基于證據(jù)意識(shí)的物理科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)*
——以“力的作用是相互的”教學(xué)為例

隗月玲

(南京市板橋中學(xué) 江蘇 南京 210039)

證據(jù)意識(shí)是指在探究教學(xué)中“高度重視證據(jù)，全面依靠證據(jù)，合理解釋證據(jù)”．在物理教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生做到提出問題要講依據(jù)，猜想假設(shè)要有依據(jù)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要有過程，交流評(píng)價(jià)要有證據(jù)，在證據(jù)意識(shí)下提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．

在一次聽“力的作用是相互的”這節(jié)課中，師生在討論拳擊運(yùn)動(dòng)員是否受力時(shí)，一位學(xué)生給出施力物體也是受力物體的觀點(diǎn)，然后學(xué)生舉例證明，教師并沒有再讓更多的學(xué)生發(fā)表自己的觀點(diǎn)，而是直接肯定此學(xué)生的觀點(diǎn)，然后帶領(lǐng)學(xué)生做了許許多多小實(shí)驗(yàn)，就歸納出“物體間力的作用是相互的”．整堂課中，學(xué)生興奮，課堂活躍，但筆者感覺整節(jié)課中似乎力的作用是相互的這個(gè)結(jié)論已經(jīng)確定，剩下的工作就是用大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證已經(jīng)確認(rèn)的觀點(diǎn)，而且結(jié)論得出的依據(jù)并不充分．這樣的課堂，教師沒有考慮到學(xué)生原生態(tài)的思維并不嚴(yán)謹(jǐn)和全面[1]，沒有讓學(xué)生自然暴露錯(cuò)誤的前概念，只注重結(jié)論，缺少證據(jù)意識(shí)，長(zhǎng)此以往無疑對(duì)提升學(xué)生的科學(xué)思維能力是無益的．

基于以上思考，筆者在自己班級(jí)執(zhí)教了“力的作用是相互的”[2]這節(jié)課，把學(xué)生錯(cuò)誤的前概念暴露，激發(fā)認(rèn)知沖突，然后引導(dǎo)學(xué)生尋找充分證據(jù)，分別探究物體間不同性質(zhì)的力作用都是相互的，歸納后得出物體間力的作用是相互的．在證據(jù)意識(shí)下培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，以下為筆者執(zhí)教本節(jié)課的一些措施及體會(huì)，與各位同行分享．

1 重視證據(jù) 問題討論 提出科學(xué)觀點(diǎn)

在播放完鋼鐵俠“飛天”視頻前半部分引入本節(jié)課后，展示拳擊運(yùn)動(dòng)員主動(dòng)出擊把對(duì)手擊倒的畫面，提出小明的觀點(diǎn)：“只有對(duì)手才受到力的作用.”詢問學(xué)生是否贊成小明的觀點(diǎn)．此時(shí)由于大家的“超前學(xué)習(xí)”，大部分學(xué)生持反對(duì)態(tài)度，教師并沒有急于肯定這些學(xué)生的觀點(diǎn)，而是讓個(gè)別支持小明觀點(diǎn)的學(xué)生發(fā)言，并舉例證明自己的想法，提出支持這些主張的證據(jù)．

師：是否有同學(xué)支持小明的觀點(diǎn)？

有幾個(gè)學(xué)生舉手．

師：你能否舉出支持小明觀點(diǎn)的實(shí)例？

生甲：用石頭敲擊玻璃，玻璃碎了，玻璃受到了力的作用，而石頭完好無損，我們并不知道石頭也受到了力的作用．

生乙：錘子敲擊釘子，釘子受到力的作用下陷，我們并不知道錘子也受到了力的作用．

生丙(反對(duì))：若用玻璃打擊石頭，玻璃碎了，說明主動(dòng)出擊的物體也受到力的作用．

學(xué)生都提出自己的觀點(diǎn)，雙方激烈討論，激發(fā)認(rèn)知沖突．教師同樣不肯定哪一觀點(diǎn)是正確的，讓學(xué)生帶著問題，尋找證據(jù)進(jìn)行探究．

分析：科學(xué)素養(yǎng)是指作為一個(gè)有反思意識(shí)的公民能夠參與討論與科學(xué)有關(guān)的問題，有提出科學(xué)見解的能力．以上的證據(jù)教學(xué)，可以給學(xué)生更多評(píng)價(jià)交流、發(fā)表觀點(diǎn)、提出“質(zhì)疑”的權(quán)利和機(jī)會(huì)，使學(xué)生“提問有依，猜想有據(jù)”．同時(shí)，能將學(xué)生錯(cuò)誤的前概念充分暴露，且以“沖突”帶動(dòng)學(xué)生的思維活動(dòng)，課堂氣氛也更活躍．

