淺談初中物理實驗中人文精神和科學素養(yǎng)的培養(yǎng)
——以“探究電流與電壓、電阻關系”為例

■馬達榮

初中物理實驗教學的目的，不僅是培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生的人文精神和科學素養(yǎng)也非常重要。教育的任務是培養(yǎng)人，關注學生的發(fā)展，培養(yǎng)學生的科學觀，引導學生的情感、態(tài)度、價值觀的取向?！读x務教育物理課程標準（2011年版）》要求中學物理實施探究式的教學模式，它不僅能使學生經歷基本科學探究過程，體驗構建知識過程，而且注重培養(yǎng)學生的人文精神和科學素養(yǎng)。下面以“探究電流與電壓、電阻關系”的實驗教學為例，探討如何在物理探究實驗教學中培養(yǎng)學生的人文精神和科學素養(yǎng)。

一、培養(yǎng)勇于探索、熱愛科學的人文精神

李政道說，要開創(chuàng)新路子，最關鍵的是你要能自己提出問題，能正確地提出問題，就是邁開了創(chuàng)新的第一步。歷史上一些著名定律、原理的提出，往往有一些傳奇式的故事，在引入新課時，教師可以給學生介紹一些科學家的故事，尋找一些有利于科學態(tài)度培養(yǎng)的情景。如這節(jié)課，教師可以給學生形象地介紹歐姆的故事：“1787年3月16日，歐姆誕生于德國一個貧窮而普通的鎖匠家里……他在孤獨和困難的環(huán)境中始終堅持不懈地努力，終于取得成果，找到了電流與電壓、電阻的關系。那么它們之間是什么關系呢？相信200多年后的今天，我們并不缺乏資料和儀器，我們也一定能探究出它們之間的關系?！苯處熗ㄟ^這段敘述，能激發(fā)學生在逆境中拼搏進取的動力，以此培養(yǎng)學生堅韌不拔的性格和不畏艱難、勇于探索、熱愛科學的精神，并能培養(yǎng)學生自覺地將科學知識應用和服務于生產、生活的意識。

二、學會合理猜想

猜想的過程是學生思維發(fā)散的最活躍階段，也是創(chuàng)新的開端，要求學生根據設置的問題情景進行合理的猜想，試著像科學家一樣提出假設與猜想，設想可能的答案，并且要有根據。猜想是智慧和創(chuàng)新的源泉，哥德巴赫猜想像一顆皇冠上的明珠，引得許多科學家孜孜不倦、夜以繼日地辛勤探索，所以應鼓勵學生要有勇于猜想，大膽質疑，不迷信權威的科學態(tài)度。

學生分組討論，教師適當提示。學生聯(lián)系已學內容以及實驗現(xiàn)象，猜想：電流與電壓的大小有關，因為電壓是形成電流的原因；電流與導體的電阻有關，因為電阻對電流有阻礙作用。教師對學生的回答給予肯定。最后，根據學生的個別回答，師生共同提出猜想：電路中的電流與電壓、電阻兩者有關。

猜想不是亂猜，而是需要根據已有知識和生活經驗等進行合理合情的猜測，這里的合理合情，就是要幫助學生培養(yǎng)的一種科學素養(yǎng)。

三、學會甄別和創(chuàng)新

制訂計劃與設計實驗是學生感到最困難的一個環(huán)節(jié)，又是非常有利于啟迪學生心智的環(huán)節(jié)。制訂計劃和設計實驗會使學生掌握實驗的方法，明確收集數據的途徑和方式，確定收集數據的范圍，了解探索所需的器材以及建立分析數據的方法和思路。鼓勵學生積極探索各種可行的方法，設計恰當的方案，為后面的探究奠定基礎，培養(yǎng)勇于創(chuàng)新的科學精神。因電流與電壓和電阻這兩個變量有關，需采用控制變量的實驗方法，即在電壓一定時，電流與電阻有什么關系；在電阻一定時，電流與電壓有什么關系，這樣可以對學生進行科學實驗方法的教育。

本節(jié)實驗設計需要解決“如何改變電壓”及“如何改變電阻”問題。

改變電壓的方案：一是利用電壓可調式電源改變電壓；二是串聯(lián)滑動變阻器。經查看器材，實驗室未配備電壓可調式電源，若利用改變干電池節(jié)數的方法改變電壓，其電壓改變不連續(xù)，經過深入思考，必然選擇串聯(lián)滑動變阻器這一方案。

改變電阻的方案更多：串聯(lián)定值電阻然后更換定值電阻、串聯(lián)小燈泡、串聯(lián)電阻箱等。先否定串聯(lián)小燈泡的方案，是因為它的阻值未知，并且當電壓改變時，燈絲溫度變化會導致燈絲電阻變化，不利于采用控制變量法。其他兩個方案均可行，但用電阻箱能更為方便改變電阻。

