利用實驗培養(yǎng)學生的物理科學素養(yǎng)

王銀珍

摘? ?要：培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的關鍵是讓學生掌握物理學科特有的思維方法。在教學中可以利用實驗創(chuàng)設問題情境為科學素養(yǎng)的培養(yǎng)奠定心理基礎，重視實驗探究的過程，培養(yǎng)學生科學的思維，利用實驗的直觀性培養(yǎng)學生的抽象思維，利用實驗課上生成的問題資源，培養(yǎng)學生實事求是的科學探究精神。

關鍵詞：科學素養(yǎng);問題情境;探究過程;直觀實驗;生成的問題資源

科學素養(yǎng)主要包括科學知識、科學能力及科學態(tài)度、情感與價值觀三部分[ 1 ]，如何培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)是當下教育的主題。培養(yǎng)學生的物理科學素養(yǎng)，關鍵是要讓學生掌握物理學科特有的思維方法，內(nèi)化帶有物理特征的思維品質(zhì)。

眾所周知，物理是一門實驗科學，物理概念和物理規(guī)律的建立需要堅實的實驗基礎。物理實驗肩負著幫助學生建立新的概念和認識新的規(guī)律、訓練學生的認知能力、培養(yǎng)學生的觀察和實驗能力、建立正確的物理觀念和科學思維等功能。新課程改革下的課堂教學，進一步強調(diào)利用實驗進行探究，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度和責任感、創(chuàng)新精神和實踐能力。這決定了在物理教學中，實驗對培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的地位和作用，因此我們要最大化的實現(xiàn)和提升實驗的育人價值。下面，就自己的教學經(jīng)驗，談談利用實驗培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的一些拙見。

1? 利用實驗巧妙創(chuàng)設問題情境，激發(fā)探究的欲望

在教學活動中，要培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，就必須重視學生的科學思考。學貴于思，思起于疑。疑是點燃學生思維的火種。單調(diào)的教學吸引不了學生的興趣，更別談科學思維了。因此教師應巧妙創(chuàng)設問題的情境，用懸念來激發(fā)學生探究的欲望，引發(fā)學生思維。在這方面，實驗具有得天獨厚的條件，且分組實驗比演示實驗對激發(fā)學生探究的欲望效果更佳，日常教學中盡可能將演示實驗變?yōu)榉纸M實驗，調(diào)動學生的主觀能動性，激活學生求知的欲望。

例如：在“流體壓強與流速關系”的教學中，將演示實驗變?yōu)閷W生分組實驗，課前引導學生用礦泉水瓶或一次性紙杯和一根吸管（或兩端開口的筆管）自制漏斗，因為對氣密性要求不高，學生的器材自制也是百分百成功的。課堂上讓學生利用自制的這個漏斗和乒乓球（如圖1）在老師的引導下進行實驗：（1）用手指托住乒乓球，放在倒置的漏斗里，然后移開手指，觀察現(xiàn)象。（2）通過吸管對著乒乓球向下持續(xù)快速吹氣，將壓住乒乓球的手放開，將會觀察到什么現(xiàn)象？（兩次實驗都要求學生先猜后做）

學生基本上猜想兩次球都下落，向下吹球肯定會掉的更快下來，有的學生猜想不會落下（問他原因，學生說肯定老師在賣關子）。在老師發(fā)出可以進行實驗的指令時，學生迫不及待地拿起漏斗用力向下吹氣，一個個憋足了勁漲紅了臉。神奇的現(xiàn)象出現(xiàn)了，球不但沒有掉下來，反而被緊緊的吸在漏斗口。實驗過程學生熱情高漲，反復做，有點樂不思蜀，很好地激發(fā)了學生的求知欲，有了強烈的愿望想盡快知道是什么神奇的力量使球不下落？還有硬幣跳高、向兩靠近的乒乓球之間吹氣兩球相吸、向兩靠近的紙船舶之間噴水（噴水槍也是自制的）兩船相吸（如圖2）等實驗，每位學生均是在老師引導下，自備自制儀器，動手實驗，觀察現(xiàn)象。因此在引導學生分析現(xiàn)象得結論的過程，就很自然地水到渠成。

課后，學生興奮地圍著老師說：用自己自制的儀器做實驗，觀察現(xiàn)象，分析得結論，更容易理解學習的知識，對知識理解也更加透徹。顯然，自制學具極大滿足了初中學生的好奇心，激活了求知欲，跟以往采取老師演示或者請一個學生上來演示相比較，效果有了質(zhì)的提升。

