基于證據(jù)意識的物理科學(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)，實驗設(shè)計要有過程，交流評價要有證據(jù)，在證據(jù)意識下提升學(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，師生在討論拳擊運動員是否受力時，一位學(xué)生給出施力物體也是受力物體的觀點，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，而是直接肯定此學(xué)生的觀點，然后帶領(lǐng)學(xué)生做了許許多多小實驗，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結(jié)論已經(jīng)確定，剩下的工作就是用大量的實驗驗證已經(jīng)確認的觀點，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)的思維并不嚴謹和全面[1]，沒有讓學(xué)生自然暴露錯誤的前概念，只注重結(jié)論，缺少證據(jù)意識，長此以往無疑對提升學(xué)生的科學(xué)思維能力是無益的．

基于以上思考，筆者在自己班級執(zhí)教了“力的作用是相互的”[2]這節(jié)課，把學(xué)生錯誤的前概念暴露，激發(fā)認知沖突，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，與各位同行分享．

1 重視證據(jù) 問題討論 提出科學(xué)觀點

在播放完鋼鐵俠“飛天”視頻前半部分引入本節(jié)課后，展示拳擊運動員主動出擊把對手擊倒的畫面，提出小明的觀點：“只有對手才受到力的作用.”詢問學(xué)生是否贊成小明的觀點．此時由于大家的“超前學(xué)習(xí)”，大部分學(xué)生持反對態(tài)度，教師并沒有急于肯定這些學(xué)生的觀點，而是讓個別支持小明觀點的學(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？

有幾個學(xué)生舉手．

師：你能否舉出支持小明觀點的實例？

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)：若用玻璃打擊石頭，玻璃碎了，說明主動出擊的物體也受到力的作用．

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

分析：科學(xué)素養(yǎng)是指作為一個有反思意識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)生更多評價交流、發(fā)表觀點、提出“質(zhì)疑”的權(quán)利和機會，使學(xué)生“提問有依，猜想有據(jù)”．同時，能將學(xué)生錯誤的前概念充分暴露，且以“沖突”帶動學(xué)生的思維活動，課堂氣氛也更活躍．

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

教師提問：為什么我們會認為施力者不一定會成為受力者呢？因為我們沒有看到或者感覺到施力者受力的效果．我們能否針對這個原因來選擇和設(shè)計一些小實驗，用證據(jù)來說明問題[3]？例如拳擊手的例子，我們能不能通過實驗把主動出擊的拳擊手受力效果顯示出來呢？用手壓氣球時，氣球發(fā)生形變；拉橡皮筋時，橡皮筋會伸長；手拉彈簧測力計掛鉤，彈簧測力計的彈簧伸會長，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)計實驗并展示．

圖1 顯示施力者的受力現(xiàn)象實驗器材

學(xué)生分組討論設(shè)計后講臺展示：用一個氣球擠壓另一個氣球，兩個氣球都發(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；用一個彈簧測力計拉另一個彈簧測力計，兩根彈簧都伸長；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)生做好保護措施)，滑板上的兩位學(xué)生向相反的方向運動．這些實驗都說明施力物體也都受到力的作用．以往的課堂，教師會在此總結(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)論并不嚴謹．筆者在此設(shè)計以下教學(xué)過程，可以提升學(xué)生實驗中的證據(jù)意識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．學(xué)生展示完設(shè)計實驗之后，再與同學(xué)們討論.

師：通過以上實驗，大家認為小明的觀點是正確的還是錯誤的？

生：錯誤的．

全班學(xué)生已經(jīng)都認識到小明的觀點錯誤．

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

生：處于沉思中．

師：如果要得到普遍的結(jié)論，就要對所有性質(zhì)的力都進行實驗探究．(引導(dǎo))

生甲：剛才的實驗都是關(guān)于彈力的，還應(yīng)該進行摩擦力、重力的實驗．

生乙：還有靜電力、磁力實驗．

師：老師給大家準備了實驗器材(圖2)，大家小組合作，設(shè)計實驗．

圖2 探究彈力以外其他性質(zhì)的力實驗器材

學(xué)生再次設(shè)計實驗，情緒高漲，紛紛舉手匯報自己設(shè)計的實驗．用一支牙刷在另一只牙刷上滑動，兩只牙刷的刷毛都發(fā)生彎曲；將發(fā)動的小車放在平板車上，平板車也會運動；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，因為磁力，另一輛B小車會向它運動，當(dāng)按住B小車時，A小車也會向B小車運動．

師：剛才大家設(shè)計的實驗有摩擦力的、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動，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：大量事實說明，一個物體對另一個物體有力的作用時，另一個物體也對這一個物體有力的作用，因此力的作用是相互的．這兩個力稱為相互作用力．

分析：探究教學(xué)中的證據(jù)意識是指“學(xué)生在科學(xué)探究過程中有目的地關(guān)注證據(jù)的探查活動和體驗行為”[4]．而活動的載體是探究活動，活動的根本目的是達成對“證據(jù)支持主張”的心理認同．在這里，引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計實驗搜集充分的證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度．同時這些實驗也是學(xué)生自己設(shè)計出來，自己展示交流的，提高了學(xué)生制定實驗計劃、設(shè)計實驗方案的能力，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]？我們需要對學(xué)生正在產(chǎn)生的學(xué)習(xí)證據(jù)進行收集并及時處理，進而調(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，以此來促進學(xué)生對知識的理解以及對證據(jù)意識的認同，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，給地面一個向后的力，由于物體間力的作用是相互的，地面給人一個向前的力，推動人前進．

(2)播放游泳視頻(作用于液體)

提出問題：游泳時，前進的力是怎樣產(chǎn)生的？

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

(3)播放火箭升空視頻(作用于氣體)

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

生：火箭對向下噴的燃氣有個向下的推力，由于物體間力的作用是相互的，所以火箭受到燃氣對它向上的推力．

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

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

創(chuàng)新精神和實踐能力是素質(zhì)教育的重點．因此,在新課程標準下的物理教學(xué)中,不僅要培養(yǎng)學(xué)生嚴謹細致的科學(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)計了學(xué)生自主創(chuàng)新的環(huán)節(jié)，具體設(shè)計如下.

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(首尾呼應(yīng))．科學(xué)家通過實驗探究，發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律或原理；發(fā)明家利用物理規(guī)律或原理進行創(chuàng)新發(fā)明，從而推動人類文明的進步和社會發(fā)展．今天，老師帶大家一起來制作一個飛天的小飛機(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

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，及時鞏固學(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、動手能力以及科學(xué)創(chuàng)新能力．

5 總結(jié)

《物理課程標準》確立了義務(wù)教育階段物理課程改革的重點[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)計有方，改進有法；評價有思，交流有想”的理性課堂，在證據(jù)意識下培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，促進學(xué)生物理能力的全面發(fā)展．