優(yōu)化實驗設計培養(yǎng)證據(jù)意識
——以《焦耳定律》為例

周曉慧 徐志紅

(1.江蘇省蘇州市立達中學校 215000;2.江蘇省無錫市鳳翔實驗學校 210043)

所謂證據(jù)意識，即“人們在社會生活和交往中對證據(jù)作用和價值的一種覺醒和知曉的心理狀態(tài)，是人們在面對糾紛或處理爭議時重視證據(jù)并自覺運用證據(jù)的心理覺悟”.

實驗設計中的證據(jù)意識培養(yǎng)，旨在以探究的知識為資源，證據(jù)意識為途徑，讓學生參與知識的產(chǎn)生及科學方法應用的過程，來培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和思維品質(zhì)，以提高學生的科學素養(yǎng).

下面以《焦耳定律》為例，在實驗設計中如何培養(yǎng)學生的證據(jù)意識.

一、體驗生活，觸摸實驗設計的“敲門磚”

案例1 《焦耳定律》

正直冬天時節(jié)，課前在教室里接上電爐，請學生都來取暖，學生都把雙手放在熱的發(fā)紅的電爐絲的上方附近，感受電爐的溫暖的同時，注意到電爐絲熱的發(fā)紅，而導線卻不怎么熱.

實驗設計要以生活經(jīng)驗和已有知識、技能為依據(jù)，否側(cè)就是“空中樓閣”，經(jīng)不起理性的推導與實驗的檢驗.在缺少生活經(jīng)驗的時候，教師就應當創(chuàng)設情境，有意識的增加學生的體驗.在《焦耳定律》一節(jié)中，學生對電流的熱效應的體驗是很少的也是無意識的，故而在課前這樣設計的活動，讓學生對生活現(xiàn)象的無意注意轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸庾⒁?，以增強對電流熱效應的感知，也為后面如何比較電阻產(chǎn)生熱量多少的實驗設計作鋪墊.

二、追問證據(jù)，探尋實驗設計的本質(zhì)

案例2 《焦耳定律》

師：如何研究電流產(chǎn)生的熱與電阻的關系？

生1：取兩個不同的電阻，各自接入電路中，比較產(chǎn)生熱量的多少？

生2：各自接入電路中就較難控制電流相同，所以我們可以讓R1和R2串聯(lián)在同一個電路中，這樣既控制了電流相同，又控制了通電時間相同.

師：為什么要控制電流和時間相同？

生：控制變量法啊！

很多學生都是這么回答的，已經(jīng)成為一種習慣、一種機械化的概念了.科學方法的重要性已經(jīng)日益凸顯出來，我們在授課的時候，不僅要讓學生會用控制變量法，更要知道為什么要用？于是我們要追問、引導.

“為什么要用控制變量法？如果電流也不一樣，那電阻產(chǎn)生的熱量是由于電阻的不同引起的還是電流的不同引起的？”

于是學生明白了，如果電流也不一樣，那就不能判斷產(chǎn)生熱量不同是因為電阻不同還是電流不同，也就不能研究電熱與電阻的關系了.

如何比較電阻產(chǎn)生電熱的多少呢？因為熱量是看不到，也沒有直接測量熱量的儀器，于是我們想到了轉(zhuǎn)換法.讓電阻產(chǎn)生的電熱加熱燒瓶中的液體，轉(zhuǎn)換成燒瓶中液體溫度的上升量(Δt)，即用燒瓶中液體溫度的上升量(Δt)反映產(chǎn)生電熱的多少.

“為了能用液體溫度的上升量(Δt)反映產(chǎn)生電熱的多少，對燒瓶中的液體有什么要求？為什么？”

“要相同”這是很多學生的回答.看似用到了控制變量法，而實際上學生是不明白的.當問起“要控制什么物理量相同的時候？”猜測便開始了，“體積”“密度”“質(zhì)量”“溫度”不管三七二十一，凡是有關于液體的物理量都要控制相同.

