例談初中物理實驗教學中如何培養(yǎng)學生的科學思維

林俊英

摘要：實驗與物理相輔相成，實驗教學作為物理實驗探究的重要載體，在實驗教學中培養(yǎng)學生科學思維，提升學生的科學探究能力顯得尤為重要。文章旨在通過問題引導讓學生自主建構(gòu)模型，分析實驗現(xiàn)象，梳理邏輯順序，反思探究過程，從而培養(yǎng)學生的科學思維。

關(guān)鍵詞：科學思維;物理實驗教學;問題引導

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

一、 滲透科學方法，自主模型建構(gòu)

在物理實驗教學中，無論是實驗裝置的選擇，器材的組裝，還是實驗方案的設(shè)計和實施，無一不是思維的產(chǎn)物，蘊含著豐富的科學思維教育成果。通過實驗模型的建構(gòu)，使抽象的實驗設(shè)計更加具體、直觀和形象，便于學生去理解和熟練實驗操作。在實驗教學中，讓學生在物理學習中自主設(shè)計實驗，通過模型建構(gòu)，既能有效發(fā)展學生的建模思維，又能避免學生實驗的盲目性，同時還可以更好掌握物理知識，與生活情景相聯(lián)系，有效地學以致用。

例如，在滬科版九年級全一冊“科學探究：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，適當對教材的探究順序進行調(diào)整，采用問題引導層層遞進的方式，讓學生分小組嘗試設(shè)計實驗電路，并完善實驗裝置。問題引導如下：

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

問題2：為保證電流和通電時間相同，需將這兩個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，需要重新設(shè)計電路嗎？如何改變電流？

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

基于以上理論分析，教師引導學生設(shè)計出實驗裝置圖，并說明理由。問題2學生設(shè)計的實驗電路如圖1，問題4學生在教師引導下采用串聯(lián)一個滑動變阻器來改變電路電流，設(shè)計的實驗電路如圖2。引導學生思考，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)系已學知識“電阻絲加熱的液體為何不用水而用煤油？”使學生的知識形成系統(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，也能使學生的認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，通過教師問題引導的方式，引導學生設(shè)計出實驗裝置圖，并對其進行分析說明。可有效節(jié)省實驗時間，達到一圖三用的效果，避免了學生簡單重復教材的步驟，透過現(xiàn)象看本質(zhì)。自主建構(gòu)模型的過程學生不僅鍛煉了邏輯思維和動手能力，也極大地體現(xiàn)主體作用，讓學生自身體會到成就感，提高了其學習的興趣，這比教師多次的講授效果更為突出。

二、 注重實驗分析，注重科學推理

在物理學中，要根據(jù)實驗現(xiàn)象合理地推導得到正確的結(jié)論。要注意適用條件，以實驗為基礎(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“科學探究：歐姆定律”一課中，“探究電壓不變時，電流與電阻的關(guān)系”的實驗教學中，部分學生小組在進行實驗中就會發(fā)現(xiàn)存在一些問題：“滑動變阻器不夠用了”，即當更換為大電阻時，無論怎么移動滑動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;而有的實驗小組卻可以完成整個實驗。

引導學生提出設(shè)想：在此實驗中定值電阻和滑動變阻器的阻值大小是否有關(guān)系？實驗能否完成與實驗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：能完成實驗的小組選擇的電源是幾節(jié)干電池？控制電壓不變的時候，取多大的電壓合適？

問題5：當更換阻值更大的定值電阻后，應(yīng)當把滑動變阻器的阻值調(diào)大還是調(diào)小？無法完成全部的實驗是定值電阻為小電阻時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問題？

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

三、 梳理實驗邏輯，凸顯科學論證

論證是共同體圍繞某一論題，利用科學的方法收集證據(jù)。運用一定的論證方法終達成可接受結(jié)論的活動。論證就是把探究的過程重新梳理一遍，分析事實和假設(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)有的事實和實驗現(xiàn)象數(shù)據(jù)有機聯(lián)系起來，能不能通過事實或者實驗數(shù)據(jù)進行證明。通過進行嚴謹?shù)目茖W論證，有助于學生科學論證思維的發(fā)展。

例如，在“電阻的串聯(lián)和并聯(lián)”一課中，部分學生由于使用到多個電阻，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”。筆者引導學生，一是從理論上進行分析解釋，若并聯(lián)的幾個電阻材料和長度相同，那么越多個電阻并聯(lián)，相當于電阻的橫截面積變大，導致總電阻的阻值變小。二是通過實驗，讓學生眼見為實，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。