淺談初中物理實驗中人文精神和科學素養的培養

馬達榮

摘要

人文精神和科學素養的培養和物理教學之間應是密不可分、相互滲透、相互促進、相輔相成的關系。本文以“探究電流與電壓、電阻關系”的實驗教學為案例，剖析實驗教學過程中培養學生人文精神和科學素養的具體做法。

關鍵詞

人文精神 科學素養 實驗 初中物理

初中物理實驗教學的目的，不僅是培養學生的動手能力和創新能力，培養學生的人文精神和科學素養也非常重要。教育的任務是培養人，關注學生的發展，培養學生的科學觀，引導學生的情感、態度、價值觀的取向。《義務教育物理課程標準（2011年版）》要求中學物理實施探究式的教學模式，它不僅能使學生經歷基本科學探究過程，體驗構建知識過程，而且注重培養學生的人文精神和科學素養。下面以“探究電流與電壓、電阻關系”的實驗教學為例，探討如何在物理探究實驗教學中培養學生的人文精神和科學素養。

一、培養勇于探索、熱愛科學的人文精神

李政道說，要開創新路子，最關鍵的是你要能自己提出問題，能正確地提出問題，就是邁開了創新的第一步。歷史上一些著名定律、原理的提出，往往有一些傳奇式的故事，在引入新課時，教師可以給學生介紹一些科學家的故事，尋找一些有利于科學態度培養的情景。如這節課，教師可以給學生形象地介紹歐姆的故事：“1787年3月16日，歐姆誕生于德國一個貧窮而普通的鎖匠家里……他在孤獨和困難的環境中始終堅持不懈地努力，終于取得成果，找到了電流與電壓、電阻的關系。那么它們之間是什么關系呢？相信200多年后的今天，我們并不缺乏資料和儀器，我們也一定能探究出它們之間的關系。”教師通過這段敘述，能激發學生在逆境中拼搏進取的動力，以此培養學生堅韌不拔的性格和不畏艱難、勇于探索、熱愛科學的精神，并能培養學生自覺地將科學知識應用和服務于生產、生活的意識。

二、學會合理猜想

猜想的過程是學生思維發散的最活躍階段，也是創新的開端，要求學生根據設置的問題情景進行合理的猜想，試著像科學家一樣提出假設與猜想，設想可能的答案，并且要有根據。猜想是智慧和創新的源泉，哥德巴赫猜想像一顆皇冠上的明珠，引得許多科學家孜孜不倦、夜以繼日地辛勤探索，所以應鼓勵學生要有勇于猜想，大膽質疑，不迷信權威的科學態度。

學生分組討論，教師適當提示。學生聯系已學內容以及實驗現象，猜想：電流與電壓的大小有關，因為電壓是形成電流的原因；電流與導體的電阻有關，因為電阻對電流有阻礙作用。教師對學生的回答給予肯定。最后，根據學生的個別回答，師生共同提出猜想：電路中的電流與電壓、電阻兩者有關。

猜想不是亂猜，而是需要根據已有知識和生活經驗等進行合理合情的猜測，這里的合理合情，就是要幫助學生培養的一種科學素養。

三、學會甄別和創新

制訂計劃與設計實驗是學生感到最困難的一個環節，又是非常有利于啟迪學生心智的環節。制訂計劃和設計實驗會使學生掌握實驗的方法，明確收集數據的途徑和方式，確定收集數據的范圍，了解探索所需的器材以及建立分析數據的方法和思路。鼓勵學生積極探索各種可行的方法，設計恰當的方案，為后面的探究奠定基礎，培養勇于創新的科學精神。因電流與電壓和電阻這兩個變量有關，需采用控制變量的實驗方法，即在電壓一定時，電流與電阻有什么關系；在電阻一定時，電流與電壓有什么關系，這樣可以對學生進行科學實驗方法的教育。

本節實驗設計需要解決“如何改變電壓”及“如何改變電阻”問題。

改變電壓的方案：一是利用電壓可調式電源改變電壓；二是串聯滑動變阻器。經查看器材，實驗室未配備電壓可調式電源，若利用改變干電池節數的方法改變電壓，其電壓改變不連續，經過深入思考，必然選擇串聯滑動變阻器這一方案。

改變電阻的方案更多：串聯定值電阻然后更換定值電阻、串聯小燈泡、串聯電阻箱等。先否定串聯小燈泡的方案，是因為它的阻值未知，并且當電壓改變時，燈絲溫度變化會導致燈絲電阻變化，不利于采用控制變量法。其他兩個方案均可行，但用電阻箱能更為方便改變電阻。

