體驗科學(xué)探究 引發(fā)科學(xué)思考 領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)

朱傳華

摘?要：引領(lǐng)學(xué)生正確認識科學(xué)本質(zhì)是《課程標(biāo)準(zhǔn)》明確提出的目標(biāo)之一。本文以蘇科版《物理》第七章《從粒子到宇宙》第1、2兩節(jié)的教學(xué)為例，介紹了科學(xué)本質(zhì)教育的實施方法。即通過讓學(xué)生體驗科學(xué)探究，并在探究活動中預(yù)設(shè)關(guān)鍵問題，引發(fā)學(xué)生深層次思考，讓學(xué)生在動手與動腦中既學(xué)習(xí)了科學(xué)知識，又領(lǐng)悟了科學(xué)本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)本質(zhì);課堂教學(xué);科學(xué)探究;科學(xué)方法;分子模型

中圖分類號：G633.7文獻標(biāo)識碼：A ????文章編號：1992-7711（2018）24-069-2

科學(xué)的本質(zhì)是真理體系，是認識世界的實踐方法?？茖W(xué)原先是指“分科而學(xué)”的意思，后指將各種知識通過細化分類（如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等）研究，形成逐漸完整的知識體系。它是關(guān)于發(fā)現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)造實踐的學(xué)問，是人類探索研究感悟宇宙萬物變化規(guī)律的知識體系的總稱。

一、融入科學(xué)本質(zhì)觀的教學(xué)案例

筆者一直嘗試將科學(xué)本質(zhì)觀教育融入到物理課堂教學(xué)中，下面以蘇科版初中物理教材第七章《從粒子到宇宙》第1、2節(jié)的兩個探究活動的教學(xué)為例，談?wù)効茖W(xué)本質(zhì)教育的實施。

1.分子動理論

第一節(jié)《走進分子世界》分子動理論中，教材首先介紹了“科學(xué)家常根據(jù)觀察到的現(xiàn)象提出物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的猜想，再收集證據(jù)來檢驗自己的猜想，試圖弄清楚物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)”這一研究方法，然后通過兩個活動觀察到的現(xiàn)象來選擇一種模型。

活動1.用素描炭筆在紙上畫一條線，再用放大鏡或低倍顯微鏡仔細觀察，你看到了什么現(xiàn)象？

活動2.如圖所示，向一端封閉的玻璃管中注水至一半位置，然后再注入酒精直至充滿。封閉管口，將玻璃管反復(fù)翻轉(zhuǎn)，使水和酒精充分混合，觀察液面的位置?；旌虾笏途凭目傮w積（大于/等于/小于）混合前水和酒精的總體積。

活動1用類比的方法使學(xué)生認識到宏觀上看起來連續(xù)的物體在微觀層面上可以是不連續(xù)的，活動2讓學(xué)生認識到微粒之間有空隙。所以學(xué)生在教材給出的3個模型中很容易做出選擇“模型3 物質(zhì)是由微粒組成的，微粒之間有空隙?！?/p>

活動反思：活動2中為什么先注入水后注入酒精？

生：水的密度比酒精大，如果先注入酒精，再注入水后水下沉就會自動和酒精混合，因而無法記錄混合前的總體積。

師：科學(xué)家把保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒稱為分子。

結(jié)論1：常見物質(zhì)是由大量分子組成的，分子間有空隙。

師：分子會運動嗎？你的猜想是什么？有什么依據(jù)證明你的猜想？

生：回家能聞到飯菜的香味，春天能聞到花的香味，說明分子是運動的。

生：你的例子能說明氣體分子是運動的，但不能說明液體和固體分子是否運動。

師：演示紅墨水在水中的擴散。

生：這說明液體的分子也在運動，但固體分子肯定不在運動，因為如果固體分子也在運動，那固體可能就會散掉了。

師：科學(xué)家曾做過一個實驗，將鉛板和金板壓在一起，放置三年后，金板上滲入一些鉛，鉛板上滲入一些金，說明了什么？

生：組成鉛和金的分子也在運動，原來固體的分子也在運動。

生：我想起來了，一次我們班黑板報放暑假前沒擦掉，開學(xué)后就發(fā)現(xiàn)很難擦掉，是不是也能說明固體分子在運動。

師：你說得非常好！大家還能舉出生活中其他能證明分子在運動的例子嗎？

學(xué)生舉例。

結(jié)論2：分子處在永不停息的無規(guī)則運動中。

師：大家對我們的結(jié)論有沒有什么疑問？

生：我的問題還沒解決，固體分子在運動的話，固體為什么沒有散掉呢？

師：問得好！我們來看一個實驗。演示將兩個鉛塊切平后相互緊壓，將一個懸掛起來，另一個不僅不會掉下來，還能在下面懸掛鉤碼。

生：原來分子之間能相互吸引，怪不得不會散掉。

結(jié)論3：分子間存在吸引力。

師：大家覺得我們的結(jié)論有矛盾的地方嗎？

生：有！分子間存在吸引力，為什么還會有空隙呢？吸引力怎么沒有將分子聚在一起呢？

師：很好的問題！大家有沒有什么辦法可以解釋或者提出新的觀點來解釋這個問題呢？

學(xué)生表示為難。

師出示一個模型，兩個乒乓球中間固定一根被壓縮的彈簧和一根被拉長的橡皮筋，示意圖如圖所示。大家對照這個模型能解釋分子間為什么有空隙嗎？

生：橡皮筋被拉長了，所以會產(chǎn)生一個向中間的拉力，但中間還有一根彈簧，橡皮筋向中間拉的時候使彈簧發(fā)生了收縮，所以又會產(chǎn)生一個向兩側(cè)的推力，當(dāng)這兩個力相等的時候，兩個乒乓球之間就可以保持一定的距離且距離不會改變。