2 收集證據(jù) 設(shè)計(jì)展示 培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

教師提問：為什么我們會(huì)認(rèn)為施力者不一定會(huì)成為受力者呢？因?yàn)槲覀儧]有看到或者感覺到施力者受力的效果．我們能否針對(duì)這個(gè)原因來選擇和設(shè)計(jì)一些小實(shí)驗(yàn)，用證據(jù)來說明問題[3]？例如拳擊手的例子，我們能不能通過實(shí)驗(yàn)把主動(dòng)出擊的拳擊手受力效果顯示出來呢？用手壓氣球時(shí)，氣球發(fā)生形變；拉橡皮筋時(shí)，橡皮筋會(huì)伸長(zhǎng)；手拉彈簧測(cè)力計(jì)掛鉤，彈簧測(cè)力計(jì)的彈簧伸會(huì)長(zhǎng)，能否把施力者的受力現(xiàn)象顯示出來？教師提供以下器材如圖1所示，學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并展示．

圖1 顯示施力者的受力現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)器材

學(xué)生分組討論設(shè)計(jì)后講臺(tái)展示：用一個(gè)氣球擠壓另一個(gè)氣球，兩個(gè)氣球都發(fā)生形變；用一根橡皮筋拉另一根橡皮筋，兩根橡皮筋都伸長(zhǎng)；用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉另一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)，兩根彈簧都伸長(zhǎng)；兩位學(xué)生都站在滑板上，一位學(xué)生從背后推另一位學(xué)生(另找兩位學(xué)生做好保護(hù)措施)，滑板上的兩位學(xué)生向相反的方向運(yùn)動(dòng)．這些實(shí)驗(yàn)都說明施力物體也都受到力的作用．以往的課堂，教師會(huì)在此總結(jié)得到力的作用是相互的．但是這樣得出的結(jié)論證據(jù)并不充足，結(jié)論并不嚴(yán)謹(jǐn)．筆者在此設(shè)計(jì)以下教學(xué)過程，可以提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的證據(jù)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．學(xué)生展示完設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)之后，再與同學(xué)們討論.

師：通過以上實(shí)驗(yàn)，大家認(rèn)為小明的觀點(diǎn)是正確的還是錯(cuò)誤的？

生：錯(cuò)誤的．

全班學(xué)生已經(jīng)都認(rèn)識(shí)到小明的觀點(diǎn)錯(cuò)誤．

師：我們能否就此得到施力物體也是受力物體這個(gè)結(jié)論？如果不可以，我們還需要補(bǔ)充哪些實(shí)驗(yàn)？

生：處于沉思中．

師：如果要得到普遍的結(jié)論，就要對(duì)所有性質(zhì)的力都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．(引導(dǎo))

生甲：剛才的實(shí)驗(yàn)都是關(guān)于彈力的，還應(yīng)該進(jìn)行摩擦力、重力的實(shí)驗(yàn)．

生乙：還有靜電力、磁力實(shí)驗(yàn)．

師：老師給大家準(zhǔn)備了實(shí)驗(yàn)器材(圖2)，大家小組合作，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)．

圖2 探究彈力以外其他性質(zhì)的力實(shí)驗(yàn)器材

學(xué)生再次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，情緒高漲，紛紛舉手匯報(bào)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)．用一支牙刷在另一只牙刷上滑動(dòng)，兩只牙刷的刷毛都發(fā)生彎曲；將發(fā)動(dòng)的小車放在平板車上，平板車也會(huì)運(yùn)動(dòng)；用干燥的手向下捋一下兩根吸管，兩根吸管相互排斥；用手按住一輛帶有磁體的A小車，因?yàn)榇帕?，另一輛B小車會(huì)向它運(yùn)動(dòng)，當(dāng)按住B小車時(shí)，A小車也會(huì)向B小車運(yùn)動(dòng)．

師：剛才大家設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)有摩擦力的、靜電力的，還有磁力的，那重力呢？地球附近的物體受到地球的引力，那地球是否也受到物體對(duì)它的引力呢？

學(xué)生沉默．

師：由于地球?qū)υ虑虻奈?，月球繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)，那么月球是否吸引地球呢？答案是肯定的．潮汐現(xiàn)象就是由于月球的引力造成的．

師：大量事實(shí)說明，一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體有力的作用時(shí)，另一個(gè)物體也對(duì)這一個(gè)物體有力的作用，因此力的作用是相互的．這兩個(gè)力稱為相互作用力．

分析：探究教學(xué)中的證據(jù)意識(shí)是指“學(xué)生在科學(xué)探究過程中有目的地關(guān)注證據(jù)的探查活動(dòng)和體驗(yàn)行為”[4]．而活動(dòng)的載體是探究活動(dòng)，活動(dòng)的根本目的是達(dá)成對(duì)“證據(jù)支持主張”的心理認(rèn)同．在這里，引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)搜集充分的證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度．同時(shí)這些實(shí)驗(yàn)也是學(xué)生自己設(shè)計(jì)出來，自己展示交流的，提高了學(xué)生制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，這比教師直接講授效果要好得多．

