聚焦物理實驗 培養學生科學態度與責任素養

文/趙丹丹

引 言

科學態度與責任素養是物理學科核心素養內容維度的構成之一，是學生物理學習中所應具備的關鍵能力，同時也是教師在物理學科教學中重點培養學生的素養內容之一。在學生科學態度與責任素養培養過程中，實驗是一種有趣且有效的手段。本文將圍繞實驗與學生的科學態度與責任素養能力培養展開探討。

一、物理實驗和科學態度與責任素養培養的關系

科學實驗是物理教材中的重要內容。實驗的價值在于印證物理原理，探究物理現象，分析物理知識[1]。物理實驗和科學態度與責任素養培養之間的關系是密不可分、相互促進的。首先，物理實驗能夠幫助學生建立科學態度，即通過物理實驗設計、實驗操作、實驗現象分析來深化學生對其中物理知識的科學認知；其次，科學實驗能夠幫助學生掌握科學方法，建立對科學態度與責任素養的具象化認知。

二、新時期物理實驗中對科學態度與責任素養關注的情況

在新課程改革背景下，初中物理學科中的實驗無論在數量還是重要性方面都有所提高。對此，物理教師對物理學科的實驗給予了極大的關注。例如，教師將科學態度與責任素養的內容納入物理實驗教學目標，并在具體的物理實驗中提醒學生、引導學生形成科學態度與責任素養。但是從科學態度與責任素養的培養效果來看，目前依然有較大的進步空間。教師需要進一步研究物理實驗，將科學態度與責任素養滲透到物理實驗的設計、組織、解析、評價和拓展中，讓學生潛移默化地形成科學態度與責任素養[2]。

三、基于科學態度與責任素養培養的物理實驗開展對策

（一）設計物理實驗，讓科學態度與責任素養培養生動化

合理設計的物理實驗是提高學生科學態度與責任素養培養效果的前提與基礎。換言之，一個能夠培養學生科學態度與責任素養的實驗都是需要完善設計的。這其中的內涵是比較廣的，如物理實驗主題的選擇、物理實驗素材的選定、物理實驗過程的規劃、物理實驗展示的方法等，這些都是教師在設計物理實驗時需要掌握和關注的細節內容[3]。同時，教師在設計物理實驗時，一方面要貼合所學的章節內容和教學大綱的規定，即物理實驗要和所學章節中的物理知識、物理原理、物理現象密切相關，這樣才能夠發揮物理實驗的正向作用；另一方面要結合實際情況，如實驗素材要容易找尋、時間長度要合理、難度要適中、實驗安全性要高等，從而提高物理實驗的可操作性。總之，在設計物理實驗方面，教師一定要以科學態度與責任素養為導向，以物理實驗為載體，以學生為主體，充分發揮物理實驗在學生科學態度與責任素養培養中的價值和效用。

例如，在教學“汽化和液化”時，為了讓學生更生動、真實、具體地理解汽化和液化的內涵，教師就可以設計相關物理實驗。汽化和液化是生活中常見的物理現象，基于調動學生的好奇心，降低學生對物理學習的排斥感，培養學生的科學態度與責任素養等目的考量，教師可以設計“水的沸騰”的物理實驗。

這一實驗取材方便（如紙板、溫度計、酒精燈、水等）、操作簡單（將燒杯注滿一定毫升的水之后放在鐵架臺上，并用酒精燈加熱燒杯底部）、實驗耗時短，而且實驗過程中的汽化、液化現象比較直觀（燒杯中的水被加熱沸騰之后就會出現汽化和液化現象），同時該實驗的危險性比較小，學生完全可以作為實驗操作主體參與其中。

