初中物理規(guī)律探究類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中學(xué)生科學(xué)精神的發(fā)展

李令軍

【摘要】本文運(yùn)用初中物理實(shí)驗(yàn)案例，論述了如何培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的“理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究”等科學(xué)精神的具體實(shí)施方法。

【關(guān)鍵詞】學(xué)生實(shí)驗(yàn)；理性思維；批判質(zhì)疑；勇于探究

在當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，對(duì)人才的需求，需要學(xué)校教育在人才的供給側(cè)承擔(dān)起基礎(chǔ)性作用。初中學(xué)段是學(xué)生六大核心素養(yǎng)中的科學(xué)精神素養(yǎng)發(fā)展的起步期和關(guān)鍵期，通過(guò)初中物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、經(jīng)歷科學(xué)探究的過(guò)程，學(xué)生的理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力皆能得到系統(tǒng)性、針對(duì)性的培養(yǎng)和發(fā)展。

蘇科版初中物理教材中共設(shè)置十六個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，其中五個(gè)儀器使用類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，十一個(gè)規(guī)律探究類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)。規(guī)律探究類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)具體是，1.觀察水的沸騰；2.探究平面鏡成像的特點(diǎn)；3.探究光的反射規(guī)律；4.探究凸透鏡成像的規(guī)律；5.研究氣泡運(yùn)動(dòng)的規(guī)律；6.探究影響浮力大小的因素；7.探究杠桿的平衡條件；8.探究串、并聯(lián)電路電流的特點(diǎn)；9.探究串、并聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)；10.探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系；11.探究通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向?，F(xiàn)就在初中物理規(guī)律探究類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中發(fā)展學(xué)生理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等品質(zhì)和能力的思考與探索論述如下。

一、規(guī)律探究類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中理性思維的發(fā)展

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)掌握基本科學(xué)方法

（1）控制變量法的運(yùn)用

在八年級(jí)下冊(cè)“探究影響浮力大小的因素”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，物體在液體中所受的浮力與排開(kāi)液體的體積及液體的密度都有關(guān)系，而中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)難以同時(shí)研究浮力與排開(kāi)液體的體積和液體的密度的關(guān)系，而是在分別控制液體的密度與排開(kāi)液體的體積不變的情況下，研究浮力與排開(kāi)液體的體積和液體的密度的關(guān)系，分別得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在九年級(jí)上冊(cè)“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓以及導(dǎo)體的電阻都有關(guān)系，學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)難以同時(shí)研究電流與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，而是在分別控制導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓不變的情況下，研究導(dǎo)體中的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，再分別得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，最終得出歐姆定律I=U/R.

（2）歸納法的運(yùn)用

在八年級(jí)下冊(cè)“探究影響浮力大小的因素”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，為了驗(yàn)證F浮=G排，我們分別利用木塊、石塊做實(shí)驗(yàn)，歸納、整理均得出F浮=G排，于是我們驗(yàn)證了原理的正確性。在九年級(jí)上冊(cè)“探究杠桿的平衡條件”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，我們反復(fù)做了五次實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證F1L1=F2L2，也是利用了歸納法。

（3）圖像法的運(yùn)用

在八年級(jí)上冊(cè)“觀察水的沸騰”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，我們以時(shí)間為橫坐標(biāo)、溫度為縱坐標(biāo)，建立平面直角坐標(biāo)系，在坐標(biāo)系中標(biāo)出各個(gè)時(shí)刻水的溫度，然后用平滑曲線連接起來(lái)，即可得到加熱過(guò)程中水的溫度隨時(shí)間變化的圖像。在九年級(jí)上冊(cè)“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，研究電阻不變時(shí)，電流與電壓的關(guān)系中，以電流I為縱坐標(biāo)、電壓U為橫坐標(biāo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)，畫(huà)出I-U圖像，得出電阻不變時(shí)，導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比。

（4）等效替代法的運(yùn)用

在八年級(jí)上冊(cè)“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，我們利用兩根完全相同的蠟燭驗(yàn)證像與物的大小相同，因?yàn)槲覀儫o(wú)法真正地測(cè)出物與像的大小關(guān)系，所以我們利用了完全相同的另一根蠟燭來(lái)等效替代物體的大小。

