拓展教材實(shí)驗(yàn) 發(fā)展科學(xué)思維 培養(yǎng)核心素養(yǎng)

文/湖北省鄂州市石山中學(xué) 陳敬松

當(dāng)今學(xué)生在學(xué)習(xí)和分析物理問(wèn)題時(shí)，不善于從不同的側(cè)面多角度去思考，找不到當(dāng)前問(wèn)題和已學(xué)過(guò)物理知識(shí)的聯(lián)系，不善于抓住問(wèn)題的實(shí)質(zhì)和分析問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不能形成科學(xué)思維和掌握科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方法，缺乏物理學(xué)科的核心素養(yǎng)。

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分。然而，科學(xué)思維和科學(xué)探究是學(xué)生經(jīng)歷了思維和探究過(guò)程所獲得的物理核心素養(yǎng)。

一、“意外”現(xiàn)象再探究

在教材中一個(gè)實(shí)驗(yàn)只為了解決一個(gè)與本節(jié)教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題，但實(shí)際上學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作、分析數(shù)據(jù)的過(guò)程，還有可能發(fā)現(xiàn)一些 “意外”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可是這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象往往被老師忽視了，沒(méi)有進(jìn)行分析引導(dǎo)。因此教師在教學(xué)中要及時(shí)發(fā)現(xiàn)、利用這些有教育教學(xué)價(jià)值的再生資源，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的 “意外”現(xiàn)象再探究的意識(shí)。

【案例1】在做水的沸騰實(shí)驗(yàn)時(shí)，根據(jù)圖中的裝置，實(shí)驗(yàn)中當(dāng)水溫接近90℃時(shí)每隔0.5分鐘記錄一次溫度，所以這期間溫度計(jì)玻璃泡應(yīng)該是一直浸入水中的，測(cè)溫液體應(yīng)該可與水溫保持一致。觀察到發(fā)現(xiàn)水剛沸騰時(shí)，溫度計(jì)的示數(shù)仍在上升，得不出與課本相符實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

水沸騰了還在升溫？溫度計(jì)讀數(shù)必須等其示數(shù)穩(wěn)定以后再讀數(shù)，因?yàn)槭緮?shù)穩(wěn)定后，溫度計(jì)里的測(cè)溫液體與被測(cè)的水達(dá)到熱平衡。當(dāng)溫度計(jì)的示數(shù)快速上升時(shí)，水的實(shí)際溫度比溫度計(jì)所示的溫度要高。所以當(dāng)水剛沸騰時(shí)，溫度計(jì)里測(cè)溫液體的溫度還沒(méi)有達(dá)到水的沸點(diǎn)，所以示數(shù)還要上升一會(huì)兒。

還會(huì)有其他可能的原因嗎？（1）學(xué)生由溫度計(jì)的使用方法聯(lián)想到溫度計(jì)玻璃泡可能碰到容器底。因?yàn)樗序v過(guò)程中燒杯底需要繼續(xù)吸熱，杯底溫度比水的溫度高，所以水沸騰時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)還在上升。 （2）教師提示同種液體的沸點(diǎn)與氣壓有關(guān)，液面氣壓越高，液體的沸點(diǎn)越高，學(xué)生可能會(huì)想到紙板蓋上沒(méi)開(kāi)小孔。因?yàn)樗序v會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣，使燒杯內(nèi)氣壓升高，水繼續(xù)吸熱沸點(diǎn)會(huì)升高，所以水剛沸騰后溫度還會(huì)上升。

二、科學(xué)思維的培養(yǎng)

問(wèn)題是思維的發(fā)源地，在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出問(wèn)題更能激發(fā)學(xué)生的思維，教師要善于設(shè)計(jì)問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，使學(xué)生處于積極主動(dòng)的狀態(tài)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的問(wèn)題情境既拓展了學(xué)生的思維空間，又培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。因此，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提出問(wèn)題讓學(xué)生探究，在學(xué)生思維上能起到 “趁熱打鐵”的效果。

【案例2】在測(cè)電阻的學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)有兩位同學(xué)對(duì)同一電阻測(cè)量的阻值存在差異，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)中所連接的電路得知，他們所連接的電路中電流表的位置不同。根據(jù)電流表相對(duì)于電壓表的位置分為外接法 （圖a）與內(nèi)接法 （圖b）。

（圖 a）

（圖 b）

教師引導(dǎo)學(xué)生分析，采用外接法時(shí)，電壓表電阻很大，還是有很小電流通過(guò)，電流表中示數(shù)應(yīng)是流過(guò)R的電流IR和通過(guò)電壓表電流IV之和，即I=IR＋I(xiàn)V，則 R=U/I=U/（IR+IV）。引起誤差的原因是電流I中增加了伏特表的分流電流IV，結(jié)果使測(cè)得的R數(shù)值比實(shí)際值要小些。采用內(nèi)接法時(shí)，電流表電阻很小，還是要分很小的電壓，電壓表中示數(shù)U等于R兩端電壓UR和電流表兩端電壓UA之和，即U=UR+UA，則R=U/I=(UA+UR)/I。引起誤差的原因是電壓U中增加了電流表分壓電壓UA，結(jié)果使測(cè)得的R值比實(shí)際值要大些。

在此基礎(chǔ)上教師提出問(wèn)題：“采用哪種接法測(cè)電阻誤差小？”學(xué)生會(huì)根據(jù)并聯(lián)分流與電阻成反比分析，如果待測(cè)電阻R比電壓表內(nèi)阻RV小得多，通過(guò)電壓表的電流IV很小，根據(jù)分流性質(zhì)，IV可以忽略不計(jì)，認(rèn)為I=IR，所以R<>RA時(shí)內(nèi)接法測(cè)出的結(jié)果較為精確。

三、物理核心素養(yǎng)形成

在教學(xué)中，教師不但要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象的科學(xué)思維，還要帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程。這樣能為學(xué)生進(jìn)入高中物理的學(xué)習(xí)留下發(fā)展的空間，還能幫助學(xué)生深化對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生物理核心素養(yǎng)。

【案例3】在探究斜面的機(jī)械效率的實(shí)驗(yàn)中 （如上圖所示），測(cè)出了斜面的機(jī)械效率后，可以問(wèn)學(xué)生： “此時(shí)物體受到的摩擦力等于拉力嗎？如何測(cè)物體在斜面上滑動(dòng)時(shí)的摩擦力？”

基礎(chǔ)好一點(diǎn)的學(xué)生會(huì)知道此時(shí)的拉力不等于物體受到的滑動(dòng)摩擦力，但是具體的分析思路還是不夠清晰。如果此時(shí)教師加以引導(dǎo)，問(wèn)學(xué)生利用斜面提升重物時(shí)，額外功是由什么引起的，額外功的表達(dá)是什么，就可以使學(xué)生找到解決問(wèn)題的方法，即用總功FS減去有用功得到額外功后再除以斜面的長(zhǎng)度S便能求出摩擦力。

教師應(yīng)在重視常規(guī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，重視實(shí)驗(yàn)資源的應(yīng)用與拓展。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，更能發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維、培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。利用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展幫助學(xué)生對(duì)物理觀念認(rèn)知，通過(guò)實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的應(yīng)用能力。因此，物理教師應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究，因地制宜地開(kāi)發(fā)和利用物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，盡量使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果發(fā)揮到極致。