基于核心素养导向的初中科学实验探究试题命题设问艺术——以“牛顿第一定律”为例

Vol.49 No.7
Jul.2020教学参考
试题研究基于核心素养导向的初中科学实验探究试题命题设问艺术
—以“牛顿第一定律”为例
陈民兵1费志明2
(1.浙江省海宁市斜桥中学浙江嘉兴314410;2.浙江省海宁市教师进修学校浙江嘉兴314400)
文章编号：l〇〇2-218X(2020)07-0069-02 中图分类号：G632.4 文献标识码：B 摘要：基于核心素养的评价，不仅关注学生的学业成就，更关注学生潜能的发展；实验探究题通常会设里多个小题，既要考虑测量目标的分布，又要体现各种能力的考查，同时还要确保试题考查的效度、信度和区分度等•实验探究题的命题设问技术基于变量因素、对照实验、转换思想、实验数据、科学推理、实验评价等六个角度，以核心素养培养为导向，设置问题。

关键词：核心素养；实验探究试题；命题；设问
初中科学学科的核心素养包括科学观念和应用、
科学探究和交流、科学思维和创新、科学态度和责任
四个维度。

教育评价是落实核心素养重要途径，通过
对实验探究的考查则是教育评价的手段之一。

一个
好的问题可以诱发和激发求知欲，引发学生深人的思
考[1]。

本文以牛顿第一定律的实验过程为试题的素
材，以科学探究过程和探究能力为核心素养的测量目
标，略谈实验探究题目的命题设问技术。

浙教版初中科学七年级下册教材中牛顿第一定
律的教学设置了如下的“活动”：
1. 在分别铺上棉布和丝绸的水平木板上（如图1
甲和乙），让小车从斜面的顶端自由下滑，观察并记录
小车在水平面上运动的距离。

2. 水平木板上不铺任何材料，如图1丙，重复上
述实验。

冷-----切5^7
甲乙丙
图1
水平面的材料小车受到的阻力
(大，较大，小）
小车运动的
距离/cm
棉布
丝绸
木板
本活动可以得出：水平面越光續L，相同的小车运动时所受的阻力越____，小车运动的距离越____，小车速度减小得越
推论：如果水平面上运动时不受阻力的作用，那么它将____。

[2]
牛顿第=歪每的实验测量目标问题是：力对物体 的运动会产生怎样的作用？基于教材中的“活动”作 为素材，围绕探究牛顿第一定律的实验测量目标，命 制一道实验探究题目。

―、基于变量因素进行设问，培养理性思维能力
与教材“活动”目的不同，作为实验探究题的命题 素材，为了考査一定实验探究能力和探究过程技能，需要把教材“活动”只需要说明“阻力对小车运动的影响”改为“阻力对小车运动与什么因素有关”。

为此，对实验中诸多的变量进行了控制。

影响小车运动的因素有哪些呢？总体说来，是小
车本身因素和外界环境因素：①小车本身因素。

小车
本身因素包括小车的质量、小车到达水平面时的速度、小车的形状等，这些因素都对实验数据存在较大
的影响。

②外界环境因素。

影响小车滑动的距离大
小主要环境因素有水平面与小车之间的滑动摩擦力、空气阻力等。

本实验选择外界环境因素进行探究。

但木板本
身作为实验的自变量，范畴还是太宽泛，容易造成难
以控制无关变量的情况，干扰实验的结果。

所以，最
终本实验选取相同的木板，铺设不同材料。

本实验的设问：（1)本实验研究的问题是____；
(2) 小敏同学设计上述实验方案是基于___的
(3) 本实验可得到的初步结论是____。

参考答案：（1)阻力对小车有什么影响；（2)
阻力越小对小车运动影响越不明显；（3)对相同速度
的同一物体，运动时所受的阻力越小，运动的距离
越长。

设计意图通过对实验方案的分析，寻找具体哪
个自变量影响了结果：自变量与因变量存在有什么因
果关系？探究活动是基于哪个自变量可能会影响因
变量而设计的？[3]。

这类设问是把学生理性思维的培
养放在最重要的位置上，是一种以学生为主体，综合
运用控制变量的思想去分析和解决问题的能力，突出
了学科素养导向，注重能力考查。

二、基于对照实验进行设问，培养自主学习能力
逻辑实证推理的一个基本要点就是通过对照实
验获取事实与证据。

对照实验包括实验和对照两个
组别，通常而言，实验组需要实验者对实验对象进行
一定的人为处理，对照组则无须经过处理。

对实验对 象的人为处理设置了实验组，实验对照可根据实际的
需要可以设一组或多组[4]。

为了拓展学生思维，围绕对照实验进行再次设问，本实验的问题可设置如下：
完成上面的探究后，小敏还想利用上述器材探究 “物体速度的大小与阻力的关系”。

小敏设置的实验
E-mail：
XWL551@163
试题研究教学参考
第49卷第7期
2020年7月
方案是____。

参¥¥案：同一小车从斜面不同一高度静止释放，观测小车在木板上运动的距离。

设计意图本活动中应该还有探究不同质量、不 同材质、不同形状的物体受到阻力大
小影响的实验，实验者处理控制变量时特别需要 认真权衡的。

控制变量为目的的实验操作，给实验带 来了诸多影响，但恰恰为命题提供了丰富的设问素材。

三、 基于转换思想进行设问，培养勇于探究能力
一个事物的作用往往是在这个事物不在（或失 去）的时候看得最清楚。

比如，电对我们生活的作用，往往是在没电的时候我们最清楚。

没有力作用时物体将做什么运动？让一辆小车在水平面上运动，改变 条件使小车受到的阻力逐渐变小，看小车的运动有什 么不同，然后外推出物体不受力作用时将做什么运动[4]。

