淺談初中物理實驗中人文精神和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

馬達(dá)榮

摘要

人文精神和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)和物理教學(xué)之間應(yīng)是密不可分、相互滲透、相互促進(jìn)、相輔相成的關(guān)系。本文以“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”的實驗教學(xué)為案例，剖析實驗教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生人文精神和科學(xué)素養(yǎng)的具體做法。

關(guān)鍵詞

人文精神 科學(xué)素養(yǎng) 實驗 初中物理

初中物理實驗教學(xué)的目的，不僅是培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的人文精神和科學(xué)素養(yǎng)也非常重要。教育的任務(wù)是培養(yǎng)人，關(guān)注學(xué)生的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀，引導(dǎo)學(xué)生的情感、態(tài)度、價值觀的取向。《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》要求中學(xué)物理實施探究式的教學(xué)模式，它不僅能使學(xué)生經(jīng)歷基本科學(xué)探究過程，體驗構(gòu)建知識過程，而且注重培養(yǎng)學(xué)生的人文精神和科學(xué)素養(yǎng)。下面以“探究電流與電壓、電阻關(guān)系”的實驗教學(xué)為例，探討如何在物理探究實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的人文精神和科學(xué)素養(yǎng)。

一、培養(yǎng)勇于探索、熱愛科學(xué)的人文精神

李政道說，要開創(chuàng)新路子，最關(guān)鍵的是你要能自己提出問題，能正確地提出問題，就是邁開了創(chuàng)新的第一步。歷史上一些著名定律、原理的提出，往往有一些傳奇式的故事，在引入新課時，教師可以給學(xué)生介紹一些科學(xué)家的故事，尋找一些有利于科學(xué)態(tài)度培養(yǎng)的情景。如這節(jié)課，教師可以給學(xué)生形象地介紹歐姆的故事：“1787年3月16日，歐姆誕生于德國一個貧窮而普通的鎖匠家里……他在孤獨(dú)和困難的環(huán)境中始終堅持不懈地努力，終于取得成果，找到了電流與電壓、電阻的關(guān)系。那么它們之間是什么關(guān)系呢？相信200多年后的今天，我們并不缺乏資料和儀器，我們也一定能探究出它們之間的關(guān)系?！苯處熗ㄟ^這段敘述，能激發(fā)學(xué)生在逆境中拼搏進(jìn)取的動力，以此培養(yǎng)學(xué)生堅韌不拔的性格和不畏艱難、勇于探索、熱愛科學(xué)的精神，并能培養(yǎng)學(xué)生自覺地將科學(xué)知識應(yīng)用和服務(wù)于生產(chǎn)、生活的意識。

二、學(xué)會合理猜想

猜想的過程是學(xué)生思維發(fā)散的最活躍階段，也是創(chuàng)新的開端，要求學(xué)生根據(jù)設(shè)置的問題情景進(jìn)行合理的猜想，試著像科學(xué)家一樣提出假設(shè)與猜想，設(shè)想可能的答案，并且要有根據(jù)。猜想是智慧和創(chuàng)新的源泉，哥德巴赫猜想像一顆皇冠上的明珠，引得許多科學(xué)家孜孜不倦、夜以繼日地辛勤探索，所以應(yīng)鼓勵學(xué)生要有勇于猜想，大膽質(zhì)疑，不迷信權(quán)威的科學(xué)態(tài)度。

學(xué)生分組討論，教師適當(dāng)提示。學(xué)生聯(lián)系已學(xué)內(nèi)容以及實驗現(xiàn)象，猜想：電流與電壓的大小有關(guān)，因為電壓是形成電流的原因；電流與導(dǎo)體的電阻有關(guān)，因為電阻對電流有阻礙作用。教師對學(xué)生的回答給予肯定。最后，根據(jù)學(xué)生的個別回答，師生共同提出猜想：電路中的電流與電壓、電阻兩者有關(guān)。

猜想不是亂猜，而是需要根據(jù)已有知識和生活經(jīng)驗等進(jìn)行合理合情的猜測，這里的合理合情，就是要幫助學(xué)生培養(yǎng)的一種科學(xué)素養(yǎng)。