又如：在平面鏡教學的新課引入時演示了這樣一個實驗，在平面鏡前面放一根點燃的蠟燭（如圖3），學生透過平面鏡觀察到平面鏡后面也有一根點燃的蠟燭，而且，該蠟燭風吹不滅，水澆不滅，讓學生深感不可思議，也產(chǎn)生了極大的興趣。當鏡子前的蠟燭被吹滅的同時，鏡子后的蠟燭卻不吹自滅，學生被這現(xiàn)象驚得睜大了充滿疑惑的眼睛，求知欲被激活了，全體學生輕松自然快速的進入了新課學習狀態(tài)。

孔子曾說過：知之者不如好之者，好之者不如樂之者。只有當學生對問題感興趣時，才會主動去積極思考，積極探究。因此教師在教學中要善于創(chuàng)設情境，激發(fā)學生的興趣，為科學素養(yǎng)的培養(yǎng)奠定良好的心理基礎。

2? 重視實驗探究的過程，激活探究的思維

科學素養(yǎng)不單單指讓學生具備足夠的知識和技能，更需要具有科學的思維和科學的精神，物理學處處閃耀著人類思維的光華。因此在實驗教學中應強調(diào)觀察與思維同步，重視實驗思路的分析，突出研究物理的思維和方法，為學生的思維發(fā)展創(chuàng)造一個最佳的課堂學習環(huán)境。

在探究電流與電壓、電阻的關系實驗中，筆者是這么設計教學思路的引導：

（1）猜想：電流的大小與哪些因素有關？

猜想不是盲目的猜想。但這個問題比較難，因為學生在生活經(jīng)驗中沒有很多相關的體驗，所以設計了如下所示的演示實驗，通過實驗做個鋪墊，通過實驗創(chuàng)設情境，讓學生有依據(jù)地進行猜想。

①將2.5V的小燈泡、電流表、2節(jié)電池、開關、導線等組成電路，讓學生觀察。

②將上述實驗中的兩節(jié)電池改為一節(jié)，讓學生觀察。

③將上述實驗中的燈泡，改換為3.8V的燈泡，交待給學生3.8V燈泡電阻比2.5V的燈泡電阻大，引導學生觀察。

讓學生觀察示教板上小燈泡的亮度情況，再引導學生做出大膽猜想。

（2）進行實驗

在這一環(huán)節(jié)的教學中，教師應該根據(jù)教學的內(nèi)容和特點，有針對性地設置相應的問題，激發(fā)學生思考，引導學生探究。

問題：

①要用什么方法來做實驗呢？

②實驗要分幾次來做？

③每次實驗中要控制什么量，改變什么量？

④利用桌面上的實驗器材，怎樣來實現(xiàn)實驗條件？

⑤設計出滿足實驗要求的電路圖。

通過教師清晰的物理思維下的有效引導，學生很順利地明確實驗思路、方法（如何控制變量進行實驗）、需要的器材及步驟、輕松畫出實驗電路圖。可見教學中滲透了研究物理的科學方法，引導學生學會思考、大大提高學習的效果。

事實證明，只有通過教師精心設計的實驗教學，才能剖析實驗設計的精髓所在，才能弄清實驗原理，才能在提高實驗能力的同時讓學生的思維得到發(fā)展，從而培養(yǎng)學生科學的理性思維，學生的科學素養(yǎng)就會得到發(fā)展。

3? 利用實驗的直觀性，培養(yǎng)學生的抽象思維

學生在初中階段的思維主要以形象思維為主，但已開始向抽象邏輯思維轉(zhuǎn)化，這種思維屬于經(jīng)驗型的抽象邏輯思維，在很大程度上仍然要以形象思維為基礎[ 2 ]。而初中物理很多的概念和規(guī)律都比較抽象，實驗可以讓學生觀察到大量直觀感性的信息，有利于學生的形象思維向抽象思維過渡。因此實驗成了初中物理課堂教學中的重要手段。

例如：在“簡單的光現(xiàn)象”教學中，為學生提供一把激光筆，一個裝水（加了幾滴蜂蜜）的方型容器、一個長方形玻璃磚。在老師的引導下學生做了如圖4所示的實驗，并要求學生將光的傳播路徑用示意圖的方式記錄。實驗簡單易操作，且現(xiàn)象非常明顯有趣，學生享受著如此美的實驗意境，愉悅的實驗過程，表現(xiàn)出極大的熱情、專注和開心。再利用學生匯報的實驗記錄示意圖，引導全體學生共同分析，得出光的直線傳播現(xiàn)象（增加一個演示實驗，光在不均勻的蜂蜜水中傳播路徑是彎曲的）、光的反射現(xiàn)象、光的折射現(xiàn)象、光的全反射現(xiàn)象。這個過程是輕松的，充分體現(xiàn)玩中學的良好心理所提升的學習效果。

