初中物理科學(xué)探究“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)”環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的策略研究

摘 要：科學(xué)探究既是初中物理課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一.本文著重對(duì)科學(xué)探究中“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)”這一探究要素內(nèi)如何培養(yǎng)學(xué)生“規(guī)范化的操作意識(shí)”，引導(dǎo)學(xué)生在對(duì)“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)”中的偶然失誤、實(shí)驗(yàn)誤差、操作問題等作出認(rèn)真分析，并在分析、改進(jìn)的過程中落實(shí)科學(xué)態(tài)度這一物理學(xué)科核心素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究;進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù);科學(xué)態(tài)度

文章編號(hào)：1008-4134（2019）16-0002 ? ?中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：危光明（1987-），男，重慶綦江人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教育教學(xué)研究.

科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一[1].科學(xué)探究有助于從過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探究過程轉(zhuǎn)化，從學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度與敢于創(chuàng)新的探索精神[2].但在課堂實(shí)踐中，還存在許多問題，例如：在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)時(shí)，教師更多關(guān)注的是學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)儀器是否規(guī)范、實(shí)驗(yàn)結(jié)論得出是否正確，學(xué)生時(shí)常為了使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)到自己的預(yù)期結(jié)果而拼湊實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).這有悖于課程標(biāo)準(zhǔn)提出的“養(yǎng)成實(shí)事求是、尊重自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度的要求”[3].因此，如何讓學(xué)生在科學(xué)探究過程中通過“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)”這一環(huán)節(jié)養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，是目前初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)迫切需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題.

對(duì)于課堂教學(xué)而言，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)主要表現(xiàn)為科學(xué)地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格，在實(shí)驗(yàn)中采用正確的方法認(rèn)真讀數(shù)，如實(shí)地記錄真實(shí)數(shù)據(jù).學(xué)生只有規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集真實(shí)的數(shù)據(jù)，接下來的探究活動(dòng)才能正常開展.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中收集到證據(jù)后通常會(huì)遇到兩種情形：第一種，收集到的證據(jù)符合先前的預(yù)期，那么學(xué)生會(huì)認(rèn)為自己之前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是正確的，之后繼續(xù)用同樣的方式收集證據(jù);第二種，收集到的證據(jù)不符合先前的預(yù)期，學(xué)生開始對(duì)之前進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生懷疑.這種與預(yù)期的不符合可能是多種原因?qū)е碌?，如測(cè)量數(shù)據(jù)誤差、實(shí)驗(yàn)方案不完善、實(shí)驗(yàn)操作錯(cuò)誤等.教師可以針對(duì)這兩種不同的情形，有針對(duì)性地、不失時(shí)機(jī)地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.

1 規(guī)范使用儀器，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度

一個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)必然要基于正確操作實(shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)事求是的收集證據(jù).科學(xué)態(tài)度并非掛在嘴上，而是要滲透在正確的實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集證據(jù)的過程中，切實(shí)地感悟到實(shí)事求是、尊重自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度.

首先，操作實(shí)驗(yàn)儀器有一些共性的規(guī)范操作要求，如調(diào)整儀器的零點(diǎn)、選擇恰當(dāng)?shù)牧砍?、正確地操作儀器，正確地讀數(shù)等，這些雖然瑣碎，卻缺一不可.其次，不同的儀器有不同的操作要求，讓學(xué)生在課堂上深刻感受到這些要求的重要性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.因此，教師在課堂教學(xué)中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)器材的使用要求，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作.

例如，在“測(cè)量物質(zhì)的密度”實(shí)驗(yàn)中，首先要求學(xué)生能夠正確使用天平，這時(shí)教師可以提出問題：“請(qǐng)同學(xué)們回憶一下，如何正確使用天平？”第一個(gè)學(xué)生在回答時(shí)可能不完整，如漏掉“調(diào)平”的步驟，這時(shí)教師可以繼續(xù)提問：“其他同學(xué)有需要補(bǔ)充的嗎？”然后由其他同學(xué)將之補(bǔ)充完整.教師不斷鼓勵(lì)學(xué)生思考并主動(dòng)表達(dá)自己的想法，在潛移默化中促進(jìn)學(xué)生規(guī)范地使用器材，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

“測(cè)物質(zhì)的密度”實(shí)驗(yàn)，器材相對(duì)單一、簡(jiǎn)單，教師可以借此機(jī)會(huì)通過回顧實(shí)驗(yàn)器材的過程，培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范的操作與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度.彈簧測(cè)力計(jì)的使用方法看似簡(jiǎn)單，第一位學(xué)生卻沒有將使用方法回答完整，教師此時(shí)不應(yīng)當(dāng)直接進(jìn)行補(bǔ)充，而應(yīng)當(dāng)要求同學(xué)繼續(xù)思考.