围绕可观察、可测量、可操作的特征进行设问，本 实验的设置如下问题：
小敏在实验中设置了三种粗糙程度不同的表面，让小车从斜面上同一位置滑下，小敏通过观察 ，说明小车受到的阻力越小，速度减小越慢。

参考答案：小车在棉布表面滑行的距离最近，在丝 绸表面滑行的距离较远，在木板表面滑行的距离最远设计意图由于物理量之间存在多种关系和效应，因此将会有多种不同的转换法，这恰恰反映了科学实验中最具启发性和开创性的一面。

而选用转发 思想的设问，不仅考査学生对实验探究活动过程的了 解，还能精准检测出学生是否掌握具体步骤中操作的 目的性。

四、 基于实验数据进行设问，培养信息意识能力
本实验涉及的实验数据，大致包括木块的质量、小车受到的阻力大小、小车滑行的距离等。

由于小车 滑行的距离不仅仅是由所受摩擦力大小造成的，还包 括小车到达水平面的速度，小车的质量等。

为了精简 实验数据，减少无关因素对实验的干扰，实验设计方 案中只选取了所受摩擦力大小与小车滑行距离之间的关系。

小敏通过实验测得数据如表1所示。

表1
水平面的材料小车受到的阻力
(大，较大，小)
小车运动的
距离/cm
棉布大8
丝绸较大13
木板小25
围绕这个实验数据，可以进行如下的设问：
实验结论：小车在水平面上运动，平面越光滑，小车受到的阻力 ，小车运动的距离，速度减小得—。

参考答案：越小；越长；越慢
设计意图信息意识是人们产生信息需求，形成 信息动机，进而自觉寻求信息、利用信息、形成信息兴 趣的动力和源泉。

科学实验数据（及其图表）是定量实验结果的重要表现方式，也是体现研究结果的重要 证据。

基于实验数据的设问可促进教师改进教学方式，科学使用实验数据，培养学生信息意识能力的
提升。

五、基于科学推理进行设问，培养勤于反思能力
综观三个对比实验，在控制摩擦阻力不同时，必 须保证其他影响小车滑动距离的因素都相同。

教材 中活动强调了控制变量和实验加推理的科学方法，但 为什么需要控制变量，怎么样去控制变量是很多学生 疑惑的地方。

另外，实验推理是在正确实验基础和实 验结果的基础之上进行的推理。

为考查推理的前提条件和结论，培养学生勤于反 思的能力，设置如下问题：
小敏进行“阻力对小车运动影响”的实验。

如图 是同一小车从相同的斜面处由静止下滑，在粗糙程度 不同的水平面上运动的过程。

（三种接触面的粗糙程 度由小到大的顺序是：木板、棉布、毛巾）
水平面上铺棉布 水平面上为木板 水平面上为铺毛巾
f^"~..^7
甲乙丙
图2
(1) 通过实验结果能直接证明__。

①牛顿第一定律；②物体的要力维持；③ 力能改变物体的运动状态；④小车能在水平面继续运 动是受到了惯性的作用。

(2) 为了推理得出物体不受力时的运动状况的结论，图中的三次实验合理的顺序：____。

(3) 实验结束后，小敏思考，车仅泛…一受重力的作用，对于右图虚线所示的小车运动 图3
轨迹，你认为可能吗？请写出理由。

___。

参考答案：（1)③ （2)丙甲乙(3)不可能，只受重力作用时，小车运动的轨迹应偏向重力方向设计意图推理能力是学生逻辑思考能力的具
体体现.实验探究推理问题的设置是培养学生推理能 力的重要途径。

学生回答这一问题，就需要分析问题 涉及的知识点，并联系先前学习的内容，结合问题情
境推测预想的答案，从而培养学生养成分析、探究、反 思、论证等思维习惯。

基于初中科学核心素养为导向的实验探究试题
的设问方式，设计与初中科学学科的核心知识相关联 的问题，对理性思维、学习能力、探究能力、信息意识、勤于反思和批判性思维等学科关键能力和必备品格
进行多维度的考查。

参考文献
[1]中华人民共和国教育部.义务教育初中科学课程标准
[M]•北京：北京师范大学出版集团，2013:2-3.
[2] 朱清时.科学七年级下册[M].杭州：浙江教育出版社，
2014,106-107.
[3]蔡呈腾.初中生物实验探究题的命题设问技术[J].中学
生物学，2018(9):26.
[4]郑青岳.郑青岳科学教育讲演录[M].杭州：浙江教育出
板社，2015:42-43.
(本文编辑：王萍）
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