在三个含盐量不同的烧杯中的沉浮状态，来揭示物体的沉浮状态与在液体中受到的重力与浮力的关系有关，并在此基础上引出F浮<G，下沉；F浮=G，悬浮或漂浮；F浮>G，上浮的结论。按照教材上的这一演示实验组织教学，虽然也能够达成教学目标，但由于这一实验在前面的教学中已经涉及过，因此对学生来说缺乏新奇感。
为了能够激发起学生“发现学习”的欲望，可以在课前制作了一个“浮沉子”。取一个口服液瓶，取下瓶盖并拔出锥子，把这个口服液瓶装上适量水并滴入1滴红墨水，倒立放入5L的可乐瓶中，可乐瓶装上适量的水并盖上盖子（如图1所示）：
课堂教学中，通过“浮沉子”演示实验引入教学：用手挤压可乐瓶，口服液瓶下沉，松开手，口服液瓶上浮。在学生观察实验现象之后，让他们先独立思考，然后同桌两人进行交流，讨论实验现象中口服液瓶的受力情况。由于前面学生已经学过阿基米德原理，因此，通过思考与讨论能够得出口服液瓶实现升降是由改变浮力大小达到的。
这样，通过自制的“浮沉子”给学生进行演示实验，学生就能够充分感受到这一实验的神奇之处，从而激发起他们的科学探究与发现的欲望。并且，这一实验与学生前面学习的大气的压强、阿基米德原理紧密相关，能够有效地激活他们原有的认知经验。
2.开展实验探究，初步发现结论。在激发起学生“发现学习”的兴趣之后，教师要通过演示实验引发学生的科学猜想，并在此基础上引导他们开展探究实验活动，在这个过程中自主发现科学规律。
（1）运用演示实验，引发科学猜想。教师给学生分别演示小木块漂浮、橡皮泥下沉、鸡蛋下沉的实验。在学生观察实验现象之后，引导学生猜想：物体在水中沉浮的情况与什么因素有关？在学生讨论的基础上得出：①与物体受到的浮力大小有关；②与物体的重力有关；③与液体的密度有关。
（2）运用分组实验，发现初步结论。①分组探究实验，经历探究过程。把学生分成三个大组，每组分别设计并完成其中一个实验，以达到如下效果：让漂浮的小木块沉到水底；让橡皮泥漂浮在水面上；让鸡蛋漂浮在水面上。提供的实验材料如下：第一组，一块小木块、水、水槽、图钉；第二组；橡皮泥、水、水槽；第三组：一个鸡蛋；水、水槽、盐。学生们根据实验材料开展实验方案设计、实验操作开展、实验报告单填写等实验探究活动。实验过程如下：第一组，将小木块上钉上一定数量的图钉，使其沉入水中。第二组，把橡皮泥捏成“船”的形状；使其浮于水面。第三组，在水中不断加盐，使其慢慢上浮。②引导实验分析，发现初步结论。在第一组实验中，将小木块放置于水中会上浮，如果在小木块上钉入图钉就会致其下沉，原因在于钉入图钉加重了小木块的重力大小。在第二组实验中，把橡皮泥捏成“船”的形状，虽然橡皮泥的重力大小没有改变，但是它受到的浮力却增大了，并且浮力比重力大，因此能够漂浮在水面上。在第三组实验中，鸡蛋原来沉于水下，在水中加入适量的食盐会上浮是因为增大了水的密度，从而达到增大浮力的目的。上述实验过程以及学生的自主分析，可以使他们初步发现：浸于水中的物体会同时受到浮力和重力的双重作用，不管是改变物体的重力，还是改变其浮力，都可使其原有状态发生改变，因此影响沉浮的关键因素在于浮力和重力的大小比较。
（3）引导小组交流，提炼发现结论。学生在学习这一节课之前，已经学习过力和运动之间的关系，能够基于此判定物体的沉浮情况，而如果选择直接告知的方式，学生所获得的印象肯定不深。因此，要以学习小组为单位，引导学生通过小组交流和探讨，提炼出相应的结论。
通过小组探讨之后，学生们都得到一些初步结论：
小组1：当F浮>G时，物体上浮，而物体在露出水面之前所排开的液体体积没有发生改变，浮力的大小也没有发生改变；当物体开始露出液面，并继续上浮，所排开的液体体积逐渐减小，浮力也逐渐减小，最终，物体处于漂浮状态，浮力与重力相等，此时物体能够静止。
小组2：F浮=G，时，意味着物体所受到的力为平衡力，处于静止状态。此时追问：假如物体浸没在液面以下且F浮=G时，一旦物体所处的深度或者位置发生改变，是否同时也会改变其静止的状态？学生经过简单探讨之后，很快提出这一状态并不会发生改变，因为对于浮力的大小而言，与其相关的因素在于液体的密度以及所排开的液体的体积，当物体的位置发生改变之后，浮力和重力依然相等，所以仍处于平衡状态。就此我进行总结：当物体处于液面以下，既不会发生上浮，也不会出现下沉，能够位于液面以下的任意位置保持静止，这种状态我们称之为悬浮。
（4）基于合作探究，拓展发现结论。物体浸没时，V物=V排，引导学生基于这一特点，继续合作探究，着重探讨以下两个问题：①根据阿基米德原理，F浮应当如何表示？基于G=mg和m=ρV，那么，G物应当如何表示？②物体上浮之后处于漂浮或者悬浮状态时，或者下沉至底时，ρ液和ρ物之间的大小关系如何？在学生展开分组探讨的过程中，引导学生得出相应的三种结论。
在这一过程中，学生不但自主掌握了判断物体沉浮的另一种方法，也能够对生活中的现象进行科学合理的解释。此时，教师可以通过追问，巩固所学知识，提高课堂教学的趣味性：为什么浮于水面的是木头，但是沙粒却沉于水底？为什么萝卜会漂浮于水面？而当其被插入铁钉之后会沉入水底？很快学生们都能够基于密度的关系做出合理的解释。
总之，依托布鲁纳的“发现学习”理论进行初中科学实验教学设计，通过“创设实验情境，激发“发现欲望”；开展实验探究，初步发现结论；基于小组学习，完善发现结论；基于合作探究，拓展发现结论”四个环节展开教学，能够让学生真正经历“基于科学猜想—开展科学探究—得出科学结论”的学习过程，能够有效提高学生科学学习的自主性，进而有效提升学生的科学核心素养。
参考文献
[1]高珂做好物理实验教学法在初中物理教学中的应用[J].科技资讯，2018，（01）。
[2]周振山刍议初中物理实验教学方法的创新思路[J].中国新通信，2018，（08）。