這樣做是為了傳遞給學(xué)生一個(gè)信息：即使這個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器看上去非常簡(jiǎn)單，依然要規(guī)范地使用它.在這樣的氛圍中，學(xué)生會(huì)積極動(dòng)腦思考，最終形成一套完整的實(shí)驗(yàn)儀器使用方法.這樣做有助于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.

又如，“測(cè)定小燈泡的電功率”實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生正確使用電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器等一系列實(shí)驗(yàn)器材.在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要收集小燈泡兩端的電壓分別大于、等于、小于額定電壓時(shí)的三組電流、電壓的數(shù)據(jù).要順利完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要對(duì)每種實(shí)驗(yàn)器材的使用要求非常熟悉，能夠正確地連接電路、準(zhǔn)確地讀數(shù).進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生會(huì)出現(xiàn)各種操作上的問題，而任何一個(gè)細(xì)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，都會(huì)造成最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的錯(cuò)誤.在這節(jié)課上，針對(duì)學(xué)生易出現(xiàn)各種不同操作問題的情況，教師可以在課前充分預(yù)設(shè)并制作“提醒卡”，即將學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)所有可能出現(xiàn)的問題預(yù)先制作成卡片，分發(fā)在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組的桌上，學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)一旦遇到與“提醒卡”中類似的問題，就可以通過卡片上的提醒“對(duì)癥下藥”地解決問題.這樣的“提醒卡”適合操作較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，既能解決學(xué)生出現(xiàn)的問題，又能節(jié)省課堂時(shí)間.

上述兩個(gè)案例都是學(xué)生事先已經(jīng)學(xué)習(xí)過實(shí)驗(yàn)器材，課上要求他們重新回憶已有知識(shí)，通過不同的方式提醒他們要規(guī)范地操作實(shí)驗(yàn)儀器.二者的不同在于，第一個(gè)案例中是先回顧再使用，而第二個(gè)案例則相反.當(dāng)實(shí)驗(yàn)器材比較單一時(shí)，教師可以采用前一種方式，著重復(fù)習(xí)操作要求，加深學(xué)生的印象.當(dāng)實(shí)驗(yàn)器材較多，且學(xué)生均已學(xué)習(xí)過操作要求，學(xué)生儀器操作過程中出現(xiàn)的共性問題較少時(shí)，可以選用后一種方式，這種方式相比之下更及時(shí)、更有效率.當(dāng)然，這兩種方式可以在教學(xué)中靈活運(yùn)用，學(xué)生均能從教師對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器操作的嚴(yán)格要求以及糾正自身操作問題的過程中，提升自己嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，并逐步從被動(dòng)地按照實(shí)驗(yàn)要求規(guī)范化操作，形成主動(dòng)的規(guī)范化操作的意識(shí).

2 客觀收集證據(jù)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度

學(xué)生能夠正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，是進(jìn)行分析與論證的前提.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的正確性關(guān)系到后續(xù)探究環(huán)節(jié)能否有效開展.教師應(yīng)當(dāng)明確要求學(xué)生以實(shí)事求是的態(tài)度，在實(shí)驗(yàn)中采用正確的方法認(rèn)真讀數(shù)，如實(shí)記錄數(shù)據(jù).不論所記錄的數(shù)據(jù)與自己的預(yù)期是否相符，只要實(shí)驗(yàn)沒有錯(cuò)誤，就應(yīng)當(dāng)如實(shí)記錄，從而培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.這種科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)，同樣體現(xiàn)在探究的其他要素中，如分析與論證等.教師應(yīng)當(dāng)避免簡(jiǎn)單地以一句“這是誤差”來回避非預(yù)期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而是要在課前就做好充分的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，減少人為的、可避免的實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中由于實(shí)驗(yàn)器材、操作方法等確實(shí)出現(xiàn)了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)時(shí)，如果在課堂教學(xué)中有解決問題的時(shí)間，教師應(yīng)當(dāng)找到產(chǎn)生問題的原因，重做實(shí)驗(yàn)，如果在課堂教學(xué)中沒有解決此問題的時(shí)間，教師也應(yīng)當(dāng)在課后和學(xué)生一起找到原因，重做實(shí)驗(yàn)，一定要避免以實(shí)驗(yàn)誤差來搪塞的現(xiàn)象.在教師認(rèn)真分析、重新實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生會(huì)感受到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度.總之，教師要引導(dǎo)學(xué)生以如實(shí)記錄的數(shù)據(jù)為支撐，認(rèn)真分析與論證，從而獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論.下面以劉老師的§12.2“滑輪”教學(xué)為例，分析如何在“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)”環(huán)節(jié)培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，并為下一步的“分析與論證”環(huán)節(jié)打下基礎(chǔ).教學(xué)設(shè)計(jì)見表1.