三、學(xué)會甄別和創(chuàng)新

制訂計劃與設(shè)計實驗是學(xué)生感到最困難的一個環(huán)節(jié)，又是非常有利于啟迪學(xué)生心智的環(huán)節(jié)。制訂計劃和設(shè)計實驗會使學(xué)生掌握實驗的方法，明確收集數(shù)據(jù)的途徑和方式，確定收集數(shù)據(jù)的范圍，了解探索所需的器材以及建立分析數(shù)據(jù)的方法和思路。鼓勵學(xué)生積極探索各種可行的方法，設(shè)計恰當(dāng)?shù)姆桨?，為后面的探究奠定基礎(chǔ)，培養(yǎng)勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。因電流與電壓和電阻這兩個變量有關(guān)，需采用控制變量的實驗方法，即在電壓一定時，電流與電阻有什么關(guān)系；在電阻一定時，電流與電壓有什么關(guān)系，這樣可以對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗方法的教育。

本節(jié)實驗設(shè)計需要解決“如何改變電壓”及“如何改變電阻”問題。

改變電壓的方案：一是利用電壓可調(diào)式電源改變電壓；二是串聯(lián)滑動變阻器。經(jīng)查看器材，實驗室未配備電壓可調(diào)式電源，若利用改變干電池節(jié)數(shù)的方法改變電壓，其電壓改變不連續(xù)，經(jīng)過深入思考，必然選擇串聯(lián)滑動變阻器這一方案。

改變電阻的方案更多：串聯(lián)定值電阻然后更換定值電阻、串聯(lián)小燈泡、串聯(lián)電阻箱等。先否定串聯(lián)小燈泡的方案，是因為它的阻值未知，并且當(dāng)電壓改變時，燈絲溫度變化會導(dǎo)致燈絲電阻變化，不利于采用控制變量法。其他兩個方案均可行，但用電阻箱能更為方便改變電阻。

學(xué)生根據(jù)桌面上的器材進(jìn)行選擇，并考慮儀器的規(guī)格、型號、量程和實驗的安全性等因素。學(xué)生在不知不覺中就能將理論聯(lián)系實際，并根據(jù)實際情況，優(yōu)化儀器組合，以現(xiàn)有的儀器進(jìn)行實驗和科學(xué)探究，培養(yǎng)了勤儉節(jié)約的優(yōu)良品德。學(xué)生通過制訂計劃與設(shè)計實驗不僅能培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的科學(xué)態(tài)度，還能培養(yǎng)勇于克服困難的科學(xué)精神和積極創(chuàng)新的意識。

四、培養(yǎng)團(tuán)隊意識和實事求是的科學(xué)態(tài)度

實驗前要分組，組內(nèi)的分工要明確，注意發(fā)揮每個學(xué)生在探究活動中的作用，做到每個人都有任務(wù)，與組內(nèi)成員之間又有合作。在連接電路時，開關(guān)要斷開，以防電路發(fā)生短路；滑動變阻器調(diào)到最大阻值處，以防電路中電流過大燒壞元件；電流表和電壓表要注意選擇恰當(dāng)?shù)牧砍?，電流從正接線柱流進(jìn)，從負(fù)接線柱流出，電流表要串聯(lián)在電路中，電壓表要并聯(lián)在電阻兩側(cè)等，以此對學(xué)生進(jìn)行保護(hù)實驗器材、愛護(hù)公共財產(chǎn)的良好品德和習(xí)慣的教育，同時進(jìn)行嚴(yán)肅認(rèn)真、遵守操作規(guī)則的科學(xué)態(tài)度教育。

在實驗時教師要指導(dǎo)學(xué)生分析電路連接過程中出現(xiàn)的故障，積極尋找原因，幫助他們克服困難，排除故障；若在讀取電壓表和電流表的數(shù)值時，數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大誤差，學(xué)生要認(rèn)真尋找原因，及時糾正，不能捏造數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實事求是的科學(xué)觀。學(xué)生在求異、探索中趨于有序，既培養(yǎng)了獨(dú)立操作能力，又培養(yǎng)了團(tuán)隊精神；既發(fā)展了思維能力，又開發(fā)了創(chuàng)造能力。

