基于科學(xué)精神培養(yǎng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐與探索

沈偉云

摘 要：科學(xué)精神是一種重要的核心素養(yǎng)，但在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常常被忽視.為此，開展了通過理性思維，發(fā)展學(xué)生的邏輯推理能力；批判質(zhì)疑，提高學(xué)生問題解決能力；勇于探究，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的實(shí)踐與探索.

關(guān)鍵詞：科學(xué)精神；物理實(shí)驗(yàn)；理性思維

科學(xué)精神是指學(xué)生在學(xué)習(xí)、理解、運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和技能等方面形成的價(jià)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(diǎn)，[1]是六大核心素養(yǎng)之一.物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神的顯性載體.但在實(shí)際教學(xué)中許多教師僅把實(shí)驗(yàn)理解成使用和操作測(cè)量工具、儀器設(shè)備以驗(yàn)證定律的一項(xiàng)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(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)拓展而進(jìn)行的科學(xué)精神培養(yǎng)的實(shí)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(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)的目的.

美國(guó)國(guó)家科學(xué)研究理事會(huì)（NRC）指出，“參與科學(xué)推理”的過程會(huì)讓學(xué)生的科學(xué)思維得到發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)對(duì)科學(xué)知識(shí)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(diǎn)是：具有問題解決意識(shí)，能獨(dú)立思考、獨(dú)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(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅要積極鼓勵(lì)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(shí)驗(yàn)中，教師可先讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)探究方案，然后選擇典型方案組織學(xué)生開展討論，鼓勵(lì)學(xué)生開展評(píng)價(jià)，提出質(zhì)疑，對(duì)于該實(shí)驗(yàn)學(xué)生設(shè)計(jì)了如圖2、圖3、圖4三種方案，教師可引導(dǎo)學(xué)生評(píng)價(jià)三種方案的優(yōu)劣.

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(dòng)變阻器可調(diào)節(jié)，便于多次實(shí)驗(yàn)，但有一位學(xué)生提出質(zhì)疑，認(rèn)為如果滑動(dòng)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(shí)驗(yàn).

通過對(duì)教材實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的提高.同時(shí)，對(duì)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(dòng)摩擦力大小的因素后，有學(xué)生仍質(zhì)疑：重力越大，滑動(dòng)摩擦力越大.于是教師鼓勵(lì)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(jì)如圖5所示的探究實(shí)驗(yàn)，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(duì)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(duì)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(duì)于不同質(zhì)量的鐵塊，壓力相同時(shí)，拉力傳感器讀數(shù)也相同.

根據(jù)二力平衡條件，可知滑動(dòng)摩擦力大小與拉力傳感器讀數(shù)相同，通過多次實(shí)驗(yàn)，可得出滑動(dòng)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(duì)各種信息的辨別能力.通過對(duì)物理實(shí)驗(yàn)質(zhì)疑，鼓勵(lì)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(shí)踐能力的培養(yǎng).

三、勇于探究，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力

勇于探究的重點(diǎn)是：具有好奇心和想象力，能不畏困難，有堅(jiān)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(dòng)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(shí)踐能力的有效手段.[4] 10實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是重要的一項(xiàng)探究能力，教師要充分利用教材實(shí)驗(yàn)，聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際，引導(dǎo)學(xué)生開展探究.如在學(xué)習(xí)液體壓強(qiáng)時(shí)，教材實(shí)驗(yàn)探究了液體對(duì)容器底部、側(cè)壁有壓強(qiáng)，探究了液體壓強(qiáng)與液體深度、密度有關(guān)，不僅如此，還可以作業(yè)形式要求學(xué)生能否自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究液體的壓強(qiáng).學(xué)生設(shè)計(jì)了許多新穎的實(shí)驗(yàn)方案，其中有一組實(shí)驗(yàn)方案別出心裁，如圖6所示.在玻璃容器中間用隔板均分為兩部分，用薄橡皮膜封閉，以此可探究液體對(duì)容器側(cè)壁產(chǎn)生壓強(qiáng)，也可探究液體壓強(qiáng)與深度、密度有關(guān).

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，科學(xué)探究的教學(xué)僅憑課堂教學(xué)是不夠的，應(yīng)將其延伸到課外綜合實(shí)踐活動(dòng)中去，[4]37教師要緊密聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際，基于學(xué)生探究興趣，開展科學(xué)探究.

如某學(xué)生發(fā)現(xiàn)“為何漂浮在水面上的竹筷

一般都是橫躺著而不是豎直的”開展探究，以內(nèi)含金屬塊的中空細(xì)塑料管模擬竹筷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，如圖7所示，在一根底端封閉的中空細(xì)塑料管內(nèi)的不同位置，固定一個(gè)質(zhì)量適當(dāng)?shù)慕饘賶K，然后豎直放置到水中，觀察它是否能保持豎直，通過實(shí)驗(yàn)可得出結(jié)論：相同條件下，細(xì)管重心位置相對(duì)于底端距離越小，細(xì)管越有可能在水中豎直漂浮.

在探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合探究目的和要求，選擇簡(jiǎn)易可行的生活用品作為器材，運(yùn)用合適的實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)科學(xué)的探究方案，進(jìn)而提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維品質(zhì).

物理實(shí)驗(yàn)是建立在證據(jù)和理性思維基礎(chǔ)上的探究活動(dòng)，在開展物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)過程中，我們不僅要關(guān)注通過實(shí)驗(yàn)得出科學(xué)結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，而且我們更應(yīng)關(guān)注把理性思維貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)之中.我們不僅要以教材實(shí)驗(yàn)為本，也要積極拓展物理實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生開展探究，注重學(xué)生思維能力的發(fā)展，致力于學(xué)生探究和實(shí)踐能力的培養(yǎng).

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果正式發(fā)布[N].中國(guó)教育報(bào)，2016-09-13（6）.

[2]楊銘，劉恩山.在生物學(xué)課堂中培養(yǎng)學(xué)生理性思維[J].生物學(xué)通報(bào)，2017（8）：12-16.

[3]相佃國(guó).中學(xué)化學(xué)教學(xué)中批判性思維研究[J].化學(xué)教育，2005（7）：32-33，36

[4]中華人民共和國(guó)教育部.科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.