正因?yàn)橛辛藢W(xué)生如實(shí)的記錄，并且將出現(xiàn)這一數(shù)據(jù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作通過學(xué)生的展示進(jìn)行了還原，從而有了學(xué)生對(duì)于動(dòng)滑輪使用特點(diǎn)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí).這個(gè)教學(xué)片段看似隨意，實(shí)則經(jīng)過教師精心的設(shè)計(jì)，劉教師在組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，考慮學(xué)生的特點(diǎn)，并沒有對(duì)滑輪的使用提出明確的要求，而是留給了學(xué)生自由發(fā)揮的空間，期待有火花產(chǎn)生.結(jié)果也正如其預(yù)料的那樣，有同學(xué)沒有豎直向上拉彈簧測(cè)力計(jì)，出現(xiàn)了不同的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).劉老師緊緊抓住這一點(diǎn)，為接下來繼續(xù)深入討論動(dòng)滑輪的使用特點(diǎn)打下了基礎(chǔ).要產(chǎn)生這樣的課堂效果，顯然需要教師課前巧妙的教學(xué)設(shè)計(jì)，給予學(xué)生如實(shí)記錄并發(fā)現(xiàn)不同的機(jī)會(huì)，同時(shí)還需要學(xué)生本身具有實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，當(dāng)然，這與教師平常在教學(xué)中對(duì)學(xué)生科學(xué)態(tài)度的影響與要求是分不開的.這組同學(xué)記錄的部分?jǐn)?shù)據(jù)與其他組有所不同，但是他們沒有忽略它，而是如實(shí)記錄下來.教師通過及時(shí)巡視，有目的地發(fā)現(xiàn)課堂閃光點(diǎn)，積極肯定了學(xué)生的行為，這對(duì)學(xué)生如實(shí)記錄數(shù)據(jù)、養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度有著潛移默化的影響.試想，假如直接要求學(xué)生豎直向上拉彈簧測(cè)力計(jì)，雖然也能讓學(xué)生對(duì)于實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度略有感悟，效果卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有劉老師這樣設(shè)計(jì)來得顯著.所以，教師在進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)時(shí)，可以有意識(shí)地多給學(xué)生留一些實(shí)驗(yàn)時(shí)可控的、自由發(fā)揮的空間，從實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的不同數(shù)據(jù)中多做些文章，并由此入手培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，這符合課程標(biāo)準(zhǔn)在“情感態(tài)度與價(jià)值觀”維度目標(biāo)中對(duì)學(xué)生提出的“敢于提出與別人不同的見解”的要求.回顧物理學(xué)的發(fā)展史，大量事例證明了實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度也是推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力之一.

