科學(xué)思維缺失導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ο陆?/h1>

2016-12-10 20:42:06夏季云

物理教學(xué)探討 2016年9期 收藏

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/a>科學(xué)思維操作

夏季云

摘 要：現(xiàn)在物理高考實(shí)驗(yàn)的走向表明：一方面重視“操作”的考查，另一方面重視原理的應(yīng)用考查及數(shù)據(jù)處理。對(duì)于前者主要體現(xiàn)在有沒(méi)有動(dòng)手練習(xí)過(guò)，后者主要體現(xiàn)對(duì)原理的理解及應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問(wèn)題的能力。某些中學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍不夠重視，導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)思維得不到很好的訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ξ?dāng)然得不到應(yīng)有的發(fā)展，需要認(rèn)真的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；操作；?shù)據(jù)處理

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）9-0059-3

科學(xué)思維，也叫科學(xué)邏輯，即形成并運(yùn)用于科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)、對(duì)感性認(rèn)識(shí)材料進(jìn)行加工處理的方式與途徑的理論體系；它是真理在認(rèn)識(shí)的統(tǒng)一過(guò)程中，對(duì)各種科學(xué)的思維方法的有機(jī)整合，它是人類實(shí)踐活動(dòng)的產(chǎn)物。在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中，科學(xué)思維必須遵守3個(gè)基本原則：在邏輯上要求嚴(yán)密的邏輯性，達(dá)到歸納和演繹的統(tǒng)一；在方法上要求辯證地分析和綜合兩種思維方法；在體系上，實(shí)現(xiàn)邏輯與歷史的一致，達(dá)到理論與實(shí)踐的具體的、歷史的統(tǒng)一。

從核心素養(yǎng)的視角來(lái)看，物理學(xué)科科學(xué)思維包括：建模意識(shí)和能力、科學(xué)推理、尋找規(guī)律、形成結(jié)論，解釋和解決實(shí)際問(wèn)題；證據(jù)意識(shí)，證據(jù)能力（對(duì)研究的問(wèn)題描述、解釋和預(yù)測(cè)；批判思維、基于證據(jù)質(zhì)疑、創(chuàng)新）。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)典型操作（教材提供）的考查是過(guò)去高考中的主要形式，但隨著高考時(shí)間的積累，命題人員受課程標(biāo)準(zhǔn)、教材、考試說(shuō)明要求的種種限制，命題思路也發(fā)生了根本變化，現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)考查幾乎找不到與教材一樣的跡象，當(dāng)然本質(zhì)上肯定不會(huì)脫離教材，超越考試要求。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?，現(xiàn)在物理高考實(shí)驗(yàn)的走向表明：一方面重視“操作”的考查，另一方面重視原理的應(yīng)用考查及數(shù)據(jù)處理。對(duì)于前者主要體現(xiàn)在有沒(méi)有動(dòng)手練習(xí)過(guò)，后者主要體現(xiàn)對(duì)原理的理解及應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問(wèn)題的能力?，F(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)考查體現(xiàn)了科學(xué)素養(yǎng)中的科學(xué)推理、尋找規(guī)律、形成結(jié)論，解釋和解決實(shí)際問(wèn)題；證據(jù)意識(shí)，證據(jù)能力。

當(dāng)下中學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)普遍不夠重視，主要有以下表現(xiàn)：

一是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)操作的簡(jiǎn)單化、形式化。學(xué)生看教師實(shí)驗(yàn)，然后簡(jiǎn)單模仿，實(shí)驗(yàn)報(bào)告人為編造或干脆不寫。

二是實(shí)驗(yàn)練習(xí)（試題）編制籠統(tǒng)化。如“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”中不分情況總是認(rèn)為一定要滿足m<

三是學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的機(jī)械化。由于學(xué)時(shí)限制，高考錄取制度等因素，學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)更多的以記憶為主，對(duì)原理、過(guò)程不去理解。

四是實(shí)驗(yàn)教學(xué)重形式輕思維。教師要么不做實(shí)驗(yàn)，要么應(yīng)付實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的變式訓(xùn)練非常欠缺，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺少理性思考。

以上問(wèn)題的存在導(dǎo)致學(xué)生科學(xué)思維得不到很好的訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Ξ?dāng)然得不到應(yīng)有的發(fā)展。

下面以江蘇2016高考物理實(shí)驗(yàn)題為例作一說(shuō)明。

10.（8分）小明同學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究某一金屬電阻的阻值R隨溫度t的變化關(guān)系。已知該金屬電阻在常溫下的阻值約為10 Ω，R隨t的升高而增大。實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示，控溫箱用以調(diào)節(jié)金屬電阻的溫值。

實(shí)驗(yàn)時(shí)閉合S，先將開關(guān)K與1端閉合，調(diào)節(jié)金屬電阻的溫度，分別記下溫度t1，t2，……和電流表的相應(yīng)示數(shù)I1，I2，……。然后，將開關(guān)K與2端閉合，調(diào)節(jié)電阻箱使電流表的實(shí)數(shù)再次為I1，I2，……，分別記下電阻箱相應(yīng)的示數(shù)R1，R2，……。

（1）有以下兩電流表，實(shí)驗(yàn)電路中應(yīng)選用

A.量程為0～100 mA，內(nèi)阻約為2 Ω

B.量程為0～0.6 A，內(nèi)阻可忽略

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要將電阻箱的阻值由9.9 Ω調(diào)節(jié)至10.0 Ω，需旋轉(zhuǎn)圖中電阻箱的旋鈕“a”“b”“c”，正確的操作順序是_______________

