基于科學(xué)精神培養(yǎng)的物理實驗教學(xué)實踐與探索*

□沈偉云

（嵊州市教體局教研室，浙江嵊州 312400）

科學(xué)精神是指學(xué)生在學(xué)習(xí)、理解、運用科學(xué)知識和技能等方面形成的價值標(biāo)準(zhǔn)、思維方式和行為表現(xiàn)，具體包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等基本要點，[1]是六大核心素養(yǎng)之一.物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神的顯性載體.但在實際教學(xué)中許多教師僅把實驗理解成使用和操作測量工具、儀器設(shè)備以驗證定律的一項教學(xué)手段，而忽視學(xué)生理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等科學(xué)精神的培養(yǎng).為此，開展了基于教材實驗及實驗拓展而進(jìn)行的科學(xué)精神培養(yǎng)的實踐與探索.

一、理性思維，發(fā)展學(xué)生邏輯推理能力

理性思維要求邏輯清晰，能運用科學(xué)的思維方式認(rèn)識事物、解決問題、指導(dǎo)行為等.理性思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎(chǔ)上的思維方式，庫恩認(rèn)為，理性思維是智力發(fā)展的最終目標(biāo)，教育的核心在于發(fā)展學(xué)生的思維，尤其是理性思維.[2]在物理實驗教學(xué)中，教師可通過引導(dǎo)學(xué)生開展邏輯推理來培養(yǎng)學(xué)生的理性思維，達(dá)到深度學(xué)習(xí)科學(xué)知識的目的.

如在探究阿基米德定律時，得出的結(jié)論是“浸在液體里的物體，受到向上的浮力，浮力的大小等于物體排開的液體受到的重力，即F浮=G排液=ρ液gV排液.對于F浮=G排液是通過實驗得出的結(jié)論，而對于F浮=ρ液gV排液，教材沒有呈現(xiàn)其推理過程，為此，教師可鼓勵學(xué)生進(jìn)行邏輯推理，其過程為：由于F浮=G排液，G排液=m排液g，得出F浮=m排液g，由于m排液=ρ液V排液，得出F浮=ρ液gV排液，以此可訓(xùn)練學(xué)生的理性思維.另外又如牛頓第一運動定律是在實驗基礎(chǔ)上進(jìn)一步推理得出，焦耳定律既可通過實驗來探究，也可由電功公式來進(jìn)一步推導(dǎo)得出，以此來訓(xùn)練學(xué)生的理性思維.

教師也可創(chuàng)設(shè)新的實驗情境，引導(dǎo)學(xué)生來分析推理，從而培養(yǎng)學(xué)生的理性思維.如圖1是研究電動機(jī)轉(zhuǎn)動時對小燈泡亮度是否產(chǎn)生影響的實驗，可讓學(xué)生先動手操作：抓住轉(zhuǎn)動軸，然后合上開關(guān)，觀察小燈泡的發(fā)光亮度，接著放開轉(zhuǎn)動軸使電動機(jī)轉(zhuǎn)動，觀察此時小燈泡的亮度變化，實驗結(jié)果表明，電動機(jī)轉(zhuǎn)動后，小燈泡會變暗.由此實驗也可引導(dǎo)學(xué)生通過邏輯推理進(jìn)行分析.其過程為：不轉(zhuǎn)時W電動=Q電熱，得出UI1t=I12(R+r)t，推理得出轉(zhuǎn)動時W'電動＞Q'電熱，得出 UI2t＞I22(R+r)t，推理得出 I2比較得出I2＜I1，燈泡變暗.

圖1

美國國家科學(xué)研究理事會（NRC）指出，“參與科學(xué)推理”的過程會讓學(xué)生的科學(xué)思維得到發(fā)展，同時促進(jìn)對科學(xué)知識的理解，理性思維有助于提高學(xué)生觀察、比較、分析、綜合、推理、抽象與概括等能力，是物理深度學(xué)習(xí)的應(yīng)然，并且教師也可通過物理建模等方式來培養(yǎng)學(xué)生的理性思維.