（二）參與物理實驗，讓科學態度與責任素養培養趣味化

教師組織和實施物理實驗的目的是以物理實驗為媒介，指導學生更深入地理解物理現象、物理原理等，因此物理實驗的參與對象和主體必然是學生[4]。只有充分把握學生中心論，讓學生全程參與到物理實驗中，學生的物理實驗能力、科學研究能力、科學態度、科學知識等才能夠得到有效培養。因此，在物理實驗中，教師一定要注重調動學生的參與積極性。首先，在物理實驗的設計環節，教師要重視對學生意見、創意的征求，以豐富物理實驗的創設內容。其次，在具體的物理實驗操作方面，學生更要參與其中，在物理實驗中探索物理知識的奧秘，印證物理原理。基于此，學生的科學態度與責任素養將得到有效的培養。在學生參與物理實驗的過程中，教師的作用是組織、指導和啟發。其中，組織指的是確保整個物理實驗過程有序進行；指導指的是做好物理實驗步驟和環節的銜接，并為遇到實驗困難或困惑的學生提供答疑服務；啟發指的是教師要以科學態度與責任素養為導向來喚起學生對物理實驗的深入體驗和感知，如哪個實驗環節印證了科學方法、哪個實驗環節是科學知識的體現等，這些都是教師要做的工作。

例如，在教學“觀察光的傳播途徑”時，教師結合學生的反饋——喜歡簡單、直觀、趣味性的物理實驗，和有關本節光傳播途徑的相關物理知識，就可以設計與組織有關光傳播的物理實驗。即準備激光筆、玻璃磚（或具有一定厚度的均勻玻璃塊）、玻璃水槽三個實驗設備。這三種器材比較容易獲得，而且不具備危險性，操作簡單，學生完全可以參與進來。在具體實驗的過程中，教師為學生劃分實驗小組，并為每個小組配備一套實驗設備，并要求每個小組都要親身嘗試操作。具體的操作過程如下：學生打開激光筆，觀察激光筆的光線在空氣中的傳播途徑，并進行記錄。通過上述三種介質的論證，學生可以總結和提煉其中的物理科學原理。

（三）剖析物理實驗，讓科學態度與責任素養培養深入化

初中階段的物理實驗已經具備了一定的難度系數，而且實驗現象比較具象，在實驗現象與現象背后的科學原理、科學方法等關聯時，需要學生具備一定的科學分析能力、歸納總結能力、信息提取能力、科學推測能力和科學思考能力等，但不少學生是不具備這些能力的。這就需要教師對物理實驗做好剖析，即幫助學生深入分析物理實驗，揭開物理實驗背后的物理原理、物理基礎知識等[5]。在具體剖析物理實驗過程中，教師要做的主要工作是和學生進行互動，在互動中促進學生科學態度與責任素養的形成。教師可以通過問題互動、游戲互動、示范法、實操互動等多種方式和學生進行溝通，幫助學生成為物理實驗的“主人”，讓學生逐步學會通過物理實驗現象分析其背后的物理理論知識，鍛煉科學探究能力，形成科學認知態度，掌握科學理解方法。培養學生的科學態度與責任素養并非一朝一夕可以實現，而是需要教師和學生不斷努力，即教師要長期性、持續性地對學生進行指導，而學生也要不斷地跟隨教師的腳步多分析、多探究，在長期反復的實驗分析中形成科學態度與責任素養。

例如，在教學“液體的壓強”時，教師就可以通過帶領學生剖析物理實驗，以加強對學生科學態度與責任素養的培養。該實驗主要用到的器材是兩端開口的玻璃圓筒、側壁開口的玻璃圓筒、橡皮膜、壓強計、水、鹽水、玻璃棒等。在實驗過程中，教師要指導學生做好物理實驗的剖析，如“液體的壓強方向有哪些？”“液體內部有沒有壓強？”“加入鹽水的液體壓強和單純水的壓強是否一樣呢？”等。這些科學探究性的問題都是實驗中學生要研究的“任務”。教師需要和學生進行溝通和互動，使學生的科學態度與責任素養得到有效培養。