2.在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)和發(fā)展實(shí)證意識(shí)

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，猜想與假設(shè)之后實(shí)驗(yàn)小組就要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并制訂計(jì)劃、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集證據(jù)、分析與論證，在此過(guò)程中便培養(yǎng)發(fā)展了學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。如在八年級(jí)上冊(cè)“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在“猜想與假設(shè)”環(huán)節(jié)，可能提出“猜想1”：平面鏡成像的位置在平面鏡后；“猜想2”： 像到平面鏡的距離與物到平面鏡的距離相等；“猜想3”：像與物的大小相等；“猜想4”：平面鏡所成的像是虛像等。然后教師就要引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)小組去“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并制訂計(jì)劃”，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確比較像與物的大小；如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確確定像的位置；如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)判定像的虛實(shí)；如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)較好地解決測(cè)量的困難等，實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。接下來(lái)各小組依據(jù)本組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)計(jì)劃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集證據(jù)，如在驗(yàn)證“猜想1”中通過(guò)三次實(shí)驗(yàn)記錄像與平面鏡的位置關(guān)系；驗(yàn)證“猜想2”中通過(guò)三次實(shí)驗(yàn)記錄像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離；驗(yàn)證“猜想3” 中通過(guò)三次實(shí)驗(yàn)記錄像的大小與物的大?。或?yàn)證“猜想4”中通過(guò)三次實(shí)驗(yàn)記錄看能否成像在光屏上。最后實(shí)驗(yàn)小組內(nèi)分析論證，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：平面鏡所成的像是虛像，像和物的大小相等，它們到平面鏡的距離相等，即像和物關(guān)于鏡面對(duì)稱。

二、規(guī)律探究類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中批判質(zhì)疑精神的培養(yǎng)

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)

提出一個(gè)問(wèn)題比解決一個(gè)問(wèn)題更重要。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中確定了研究課題后，實(shí)驗(yàn)小組就要確定一個(gè)具體的、有待解決的問(wèn)題或論點(diǎn)，并且還需對(duì)要研究的問(wèn)題做出猜想。在八年級(jí)上冊(cè)“探究凸透鏡成像的規(guī)律”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生將會(huì)提出凸透鏡和凹透鏡成像的區(qū)別是否僅在于前者成發(fā)大的像、后者成縮小的像，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)猜想凸透鏡所成的像可以有哪些不同的情況。八年級(jí)下冊(cè)“探究影響浮力大小的因素”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生將會(huì)產(chǎn)生：對(duì)于給定的物體，它的形狀、大小、質(zhì)量、密度都是一定的，那么，它在液體中受到的浮力可能與哪些因素有關(guān)的疑問(wèn)，并將產(chǎn)生：它部分浸在液體中與全部浸在液體中浮力不同；它浸沒(méi)在液體的不同深度浮力不同；它浸在密度不同的液體中浮力不同的猜想。九年級(jí)上冊(cè)“探究杠桿的平衡條件”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，將會(huì)提出生產(chǎn)生活中有許多地方應(yīng)用到杠桿，那么杠桿的作用是否都相同呢？如果不同，分類(lèi)依據(jù)又是什么呢？九年級(jí)下冊(cè)“探究通電螺線管外部磁場(chǎng)的方向”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生將會(huì)產(chǎn)生電流方向是否會(huì)影響磁場(chǎng)方向、電流大小是否會(huì)影響磁場(chǎng)強(qiáng)弱、線圈多少是否會(huì)影響磁場(chǎng)強(qiáng)弱、通電螺線管周?chē)艌?chǎng)與哪類(lèi)磁體周?chē)艌?chǎng)類(lèi)似等問(wèn)題，并形成猜想。