二、批判質(zhì)疑，提高學(xué)生問題解決能力

批判質(zhì)疑的重點是：具有問題解決意識，能獨立思考、獨立判斷，思維縝密，能多角度、辯證地分析問題，做出選擇和決定等.思維的批判性是指思維過程中善于嚴(yán)格地估計思維材料和精細(xì)檢查思維過程的良好品質(zhì).[3]教師在實驗教學(xué)中不僅要積極鼓勵學(xué)生質(zhì)疑，發(fā)展學(xué)生的批判性思維，并且也要致力于問題的解決，培養(yǎng)學(xué)生問題解決的能力.

如在探究電流與電壓關(guān)系的實驗中，教師可先讓學(xué)生自主設(shè)計探究方案，然后選擇典型方案組織學(xué)生開展討論，鼓勵學(xué)生開展評價，提出質(zhì)疑，對于該實驗學(xué)生設(shè)計了如圖2、圖3、圖4三種方案，教師可引導(dǎo)學(xué)生評價三種方案的優(yōu)劣.

圖2

圖3

圖4

有學(xué)生認(rèn)為圖3比圖2好，理由是圖3中的定值電阻可保持阻值不變而小燈泡的電阻要發(fā)生變化，有的學(xué)生則認(rèn)為圖4比圖3好，理由是圖4滑動變阻器可調(diào)節(jié)，便于多次實驗，但有一位學(xué)生提出質(zhì)疑，認(rèn)為如果滑動變阻器損壞了，利用圖3電路只要改變電源也能完成多次實驗.

通過對教材實驗的質(zhì)疑，不僅有助于發(fā)展學(xué)生的批判性思維，而且也有利于學(xué)生實驗設(shè)計能力的提高.同時，對于學(xué)生提出的質(zhì)疑，教師也要重視，積極引導(dǎo)學(xué)生開展進(jìn)一步探究，解決學(xué)生疑問，如在學(xué)習(xí)探究影響滑動摩擦力大小的因素后，有學(xué)生仍質(zhì)疑：重力越大，滑動摩擦力越大.于是教師鼓勵學(xué)生在查閱資料的基礎(chǔ)上以研究性學(xué)習(xí)的形式設(shè)計如圖5所示的探究實驗，并操作如下：

①將鐵塊放置在木板上，在沙桶中加入適量細(xì)沙，記錄壓力傳感器示數(shù)，然后水平向左拉木板，記錄拉力傳感器的示數(shù).

②對于同樣的鐵塊，通過增減細(xì)沙量，使壓力傳感器讀數(shù)不同，記錄拉力傳感器讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)對同一鐵塊，隨著壓力變化，拉力傳感器讀數(shù)也隨之變化.

③換用接觸面粗糙程度相同、質(zhì)量不同的鐵塊，通過增減細(xì)沙量，使壓力傳感器讀數(shù)相同，記錄拉力傳感器讀數(shù)，發(fā)現(xiàn)對于不同質(zhì)量的鐵塊，壓力相同時，拉力傳感器讀數(shù)也相同.

圖5

根據(jù)二力平衡條件，可知滑動摩擦力大小與拉力傳感器讀數(shù)相同，通過多次實驗，可得出滑動摩擦力大小與重力無關(guān)，與壓力有關(guān)的結(jié)論.

批判性思維不僅表現(xiàn)為善于判斷事物的是非與正誤，也表現(xiàn)在能縝密地分析問題，能增強(qiáng)學(xué)生對各種信息的辨別能力.通過對物理實驗質(zhì)疑，鼓勵學(xué)生提出問題，有助于學(xué)生批判性思維的培養(yǎng)，而且在學(xué)生質(zhì)疑基礎(chǔ)上開展的問題解決，有利于學(xué)生創(chuàng)新和實踐能力的培養(yǎng).

三、勇于探究，培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計能力

勇于探究的重點是：具有好奇心和想象力，能不畏困難，有堅持不懈的探索精神，能大膽嘗試，積極尋求有效的問題解決方法等.科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，科學(xué)探究活動是培養(yǎng)科學(xué)觀念與能力的重要途徑，也是培養(yǎng)創(chuàng)新精神與實踐能力的有效手段.[4]10實驗設(shè)計能力是重要的一項探究能力，教師要充分利用教材實驗，聯(lián)系學(xué)生生活實際，引導(dǎo)學(xué)生開展探究.如在