（四）評價物理實驗，讓科學態度與責任素養培養創新化

評價是以物理實驗提升對學生科學態度與責任素養培養質量的重要環節和手段，也是教師快速總結教學經驗，發現教學不足的“捷徑”[6]。在教學評價方面，教師可以通過多種方式來展開。如物理實驗教學中的課堂觀察與測評，教師可以圍繞學生的學習興趣情況、學習效果等來總結；也可以課后通過課堂錄像回顧、自我回顧等方式來思索整個課堂教學，包括科學態度與責任素養培養切入的角度是否恰當、學生對物理實驗是否感興趣、生活資源的運用是否有效果等。同時，在獲得教學總結后，教師要結合存在的問題，對后續的基于物理實驗教學的對學生科學態度與責任素養的培養策略做出優化和整合，以發現其中的不足和問題。在評價過程中，教師需要引入多個主體，可以從不同角度獲得對基于科學態度與責任素養培養為導向的物理實驗教學的信息反饋，如學生與教師之間的互評、學生自評、學生與學生之間的互評等，這些都是反饋物理實驗效果的主體視角，對學生的科學態度與責任素養培養有促進作用。

例如，在“用電壓表測電壓”的實驗中，教師就可以對整個實驗進行評價。教師可以與學生溝通，了解學生是否能夠理解實驗現象，通過實驗現象能否發現其背后的物理結論。在評價過程中，教師可以讓每個實驗小組對課堂進行評價，如通過實驗小組的實驗記錄、實驗小組對有關“用電壓表測電壓”實驗測試題的答案正確率、實驗小組的口頭評價、隨機選擇學生進行口頭評價等方式，有效促進對學生科學態度和責任素養的培養。

（五）拓展物理實驗，讓科學態度與責任素養培養有效化

物理實驗是培養學生科學態度與責任素養的“寶庫”。在物理實驗操作結束后，教師依然可以對其進行知識拓展，以利用其“剩余價值”來提高對學生科學態度與責任素養的培養質量。物理實驗的拓展方式并沒有固定的程式要求，教師需要結合自身的經驗和物理實驗類型、物理實驗主題進行拓展，以促進對學生科學態度的培養。具體來說，教師可以拓展作業形式，以書面作業的形式讓學生對整個物理實驗的關鍵內容做探查和研究，以深化學生對科學態度與責任素養的理解。教師還可以延展實驗，讓學生在課下開展類似的實驗操作，以發散學生的創新思維和發散思維。教師可以延展實踐，指導學生將物理實驗知識應用于生活實踐中。這一方面可以加深學生對物理實驗的理解，另一方面可以提高學生的實踐能力。

例如，“分解太陽光”實驗旨在印證太陽光并非單純的一種光，而是由多種光色組成的。教師可以通過拓展物理實驗來更有效地培養學生的科學態度與責任素養。如在實驗結束后，教師可以讓學生利用課堂剩余的時間回顧整個實驗的過程，并寫出100～200 字的實驗心得，包括實驗的步驟、實驗結論、實驗啟發、實驗體驗等。這一方面加深了學生對“分解太陽光”的實驗印象，培養學生的分析能力、總結能力和科學方法的歸納能力；另一方面可以培養學生的反思能力，啟發學生對分解太陽光實驗進行創新探索。在課堂教學結束后，教師還可以為學生設計生活實踐拓展活動，指導學生利用課下的時間，利用水霧的折射原理分解太陽光，或利用三棱鏡來分解太陽光，制作漂亮的“人工彩虹”。這不但能夠增強學生對物理實驗的實操能力，而且能夠幫助學生在物理實驗與生活趣味探究中建立關聯，做到學以致用，發現生活中的物理知識。

結 語

總之，物理實驗是培養學生科學態度與責任素養的重要方法。教師在學生科學態度與責任素養的培養中，可以巧妙設計物理實驗，通過設計物理實驗、參與物理實驗、剖析物理實驗、評價物理實驗、拓展物理實驗，以實現科學態度與責任素養培養的趣味化、深入化、創新化、有效化，讓學生乘著物理實驗的“小舟”駛向“科學態度與責任素養”的彼岸。