最讓筆者驚喜的是，在“光的反射定律和折射規(guī)律”教學中，課堂教學及時反饋的作圖中，居然幾乎找不到畫錯的例子，這是以前從未出現(xiàn)過的，究其原因應歸功于化抽象為形象的“直觀教學”，每位學生均親自動手實驗，觀察現(xiàn)象，并用示意圖的方式記錄光的傳播路徑，這些光現(xiàn)象深深地印在學生的腦海里。本節(jié)課的教學，不僅培養(yǎng)了學生的動手能力、觀察能力，還培養(yǎng)了學生的物理建模思維和能力。

又如：在“神奇的眼睛”教學中，學生對“凸透鏡的折光能力與彎曲程度的關系”這個知識點不理解，導致不能真正掌握近視眼和遠視眼的成因及如何矯正。為此設計了一種學具（如圖5），其中的水透鏡是用可樂瓶的側壁和彈性絕緣膠及絕緣膠布制成的，里面加上水模擬眼睛的晶狀體，通過拉或擠連接在兩端的絕緣膠布改變其彎曲程度（向外拉，它的彎曲程度會減小;向內(nèi)擠壓，它的彎曲程度會增大）。實驗直觀形象地呈現(xiàn)了正常眼、近視眼和遠視眼的視物情況，還可以生動呈現(xiàn)近視眼和遠視眼的矯正過程，實現(xiàn)學生學習過程知其然還知其所以然，真正應驗朱正元教授說過的那句話“千言萬語說不清，一看實驗就分明”，教學效果大大超出教學設計的預期，很好的體現(xiàn)了直觀教學的優(yōu)越性。

實驗以“直觀”做橋梁和基礎，能夠降低學習的難度，讓學生在直觀感知的基礎上理解物理規(guī)律和概念，使教學從感性走向理性，使學生更容易理解抽象事物，從而逐步提高學生的抽象思維能力，提高學生的科學素養(yǎng)。

4? 充分利用實驗課生成的問題資源，培養(yǎng)勇于追求真理的精神

科學素養(yǎng)的目標之一是培養(yǎng)學生實事求是，不畏艱難，追求真理的精神。物理課上，影響實驗成功與否的因素是很多的，因此實驗出現(xiàn)生成性的問題是很正常的，這些問題對培養(yǎng)學生形成實事求是的科學態(tài)度是難能可貴的，因此課堂上老師要善于發(fā)現(xiàn)，抓住機會，引導學生分析原因，這樣不僅培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的能力，更重要的是還會培養(yǎng)學生尊重實驗事實的科學態(tài)度，達到成功實驗所不能替代的效果。

例如：在探究電磁鐵的磁性強弱與什么因素有關的實驗中，我們用網(wǎng)絡五類線和大鐵釘自制的電磁鐵（如圖6）進行實驗，學生發(fā)現(xiàn)同樣是100圈的線圈、1.5A的電流，為什么有的一下子吸了30多根大頭針，有的只吸幾根呢？這時老師應留給學生足夠的時間讓他們?nèi)ソ涣鳌⑷ビ懻摗⑷ピu估，結果發(fā)現(xiàn)不同小組用電磁鐵吸引大頭針時，電磁鐵的一端離大頭針的距離不同，而且大頭針的擺放是隨意的，有的組大頭針擺放比較密集，有的組大頭針擺放比較稀疏，這些因素都說明實驗沒有真正做到控制變量，原因找到了，問題就迎刃而解。學生不僅掌握了正確的物理規(guī)律，而且對控制變量這個研究物理問題的方法理解更深刻。如果老師沒有抓住這個機會進一步的分析，學生就會形成錯誤的認識。

又如：在電學的很多實驗中，經(jīng)常會發(fā)生燈不亮的現(xiàn)象，到底是燈短路或燈開路，或者是其他方面的原因？這時，教師可以因勢利導，讓學生自己分析排除故障，有的不成功的實驗歷程也能讓學生掌握故障電路的正確分析的方法，同時學生還收獲了成功的喜悅。

因此教師不能忽略這些課堂生成性的問題資源，而應當善于發(fā)現(xiàn)問題本身所蘊含的內(nèi)涵，悟透內(nèi)涵中的“精彩”，并巧妙地加以利用，引導學生利用已知的知識找錯和糾錯。只有這樣才能最大程度上鍛煉學生的批判性思維，培養(yǎng)學生堅韌不拔的科學精神和毅力，從而提升了學生的科學素養(yǎng)。

“培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)”是我們物理教師永恒的追求。在教學中我們應充發(fā)揮實驗的作用，利用實驗全面提高我們教學的有效性，提高學生的基本素質(zhì)，把學生培養(yǎng)成真正具有“科學素養(yǎng)”的人。

參考文獻：

[1]李文杰.淺談初中物理教學中如何培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)[J].中國校外周報上旬刊，2018（11）.

[2]趙煜華.初中物課堂教學中多種直觀教學手段的運用[D]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古師范大學，2011.