設計實驗電路圖（如圖）：

學生根據桌面上的器材進行選擇，并考慮儀器的規(guī)格、型號、量程和實驗的安全性等因素。學生在不知不覺中就能將理論聯(lián)系實際，并根據實際情況，優(yōu)化儀器組合，以現(xiàn)有的儀器進行實驗和科學探究，培養(yǎng)了勤儉節(jié)約的優(yōu)良品德。學生通過制訂計劃與設計實驗不僅能培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的科學態(tài)度，還能培養(yǎng)勇于克服困難的科學精神和積極創(chuàng)新的意識。

四、培養(yǎng)團隊意識和實事求是的科學態(tài)度

實驗前要分組，組內的分工要明確，注意發(fā)揮每個學生在探究活動中的作用，做到每個人都有任務，與組內成員之間又有合作。在連接電路時，開關要斷開，以防電路發(fā)生短路；滑動變阻器調到最大阻值處，以防電路中電流過大燒壞元件；電流表和電壓表要注意選擇恰當的量程，電流從正接線柱流進，從負接線柱流出，電流表要串聯(lián)在電路中，電壓表要并聯(lián)在電阻兩側等，以此對學生進行保護實驗器材、愛護公共財產的良好品德和習慣的教育，同時進行嚴肅認真、遵守操作規(guī)則的科學態(tài)度教育。

在實驗時教師要指導學生分析電路連接過程中出現(xiàn)的故障，積極尋找原因，幫助他們克服困難，排除故障；若在讀取電壓表和電流表的數值時，數據出現(xiàn)較大誤差，學生要認真尋找原因，及時糾正，不能捏造數據，培養(yǎng)學生科學嚴謹、實事求是的科學觀。學生在求異、探索中趨于有序，既培養(yǎng)了獨立操作能力，又培養(yǎng)了團隊精神；既發(fā)展了思維能力，又開發(fā)了創(chuàng)造能力。

五、掌握嚴謹的科學語言

通過實驗學生獲得上述數據，運用科學方法對得到的數據進行分析與論證，揭示現(xiàn)象和規(guī)律相互轉化的對立統(tǒng)一的規(guī)律。分析數據時，教師要提醒學生注意“電阻一定”的前提，強調要尊重科學，以事實為依據，養(yǎng)成一絲不茍的科學態(tài)度。有部分學生在總結電流與電壓關系時，不能準確地總結到“成正比”的定量關系，可以用作圖的方法把表格中的數據轉化成圖像，從而準確、直觀地反映電流與電壓的關系。部分學生還可能把實驗結論的因果關系弄錯，比如說成“電阻與電流成反比”，這里需要認真理清這種說法錯誤的原因。得出結論的過程是培養(yǎng)學生獲取信息、處理信息的科學技能，也是培養(yǎng)學生勇于鉆研、積極探索、堅韌不拔的科學精神。學生自己發(fā)現(xiàn)這些數據之間的規(guī)律，得出結論的過程，是學生發(fā)展創(chuàng)造性思維的過程。

六、注重交流與反思

針對學生實驗過程中出現(xiàn)的問題，討論：

（1）移動滑片時，若一個表示數變大，另一個表示數卻變小，實驗出現(xiàn)了什么錯誤？

（2）有同學的實驗數據中，電流與電阻并不成反比，是什么原因導致的？

（3）有的同學電流表沒示數，電壓表有示數，實驗電路出現(xiàn)什么故障？

（4）探究電流與電阻關系時，某組換上一個大的定值電阻，無論怎樣移動滑片都不能使電壓表示數回到原來的值，有哪些可能的原因？

讓學生反思實驗過程中存在的問題，如：設計是否合理、操作有無失誤、數據是否可靠、結論是否正確等，培養(yǎng)學生勇于發(fā)現(xiàn)錯誤和疏漏、尊重客觀規(guī)律的科學態(tài)度，同時能發(fā)展學生的批判性思維；通過交流，學生敢于放棄自己的錯誤觀念，能采納別人正確的意見，從而學會交流與協(xié)作，具有相互學習的優(yōu)良品德和團隊合作精神?？梢哉f，交流與反思，是科學進步的源泉和不竭動力。

歐姆經過十幾年堅持不懈的努力才總結了這一偉大的定律，學生從心靈深處產生對科學工作者堅韌不拔、鍥而不舍的頑強探索精神的敬佩，這對培養(yǎng)學生的人文精神和科學素養(yǎng)會起到積極的作用。而人文精神和科學素養(yǎng)的培養(yǎng)是物理教學工作的靈魂。中學物理探究實驗的教學能使學生在自主的狀態(tài)下進入現(xiàn)實的體驗過程，并讓學生的心情和情感在這個過程中產生強烈的震撼，進而自覺反思，獲得醍醐灌頂的頓悟，使思想與靈魂在科學知識的學習中得以升華。這種學生用心靈和情感的體驗換來的覺醒，要比空洞說教更具有實效性和長效性。