3 認(rèn)真分析“意外”，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度

這里所說的“意外”，是指在實(shí)驗(yàn)中，尤其是探究實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的意料之外的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.例如：在探究“并聯(lián)電路中電壓規(guī)律”教學(xué)中，學(xué)生在課堂上按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后有些小組所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果是：兩個(gè)并聯(lián)電阻兩端電壓相等，但與電源電壓不等，這時(shí)教師很淡定地說：“這是由誤差引起的.”同學(xué)們也欣然接受了教師的解釋，并繼續(xù)下面的其他實(shí)驗(yàn).顯然，在這節(jié)課上發(fā)生了教師未預(yù)想到的“意外”.這位教師看似給自己圓了場(chǎng)，實(shí)則錯(cuò)失了一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度的機(jī)會(huì).因?yàn)閷?duì)待“意外”的態(tài)度，恰恰決定了學(xué)生會(huì)在這個(gè)過程中學(xué)到的知識(shí)、感悟到的態(tài)度，它對(duì)學(xué)生的影響是深遠(yuǎn)的.如果我們常常對(duì)“意外”視而不見，又或是處理“意外”時(shí)避重就輕，那么學(xué)生以后在遇到類似的問題時(shí)也會(huì)避而不談，這與嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成是背道而馳的.那么，怎樣對(duì)待實(shí)驗(yàn)時(shí)的“意外”呢？或者說，當(dāng)“意外”來臨時(shí)教師能做些什么呢？實(shí)際上，認(rèn)真對(duì)待“意外”，正是養(yǎng)成學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度的良機(jī).“意外”產(chǎn)生的原因可能是什么呢？

首先，可能是由于儀器本身引起的.如由于儀器的老化等，致使實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了“意外”的結(jié)果.這就需要教師在課前認(rèn)真準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，對(duì)器材逐一檢查.這類“意外”是教師可控的，應(yīng)當(dāng)盡量避免.實(shí)驗(yàn)器材的準(zhǔn)備工作細(xì)致與否，影響到實(shí)驗(yàn)?zāi)芊耥樌M(jìn)行.每一位教師在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，都應(yīng)做到細(xì)致、規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn).以免在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)“意外”.當(dāng)然，如果教師刻意地留下一些善意的“意外”也不失為一著妙棋，但同樣需要教師充分地做好應(yīng)對(duì)這個(gè)“意外”的準(zhǔn)備.

其次，可能是由于操作的不規(guī)范引起的.教師自身應(yīng)當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)器材的操作規(guī)范有充分的了解，這種了解包括如何正確操作，以及了解當(dāng)用錯(cuò)誤的方式操作實(shí)驗(yàn)器材時(shí)會(huì)發(fā)生什么狀況.在學(xué)生操作出現(xiàn)“意外”時(shí)，教師要深入、規(guī)范地和學(xué)生探討出現(xiàn)這一情況的原因.例如，為什么彈簧測(cè)力計(jì)需要調(diào)零，為什么電流表要選擇合適的量程等等.學(xué)生經(jīng)歷這種探討的過程，也是培養(yǎng)他們科學(xué)態(tài)度的過程.

最后，可能是對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)撤矫婵紤]不周引起的.比如上面案例中所述，測(cè)量并聯(lián)電路中各部分電壓時(shí)，有可能由于學(xué)生在測(cè)量電源電壓時(shí)直接將電壓表連接在電源兩端，由于干路上的電鍵本身存在一定的接觸電阻，會(huì)分掉一部分電源電壓，而當(dāng)測(cè)量各支路電壓時(shí)沒有將干路的電鍵一并測(cè)量進(jìn)去，于是就造成了支路電壓小于電源電壓的情況.如果案例中的那位教師能夠認(rèn)真對(duì)待這一現(xiàn)象，放慢教學(xué)進(jìn)度，通過與學(xué)生共同查找產(chǎn)生“意外”的原因重做并完善實(shí)驗(yàn)過程，這樣既能獲得正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還能“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”地使學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，學(xué)生在這節(jié)課上的收獲不論是在知識(shí)層面還是在價(jià)值觀層面，都將要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于教師原本的教學(xué)設(shè)計(jì).

綜上所述，教師應(yīng)當(dāng)從學(xué)生的思維能力出發(fā)，從日常教學(xué)著手，多角度、重細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)適合學(xué)情的教學(xué)過程，將科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)融入“進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)”的要素中，分階段、有重點(diǎn)地使學(xué)生逐步養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)態(tài)度.

參考文獻(xiàn)：

[1]張世君.初中物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)探究的幾點(diǎn)做法[J].考試周刊，2013（19）：137.

[2]高滿紅. 初中物理教學(xué)如何引導(dǎo)學(xué)生展開科學(xué)探究[J]. 學(xué)周刊， 2014（27）：76.

[3]許衛(wèi)國(guó)， 陳亞杰. 蘇科版初中物理教材各章節(jié)主題背景分析[J]. 中學(xué)物理：初中版， 2013， 31（04）：34-35.

（收稿日期：2019-04-10）