師：你回答的太好了！分子間確實還有一種向外推的力，我們把這種力叫做排斥力。所以結(jié)論3可以補充為：分子間存在吸引力，同時存在排斥力。（說明：本模型是為幫助學(xué)生理解分子間吸引力和排斥力同時存在而設(shè)計，僅能模擬分子間距離變大時表現(xiàn)出吸引力，分子間距離減小時表現(xiàn)出排斥力，但并不能準(zhǔn)確反映分子間作用力大小和分子間距離的關(guān)系）

師：常見物質(zhì)是由大量分子組成的，那么同種物質(zhì)為什么會處在不同的狀態(tài)呢？比如水是由水分子組成，它有時處于固態(tài)，有時處于液態(tài)或氣態(tài)，不同狀態(tài)下，水分子之間有什么區(qū)別呢？閱讀教材“讀一讀 用分子模型解釋固體、液體和氣體的性質(zhì)”，嘗試自己解釋。

2.探究帶電體間的相互作用

第二節(jié)《靜電現(xiàn)象》“活動7.5探究帶電物體間的相互作用”中，教材設(shè)計了用絲綢摩擦過的有機玻璃棒和用毛皮摩擦過的橡膠棒兩兩相互靠近的實驗，然后提出問題“通過上述觀察，你對摩擦起電的電荷種類能說出什么看法？”最終得出物體相互摩擦所帶的電荷只有兩種，并得出同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的結(jié)論。但教材的探究實驗中僅有兩種帶電體，結(jié)論的得出不具有普遍性，所以筆者在教學(xué)過程中，在實驗中增加了帶電體的種類，使實驗結(jié)論更具有普遍性。

實驗設(shè)計：絲綢與有機玻璃棒摩擦后將絲綢和有機玻璃棒作為兩個帶電體，毛皮和橡膠棒摩擦后毛皮和橡膠棒作為兩個帶電體，與頭發(fā)摩擦后的塑料尺作為帶電體，共得到五個帶電體，將這五個帶電體分別兩兩相互靠近，觀察并記錄現(xiàn)象，并討論，你能發(fā)現(xiàn)什么？對帶電體所帶的電荷種類，你有什么看法？

生1：同種帶電體相互靠近時都是排斥的。

生2：那是不是可以將相互排斥的帶電體帶的電荷看成同一類的？

生3：那相互吸引的帶電體所帶的電荷是不是就可以看成不是同一類的？

生4：那我們可以根據(jù)相互作用的現(xiàn)象將五個帶電體進行分類了，玻璃棒以及和它相互排斥的毛皮可以分為一類，它們所帶的電荷相同;橡膠棒以及和它相互排斥的絲綢、塑料尺可以分為一類，它們所帶的電荷相同。

學(xué)生通過分析實驗現(xiàn)象并討論發(fā)現(xiàn)帶電體所帶的電荷可以分為兩類，并且得出同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引的結(jié)論。

二、科學(xué)本質(zhì)教育的實施方法建議

1.體驗科學(xué)探究，領(lǐng)悟科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)探究是課程改革的核心理念，既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式。其目的是讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者相似的探究過程，主動獲取物理知識，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗科學(xué)探究的樂趣，養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神[1]。如在上面分子動理論探究活動中，“用素描炭筆在紙上畫一條線，再用放大鏡觀察”這一探究活動用類比的方法使學(xué)生認識到宏觀上看起來連續(xù)的物體在微觀層面上可以是不連續(xù)的。再如在“探究帶電物體間的相互作用”實驗之后，學(xué)生在分析實驗現(xiàn)象，討論實驗結(jié)論的過程中領(lǐng)悟了歸納法的科學(xué)方法。

2.預(yù)設(shè)關(guān)鍵問題，引發(fā)科學(xué)思考

分子動理論模型的構(gòu)建過程中，教師以問題為導(dǎo)向，通過預(yù)設(shè)一定有層次的關(guān)鍵問題，層層追問，引發(fā)學(xué)生的深入思考，讓學(xué)生對現(xiàn)有知識進行大膽質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)矛盾，引發(fā)思維碰撞，從而進一步發(fā)現(xiàn)新的知識，并使原有知識體系實現(xiàn)自洽、不斷完善或建立起新的知識體系。學(xué)生在這一過程中能逐漸感悟到科學(xué)的本質(zhì)：科學(xué)模型、定律、機制和理論解釋自然現(xiàn)象;科學(xué)知識假設(shè)自然系統(tǒng)中有次序和一致性;科學(xué)有質(zhì)疑，科學(xué)有探究，科學(xué)有實證。

在平時的教學(xué)中，我們不僅要讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識，也要讓學(xué)生學(xué)習(xí)到關(guān)于科學(xué)的知識，在關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)法方法上應(yīng)將多種方法結(jié)合起來，在情境中呈現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)，在反思中討論科學(xué)本質(zhì)，以“潤物細無聲”的方式讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)。

[參考文獻]

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.