3 分析證據(jù) 有效交流 培養(yǎng)科學(xué)思維

“證據(jù)物理”首要關(guān)注的就是學(xué)生的學(xué)習(xí)：他們是否在學(xué)習(xí)，學(xué)得怎么樣，有哪些證據(jù)表明他們的學(xué)習(xí)狀態(tài)[5]？我們需要對(duì)學(xué)生正在產(chǎn)生的學(xué)習(xí)證據(jù)進(jìn)行收集并及時(shí)處理，進(jìn)而調(diào)整后續(xù)教學(xué)．為此，筆者在本部分教學(xué)中設(shè)定分析證據(jù)環(huán)節(jié)，學(xué)生小組合作交流，以此來促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解以及對(duì)證據(jù)意識(shí)的認(rèn)同，也為教師今后優(yōu)化教學(xué)模式提供證據(jù)參考．

(1)課堂學(xué)生展示玩滑板(作用于固體)

提出問題：使滑板前進(jìn)的力是怎樣產(chǎn)生的？

生：一只腳踏在滑板上，另一只腳向后蹬地，給地面一個(gè)向后的力，由于物體間力的作用是相互的，地面給人一個(gè)向前的力，推動(dòng)人前進(jìn)．

(2)播放游泳視頻(作用于液體)

提出問題：游泳時(shí)，前進(jìn)的力是怎樣產(chǎn)生的？

生：人游泳時(shí)，用力向后劃水，人給水一個(gè)向后的作力，由于物體間力的作用是相互的，水也給人一個(gè)向前的推力，所以人會(huì)向前游動(dòng)．

(3)播放火箭升空視頻(作用于氣體)

提出問題：運(yùn)載火箭產(chǎn)生的巨大推力使飛船在很短時(shí)間里獲得一個(gè)較大的速度，沖出了大氣層，這是力產(chǎn)生的效果的顯示，那么，這個(gè)力是誰(shuí)給它的呢？

生：火箭對(duì)向下噴的燃?xì)庥袀€(gè)向下的推力，由于物體間力的作用是相互的，所以火箭受到燃?xì)鈱?duì)它向上的推力．

分析：關(guān)注“學(xué)生的學(xué)”是“證據(jù)課堂”的出發(fā)點(diǎn)．本部分教學(xué)中，筆者并沒有讓學(xué)生大量羅列事實(shí)，而是分別通過作用于固體、液體、氣體的3個(gè)例子，引導(dǎo)學(xué)生說明它的原理，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜進(jìn)行歸類而使學(xué)生更好地了解所學(xué)的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維．

4 應(yīng)用證據(jù) 自主實(shí)踐 培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新

創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力是素質(zhì)教育的重點(diǎn)．因此,在新課程標(biāo)準(zhǔn)下的物理教學(xué)中,不僅要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度，還要培養(yǎng)學(xué)生敢于探究物理問題的科學(xué)思維和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生能將所學(xué)的思想方法應(yīng)用到復(fù)雜的新情境中去分析、解決新的問題，獲得新的結(jié)果．因此，筆者在本部分設(shè)計(jì)了學(xué)生自主創(chuàng)新的環(huán)節(jié)，具體設(shè)計(jì)如下.

師(播放鋼鐵俠“飛天”視頻后半部分):人類已經(jīng)制造出鋼鐵俠的飛天神器，“鋼鐵俠”不再是夢(mèng)(首尾呼應(yīng))．科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律或原理；發(fā)明家利用物理規(guī)律或原理進(jìn)行創(chuàng)新發(fā)明，從而推動(dòng)人類文明的進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展．今天，老師帶大家一起來制作一個(gè)飛天的小飛機(jī)(圖3)．

學(xué)生興致盎然，紛紛展示自己的作品(圖4)．

圖3 制作小飛機(jī)

分析：本環(huán)節(jié)打破了傳統(tǒng)的文本作業(yè)形式，依托小飛機(jī)，及時(shí)鞏固學(xué)習(xí)的內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生處理信息的能力、動(dòng)手能力以及科學(xué)創(chuàng)新能力．

5 總結(jié)

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》確立了義務(wù)教育階段物理課程改革的重點(diǎn)[6]，即培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．本節(jié)課努力建構(gòu)一種“提問有依，猜想有據(jù)；設(shè)計(jì)有方，改進(jìn)有法；評(píng)價(jià)有思，交流有想”的理性課堂，在證據(jù)意識(shí)下培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生物理能力的全面發(fā)展．