①將旋鈕a由“0”旋轉(zhuǎn)至“1”

②將旋鈕b由“9”旋轉(zhuǎn)至“0”

③將旋鈕c由“9”旋轉(zhuǎn)至“0”

（3）實(shí)驗(yàn)記錄的t和R數(shù)據(jù)見(jiàn)表1

請(qǐng)根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在答題卡的方格紙上作出R-t圖像（如圖2）。

由圖線求得R隨t的變化關(guān)系為R=_____。

考后學(xué)生反映：（1）學(xué)生選B的理由主要有兩條，一是電表內(nèi)阻可忽略，二是量程大；（2）學(xué)生不知所然，找不到判據(jù)；（3）不習(xí)慣從圖像中直接找，總是想去推導(dǎo)出R隨t的變化關(guān)系。

問(wèn)題解決出錯(cuò)的根源是缺少對(duì)電學(xué)實(shí)驗(yàn)原則的深度理解：（1）電表量程選擇的依據(jù)是安全前提下利于讀數(shù)，盡管電表內(nèi)阻一般對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差，但絕不能認(rèn)為是全部，一定要從電路連接實(shí)際和電路的規(guī)律綜合考慮后判斷；（2）電阻箱本質(zhì)上也是變阻器的一種，電路連接的安全性要求連入電路的電阻在電路閉合前要盡可能大；（3）在坐標(biāo)紙上作圖時(shí)如何描繪平滑曲線，對(duì)不合理的測(cè)量值大膽舍棄。

對(duì)本題作一具體分析，電阻的測(cè)量采用的是等效替代法，電表的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量結(jié)果不構(gòu)成影響，滑動(dòng)變阻器采用的是限流接法，電源電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，金屬電阻在常溫下的阻值約為10 Ω，R隨t的升高而增大，滑動(dòng)變阻器的阻值為0～10 Ω，根據(jù)歐姆定律知，電流至少可控制在75 mA以下，考慮電表內(nèi)阻不影響結(jié)果及安全因素兩表均可使用，考慮有利于讀數(shù)，量程選0～100 mA更好。

11.（10分）某同學(xué)用如題11-1圖所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（圖3）。一根細(xì)線系住鋼球，懸掛著鐵架臺(tái)上，鋼球靜止于A點(diǎn)，光電門固定在A的正下方。在鋼球底部豎直地粘住一片寬帶為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過(guò)光電門的擋光時(shí)間t由計(jì)時(shí)器測(cè)出，取v=作為鋼球經(jīng)過(guò)A點(diǎn)時(shí)的速度。記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t，計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢(shì)能變化大小ΔEp與動(dòng)能變化大小ΔEk，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。

（1）ΔEp=mgh計(jì)算鋼球重力勢(shì)能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測(cè)量釋放時(shí)的鋼球球心到_______________之間的豎直距離

A.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端

B.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心

C.鋼球到A點(diǎn)時(shí)的底端

（2）用ΔEk=mv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小，用刻度尺測(cè)量遮光條的寬度，示數(shù)如題11-2圖所示（圖4），其讀數(shù)為_____cm。某次測(cè)量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0.0100 s，則鋼球的速度v=___m/s。

（3）表2為該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點(diǎn)？請(qǐng)說(shuō)明理由。

（4）請(qǐng)你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。

考后學(xué)生反映：（1）略；（2）略；（3）類型一：一定存在的，空氣阻力是重要原因，所以同意題述觀點(diǎn)；類型二：動(dòng)能增加怎么可能超過(guò)勢(shì)能減少，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否有誤。

從宏觀上看，問(wèn)題解決出錯(cuò)的根源是缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及物理概念的深度理解：（1）略；（2）略；（3）實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖球?yàn)證機(jī)械能守恒定律。動(dòng)能變化量的確定，速度如何測(cè)量；勢(shì)能變化量的確定，高度變化如何測(cè)量。實(shí)驗(yàn)裝置及操作中哪些因素可能對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

對(duì)本題作一具體分析，研究的對(duì)象是鋼球。鋼球高度的變化用重心位置的變化來(lái)表示，學(xué)生易于接受；用遮光條的速度等效替代鋼球的速度，遮光條速度的測(cè)量采用的是平均速度等效替代瞬時(shí)速度，學(xué)生自然會(huì)意識(shí)到遮光條與鋼球離圓心位置的不同存在差異，導(dǎo)致線速度不一樣，這一差異是造成動(dòng)能增加超過(guò)勢(shì)能減少的根本原因；從運(yùn)動(dòng)過(guò)程看空氣阻力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響客觀存在；平均速度代替瞬時(shí)速度會(huì)帶來(lái)誤差；遮光條動(dòng)能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)帶來(lái)影響；鋼球中心高度變化給測(cè)量帶來(lái)誤差……

以上分析表明，造成錯(cuò)誤的原因體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)滿足于簡(jiǎn)單操作，不求甚解，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理不深度理解，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程不深入分析，對(duì)數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)結(jié)果不科學(xué)對(duì)待?？傊?，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不重視和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的不當(dāng)造成了學(xué)生的科學(xué)思維欠缺，結(jié)果影響了學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ陌l(fā)展。

（欄目編輯 王柏廬）

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