例談初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

林俊英

摘要：實(shí)驗(yàn)與物理相輔相成，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為物理實(shí)驗(yàn)探究的重要載體，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，提升學(xué)生的科學(xué)探究能力顯得尤為重要。文章旨在通過問題引導(dǎo)讓學(xué)生自主建構(gòu)模型，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，梳理邏輯順序，反思探究過程，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;物理實(shí)驗(yàn)教學(xué);問題引導(dǎo)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)既是物理實(shí)驗(yàn)探究的重要手段，也是其重要組成內(nèi)容。文章結(jié)合初中常見物理實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在自主模型建構(gòu)中滲透科學(xué)方法，并在科學(xué)推理中注重實(shí)驗(yàn)分析，梳理實(shí)驗(yàn)邏輯，凸顯科學(xué)論證過程，并反思探究過程，質(zhì)疑批判和創(chuàng)新，將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維極好融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探究過程。

一、 滲透科學(xué)方法，自主模型建構(gòu)

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，無論是實(shí)驗(yàn)裝置的選擇，器材的組裝，還是實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施，無一不是思維的產(chǎn)物，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)思維教育成果。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?gòu)，使抽象的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加具體、直觀和形象，便于學(xué)生去理解和熟練實(shí)驗(yàn)操作。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過模型建構(gòu)，既能有效發(fā)展學(xué)生的建模思維，又能避免學(xué)生實(shí)驗(yàn)的盲目性，同時(shí)還可以更好掌握物理知識，與生活情景相聯(lián)系，有效地學(xué)以致用。

例如，在滬科版九年級全一冊“科學(xué)探究：電流的熱效應(yīng)”一課，在探究電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)中，適當(dāng)對教材的探究順序進(jìn)行調(diào)整，采用問題引導(dǎo)層層遞進(jìn)的方式，讓學(xué)生分小組嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路，并完善實(shí)驗(yàn)裝置。問題引導(dǎo)如下：

問題1：要探究電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量與導(dǎo)體的電阻是否有關(guān)，應(yīng)該控制哪些物理量不變？需要幾個(gè)電阻？

問題2：為保證電流和通電時(shí)間相同，需將這兩個(gè)定值電阻連接成串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路？

問題3：如何通過轉(zhuǎn)換法比較電流通過電阻產(chǎn)生的熱量？

問題4：探究電流產(chǎn)生的熱量與電流大小是否有關(guān)時(shí)，需要重新設(shè)計(jì)電路嗎？如何改變電流？

問題5：探究電流產(chǎn)生的熱量與通電時(shí)間是否有關(guān)時(shí)，需要再進(jìn)行第三次實(shí)驗(yàn)操作嗎？

基于以上理論分析，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并說明理由。問題2學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路如圖1，問題4學(xué)生在教師引導(dǎo)下采用串聯(lián)一個(gè)滑動(dòng)變阻器來改變電路電流，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路如圖2。引導(dǎo)學(xué)生思考，熱量雖然在初中階段沒有專門的測量工具，但在一定條件下可以用溫度的高低來間接反映熱量的多少，可將發(fā)熱的電阻絲放置于等質(zhì)量的煤油中，通過測量煤油升高的溫度來比較電流通過電阻產(chǎn)生熱量的多少。在此也可以聯(lián)系已學(xué)知識“電阻絲加熱的液體為何不用水而用煤油？”使學(xué)生的知識形成系統(tǒng)。

建模就是用簡單化的理想化的典型來表示研究的問題情境。掌握了模型建構(gòu)，不僅能透徹地理解知識，也能使學(xué)生的認(rèn)知水平逐步從具體向抽象過渡，從感性思維上升到理性思維。本例中，通過教師問題引導(dǎo)的方式，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并對其進(jìn)行分析說明?？捎行Ч?jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間，達(dá)到一圖三用的效果，避免了學(xué)生簡單重復(fù)教材的步驟，透過現(xiàn)象看本質(zhì)。自主建構(gòu)模型的過程學(xué)生不僅鍛煉了邏輯思維和動(dòng)手能力，也極大地體現(xiàn)主體作用，讓學(xué)生自身體會到成就感，提高了其學(xué)習(xí)的興趣，這比教師多次的講授效果更為突出。