2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生多角度、辯證分析問(wèn)題的能力

在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并收集證據(jù)之后，實(shí)驗(yàn)小組就要對(duì)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與論證，在此環(huán)節(jié)中可發(fā)展學(xué)生多角度、辯證分析問(wèn)題的能力。在九年級(jí)上冊(cè)“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析與論證環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)小組首先要分析電阻 R不變時(shí)，四組通過(guò)它的電流與其兩端的電壓數(shù)據(jù)，畫(huà)出 I-U 圖像，從而得出在電阻一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比的結(jié)論；再分析電阻兩端的電壓不變時(shí)，四組通過(guò)電阻的電流與電阻大小的數(shù)據(jù)，畫(huà)出I-R圖像，從而得出在電壓一定時(shí)，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體電阻成反比的結(jié)論；最后綜合上面兩個(gè)結(jié)論論證得出導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比、與導(dǎo)體的電阻成反比的結(jié)論。在八年級(jí)上冊(cè)“探究凸透鏡成像的規(guī)律”學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析與論證環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)小組首先要分析成倒立縮小像時(shí)三組物距、像距數(shù)據(jù)，從而總結(jié)得出：u>2f成倒立、縮小、實(shí)像；再分析成倒立放大像時(shí)三組物距、像距數(shù)據(jù)，從而總結(jié)得出：f< u<2f 時(shí)，成倒立、放大、實(shí)像；再分析成倒立、等大像時(shí)兩組物距、像距數(shù)據(jù)，從而總結(jié)得出：u = 2f 時(shí)，成倒立、等大、實(shí)像；最后再分析成正立、放大的像時(shí)三組物距、焦距數(shù)據(jù)，從而總結(jié)得出：當(dāng)u < f 時(shí)，成正立、放大的虛像的結(jié)論。

三、規(guī)律探究類(lèi)學(xué)生實(shí)驗(yàn)中勇于探究精神的培養(yǎng)

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的好奇心和想象力

卡爾·薩根曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“每個(gè)人在他們幼年的時(shí)候都是科學(xué)家，因?yàn)槊總€(gè)孩子都和科學(xué)家一樣，對(duì)自然界的奇觀滿懷著好奇和敬畏?！?在八年級(jí)上冊(cè)“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”學(xué)生實(shí)驗(yàn)前，可以先演示本節(jié)“WWW”中的第四題“揭開(kāi)儲(chǔ)幣魔箱的秘密中的魔術(shù)箱”，激起學(xué)生的好奇心，然后指出，要揭開(kāi)魔術(shù)箱的秘密，就必須研究平面鏡的成像特點(diǎn)，從而引入課題。在八年級(jí)上冊(cè)“探究凸透鏡成像的規(guī)律”學(xué)生實(shí)驗(yàn)前，教師先介紹本節(jié)開(kāi)始的“意外的發(fā)現(xiàn)”：小明和小華在窗邊用凸透鏡看報(bào)紙上的字，當(dāng)他們移動(dòng)凸透鏡時(shí)意外發(fā)現(xiàn)報(bào)紙上居然出現(xiàn)了窗外景物倒立、縮小的像！這是怎么回事？從而激發(fā)起學(xué)生的好奇心和探究的欲望。

在九年級(jí)上冊(cè)“探究通過(guò)導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，在小明和小華討論的基礎(chǔ)上，由同學(xué)們進(jìn)一步發(fā)散思考，實(shí)驗(yàn)小組在討論的前提下，大膽進(jìn)行猜想和假設(shè)，對(duì)富有想象力的同學(xué)充分肯定，在教學(xué)中多鼓勵(lì)、多引導(dǎo)。只要充分發(fā)揮了想象力，還可以將簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)改變或擴(kuò)展成非常有趣的和有價(jià)值的探究活動(dòng)，如在八年級(jí)上冊(cè)“觀察水的沸騰”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，小華換一個(gè)角度提出新的問(wèn)題，從而對(duì)“沸騰前水溫隨時(shí)間變化的規(guī)律”進(jìn)行了探究，并得到了意外的結(jié)果，更重要的是，她體驗(yàn)和學(xué)會(huì)了一種重要的探究問(wèn)題的方法，這對(duì)今后的學(xué)習(xí)和工作都是十分有益的。

2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的探究精神

分析、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，尋求實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，也是培養(yǎng)學(xué)生探究精神的一個(gè)重要途徑，比如在九年級(jí)上冊(cè)“探究杠桿的平衡條件”學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出五組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)中有四個(gè)物理量之間的關(guān)系，教師不要輕易給出結(jié)論，有些學(xué)生僅做出一組或兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就急于得出杠桿的平衡條件，這時(shí)教師要耐心引導(dǎo)，讓學(xué)生改變力或力臂后，再多做幾次實(shí)驗(yàn)，找出普遍規(guī)律。