這樣的情況，在物理課堂上比比皆是，所反映出的是學生對科學方法的理解和應用是完全不到位的，科學方法的教學僅僅停留在機械式的記憶和格式的遷移上.這樣的教學是一種知識與技能的灌輸，缺少了對科學方法的理解，把科學方法概念化了.學生處理問題的能力和科學方法的使用沒有得到真正的鍛煉.故而教師要想辦法讓科學方法在學生的心理再向前走一步.比如追問“用什么科學方法？怎么用？為什么用？”讓科學方法在物理課堂上扎根.

三、展現(xiàn)證據(jù)，經(jīng)歷思維發(fā)展的過程

通過追問展現(xiàn)證據(jù)，調(diào)動學生的思維；通過問題鏈的方式，展現(xiàn)思維發(fā)展的過程，以提高學生的思維品質(zhì).

案例3 研究玻璃管中氣泡的運動速度的變化情況

師：讓小氣泡運動快些，還是慢些好？說明理由.

生：慢一點好，測量時間更精確.

師：你的辦法是什么？請大家試試

生：(學生實驗，如何讓氣泡運動的慢一點.)

師：判斷氣泡運動時速度變化的情況，你有什么方法？設計實驗.

生：測量氣泡通過的路程和時間，然后用路程除以時間，求得速度.

(毛坯房子已經(jīng)初見雛形，然而還遠遠不夠，需要我們在證據(jù)面前作出合理的改進)

(學生實驗，并請學生留意碰到的困難，碰到的困難就是需要改進的證據(jù)，相當于房子需要裝修)

生：測量時間時有點來不及，要離開管口一段距離后開始測量.

(發(fā)現(xiàn)、找到問題，并且通過討論提出改進的方案)

師：很好，不但談了困難，還說了解決的辦法.其他同學還碰到什么困難了？

生：我覺得氣泡是有一定長度的，測量氣泡通過的總路程，應該是玻璃管的長度減去氣泡的長度.

師：好的，你考慮到了氣泡的長度.恩，細心的同學.還有別的困難嗎？

(拿一組的數(shù)據(jù)放在投影儀上，簡易分析數(shù)據(jù))

師：(引導)好了，恭喜大家，你們已經(jīng)把速度比較精確的計算出來了，請討論玻璃管中氣泡的運動速度的變化情況？

生：好像不能，突出的是變化情況，只有一組數(shù)據(jù)不能判斷速度變化情況的，要多測量幾個速度值才能判斷.

師：怎么多測幾個速度值？請同學討論

生：我們可以把整個路段分成幾個區(qū)間，想辦法測出每個區(qū)間的速度.通過幾個速度值來判斷氣泡是不是做勻速直線運動.

師：好，想法不錯，有創(chuàng)意.你對區(qū)間有什么要求？

生：我認為區(qū)間要越多越好，這樣測出的速度值就多，更能反映出氣泡運動速度的變化，且每個區(qū)間的長度要相等.生2：也可以不等的吧！(讓證據(jù)意識成為一種課堂生活，毛坯逐漸修改成精品)

師：不錯，那邊同學真有思想、有勇氣，敢取不同長度的區(qū)間.好，等一下實驗的時候，你們就取不同長度的區(qū)間，老師支持你們.(居于證據(jù)意識的開放，體驗自己的創(chuàng)意)

物理是一門講理的學科，這個理其實就是證據(jù).在這個案例中教師以八個具有遞進關系的問題形成問題鏈，把整個實驗的線索、注意點和要求等串聯(lián)起來，讓學生在講證據(jù)的課堂氛圍中熟悉了這個實驗的來龍去脈.

培養(yǎng)學生的證據(jù)意思已經(jīng)納入新課程標準，研究彰顯物理特色證據(jù)課堂已經(jīng)迫在眉睫，理論、實驗、經(jīng)驗等均可作為證據(jù)，本文僅以實驗設計為例，淺談證據(jù)意識扎根物理課堂的一些看法.培養(yǎng)學生基于證據(jù)的物理思維我們?nèi)沃囟肋h.