五、掌握嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)語言

通過實驗學(xué)生獲得上述數(shù)據(jù)，運(yùn)用科學(xué)方法對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與論證，揭示現(xiàn)象和規(guī)律相互轉(zhuǎn)化的對立統(tǒng)一的規(guī)律。分析數(shù)據(jù)時，教師要提醒學(xué)生注意“電阻一定”的前提，強(qiáng)調(diào)要尊重科學(xué)，以事實為依據(jù)，養(yǎng)成一絲不茍的科學(xué)態(tài)度。有部分學(xué)生在總結(jié)電流與電壓關(guān)系時，不能準(zhǔn)確地總結(jié)到“成正比”的定量關(guān)系，可以用作圖的方法把表格中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像，從而準(zhǔn)確、直觀地反映電流與電壓的關(guān)系。部分學(xué)生還可能把實驗結(jié)論的因果關(guān)系弄錯，比如說成“電阻與電流成反比”，這里需要認(rèn)真理清這種說法錯誤的原因。得出結(jié)論的過程是培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息的科學(xué)技能，也是培養(yǎng)學(xué)生勇于鉆研、積極探索、堅韌不拔的科學(xué)精神。學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)之間的規(guī)律，得出結(jié)論的過程，是學(xué)生發(fā)展創(chuàng)造性思維的過程。

六、注重交流與反思

針對學(xué)生實驗過程中出現(xiàn)的問題，討論：

（1）移動滑片時，若一個表示數(shù)變大，另一個表示數(shù)卻變小，實驗出現(xiàn)了什么錯誤？

（2）有同學(xué)的實驗數(shù)據(jù)中，電流與電阻并不成反比，是什么原因?qū)е碌模?/p>

（3）有的同學(xué)電流表沒示數(shù)，電壓表有示數(shù)，實驗電路出現(xiàn)什么故障？

（4）探究電流與電阻關(guān)系時，某組換上一個大的定值電阻，無論怎樣移動滑片都不能使電壓表示數(shù)回到原來的值，有哪些可能的原因？

讓學(xué)生反思實驗過程中存在的問題，如：設(shè)計是否合理、操作有無失誤、數(shù)據(jù)是否可靠、結(jié)論是否正確等，培養(yǎng)學(xué)生勇于發(fā)現(xiàn)錯誤和疏漏、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，同時能發(fā)展學(xué)生的批判性思維；通過交流，學(xué)生敢于放棄自己的錯誤觀念，能采納別人正確的意見，從而學(xué)會交流與協(xié)作，具有相互學(xué)習(xí)的優(yōu)良品德和團(tuán)隊合作精神?？梢哉f，交流與反思，是科學(xué)進(jìn)步的源泉和不竭動力。

歐姆經(jīng)過十幾年堅持不懈的努力才總結(jié)了這一偉大的定律，學(xué)生從心靈深處產(chǎn)生對科學(xué)工作者堅韌不拔、鍥而不舍的頑強(qiáng)探索精神的敬佩，這對培養(yǎng)學(xué)生的人文精神和科學(xué)素養(yǎng)會起到積極的作用。而人文精神和科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)是物理教學(xué)工作的靈魂。中學(xué)物理探究實驗的教學(xué)能使學(xué)生在自主的狀態(tài)下進(jìn)入現(xiàn)實的體驗過程，并讓學(xué)生的心情和情感在這個過程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的震撼，進(jìn)而自覺反思，獲得醍醐灌頂?shù)念D悟，使思想與靈魂在科學(xué)知識的學(xué)習(xí)中得以升華。這種學(xué)生用心靈和情感的體驗換來的覺醒，要比空洞說教更具有實效性和長效性。

（作者單位：江蘇省泰興市濟(jì)川初級中學(xué)）