二、 注重實(shí)驗(yàn)分析，注重科學(xué)推理

在物理學(xué)中，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象合理地推導(dǎo)得到正確的結(jié)論。要注意適用條件，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律以使研究問題更加簡便。

例如，在“科學(xué)探究：歐姆定律”一課中，“探究電壓不變時(shí)，電流與電阻的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，部分學(xué)生小組在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)中就會發(fā)現(xiàn)存在一些問題：“滑動(dòng)變阻器不夠用了”，即當(dāng)更換為大電阻時(shí)，無論怎么移動(dòng)滑動(dòng)變阻器都沒有辦法使得電壓表示數(shù)等于前幾組顯示的電壓值;而有的實(shí)驗(yàn)小組卻可以完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)。

引導(dǎo)學(xué)生提出設(shè)想：在此實(shí)驗(yàn)中定值電阻和滑動(dòng)變阻器的阻值大小是否有關(guān)系？實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裢瓿膳c實(shí)驗(yàn)中電阻兩端的電壓值大小是否有關(guān)？并思考以下問題：

問題4：能完成實(shí)驗(yàn)的小組選擇的電源是幾節(jié)干電池？控制電壓不變的時(shí)候，取多大的電壓合適？

問題5：當(dāng)更換阻值更大的定值電阻后，應(yīng)當(dāng)把滑動(dòng)變阻器的阻值調(diào)大還是調(diào)??？無法完成全部的實(shí)驗(yàn)是定值電阻為小電阻時(shí)無法完成還是換成大電阻無法完成？

問題6：按25歐。20歐，15歐，10歐，5歐由大到小的順序更換定值電阻是否存在無法控制電壓相等這個(gè)問題？

在完成教材安排的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，基于學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)和實(shí)施拓展性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生分析推理，有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為物理課堂教學(xué)的重要組成部分，既要達(dá)到基本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的，又要把實(shí)驗(yàn)教學(xué)與其他課堂教學(xué)內(nèi)容（如概念課，規(guī)律課，習(xí)題課等）構(gòu)建有機(jī)聯(lián)系。大部分學(xué)生能在實(shí)驗(yàn)課上完成調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片以維持電壓不變，但到了習(xí)題課或復(fù)習(xí)課時(shí)，往往難以判斷滑動(dòng)變阻器的電阻應(yīng)該是調(diào)大還是調(diào)小。通過問題引導(dǎo)讓學(xué)生由表及里，總結(jié)提煉出串聯(lián)電路中的電壓分配特點(diǎn)，為快速解決各類電學(xué)問題提供了基本的理論依據(jù)。

三、 梳理實(shí)驗(yàn)邏輯，凸顯科學(xué)論證

論證是共同體圍繞某一論題，利用科學(xué)的方法收集證據(jù)。運(yùn)用一定的論證方法終達(dá)成可接受結(jié)論的活動(dòng)。論證就是把探究的過程重新梳理一遍，分析事實(shí)和假設(shè)之間存在什么關(guān)系，猜想是否合理有依據(jù)，推理過程是否有的條件不適用，將現(xiàn)有的事實(shí)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象數(shù)據(jù)有機(jī)聯(lián)系起來，能不能通過事實(shí)或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行證明。通過進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論證，有助于學(xué)生科學(xué)論證思維的發(fā)展。

例如，在“電阻的串聯(lián)和并聯(lián)”一課中，部分學(xué)生由于使用到多個(gè)電阻，便會猜想“電阻并聯(lián)后，等效的總電阻的阻值比分電阻的阻值大”。筆者引導(dǎo)學(xué)生，一是從理論上進(jìn)行分析解釋，若并聯(lián)的幾個(gè)電阻材料和長度相同，那么越多個(gè)電阻并聯(lián)，相當(dāng)于電阻的橫截面積變大，導(dǎo)致總電阻的阻值變小。二是通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生眼見為實(shí)，在圖3的定值電阻兩端依次并聯(lián)上電阻，可觀察到電路中的電流表示數(shù)增大，意味著并聯(lián)后的總電阻減小。