學生根據桌面上的器材進行選擇，并考慮儀器的規格、型號、量程和實驗的安全性等因素。學生在不知不覺中就能將理論聯系實際，并根據實際情況，優化儀器組合，以現有的儀器進行實驗和科學探究，培養了勤儉節約的優良品德。學生通過制訂計劃與設計實驗不僅能培養理論聯系實際的科學態度，還能培養勇于克服困難的科學精神和積極創新的意識。

四、培養團隊意識和實事求是的科學態度

實驗前要分組，組內的分工要明確，注意發揮每個學生在探究活動中的作用，做到每個人都有任務，與組內成員之間又有合作。在連接電路時，開關要斷開，以防電路發生短路；滑動變阻器調到最大阻值處，以防電路中電流過大燒壞元件；電流表和電壓表要注意選擇恰當的量程，電流從正接線柱流進，從負接線柱流出，電流表要串聯在電路中，電壓表要并聯在電阻兩側等，以此對學生進行保護實驗器材、愛護公共財產的良好品德和習慣的教育，同時進行嚴肅認真、遵守操作規則的科學態度教育。

在實驗時教師要指導學生分析電路連接過程中出現的故障，積極尋找原因，幫助他們克服困難，排除故障；若在讀取電壓表和電流表的數值時，數據出現較大誤差，學生要認真尋找原因，及時糾正，不能捏造數據，培養學生科學嚴謹、實事求是的科學觀。學生在求異、探索中趨于有序，既培養了獨立操作能力，又培養了團隊精神；既發展了思維能力，又開發了創造能力。

五、掌握嚴謹的科學語言

通過實驗學生獲得上述數據，運用科學方法對得到的數據進行分析與論證，揭示現象和規律相互轉化的對立統一的規律。分析數據時，教師要提醒學生注意“電阻一定”的前提，強調要尊重科學，以事實為依據，養成一絲不茍的科學態度。有部分學生在總結電流與電壓關系時，不能準確地總結到“成正比”的定量關系，可以用作圖的方法把表格中的數據轉化成圖像，從而準確、直觀地反映電流與電壓的關系。部分學生還可能把實驗結論的因果關系弄錯，比如說成“電阻與電流成反比”，這里需要認真理清這種說法錯誤的原因。得出結論的過程是培養學生獲取信息、處理信息的科學技能，也是培養學生勇于鉆研、積極探索、堅韌不拔的科學精神。學生自己發現這些數據之間的規律，得出結論的過程，是學生發展創造性思維的過程。

六、注重交流與反思

針對學生實驗過程中出現的問題，討論：

（1）移動滑片時，若一個表示數變大，另一個表示數卻變小，實驗出現了什么錯誤？

（2）有同學的實驗數據中，電流與電阻并不成反比，是什么原因導致的？

（3）有的同學電流表沒示數，電壓表有示數，實驗電路出現什么故障？

（4）探究電流與電阻關系時，某組換上一個大的定值電阻，無論怎樣移動滑片都不能使電壓表示數回到原來的值，有哪些可能的原因？

讓學生反思實驗過程中存在的問題，如：設計是否合理、操作有無失誤、數據是否可靠、結論是否正確等，培養學生勇于發現錯誤和疏漏、尊重客觀規律的科學態度，同時能發展學生的批判性思維；通過交流，學生敢于放棄自己的錯誤觀念，能采納別人正確的意見，從而學會交流與協作，具有相互學習的優良品德和團隊合作精神。可以說，交流與反思，是科學進步的源泉和不竭動力。

歐姆經過十幾年堅持不懈的努力才總結了這一偉大的定律，學生從心靈深處產生對科學工作者堅韌不拔、鍥而不舍的頑強探索精神的敬佩，這對培養學生的人文精神和科學素養會起到積極的作用。而人文精神和科學素養的培養是物理教學工作的靈魂。中學物理探究實驗的教學能使學生在自主的狀態下進入現實的體驗過程，并讓學生的心情和情感在這個過程中產生強烈的震撼，進而自覺反思，獲得醍醐灌頂的頓悟，使思想與靈魂在科學知識的學習中得以升華。這種學生用心靈和情感的體驗換來的覺醒，要比空洞說教更具有實效性和長效性。

（作者單位：江蘇省泰興市濟川初級中學）