利用物理實驗提升學生科學素養

陳軍瓏

【摘 要】本文通過鼓勵學生自主動手做實驗、讓一個實驗變成多個實驗、引導學生分析實驗等三種方法，探究如何利用物理實驗提升學生的科學素養的問題。

【關鍵詞】高中物理 實驗教學 科學素養

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）03B-0136-02

《普通高中物理新課程標準》要求進一步提高學生的科學素養，從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個維度來培養學生，為學生終身發展、應對現代社會和未來發展的挑戰奠定基礎。這說明新課程標準越來越看重學生科學素養的培養，物理教師必須改變過去只注重知識講解，只為了應付高考的教學方法，從根本上讓學生愛上物理。

物理是一門自然基礎學科，實驗的重要性不言而喻，因此高中物理教師可以先通過物理實驗來培養學生的科學素養，讓學生在探究物理的過程中逐漸愛上物理。筆者結合多年的教學經驗，總結了在實驗教學中有效培養學生科學素養的三種教學方法。

一、鼓勵學生自主動手做實驗

實驗教學是物理教學中的重要組成部分，在以往的實驗教學過程中，不少教師都是采取“背實驗”的方法，而學生也習慣了通過“做練習”的方式來鞏固所學的知識，但是這種方式是非常不利于學生實驗能力的提高，提升科學素養更無從談起。因此教師在實驗教學時，應該多多鼓勵學生自主動手做實驗。這樣做可以讓學生對所掌握知識融會貫通，更能讓學生養成善于思考、勤于探究的良好學習習慣。

在探究彈力和彈簧伸長的關系時，課堂上，教師先把實驗器材分發給學生，分別有：不同長度的彈簧若干根、直尺一把、鉤碼一盒、細繩、定滑輪。教師不做演示實驗，讓學生自己動手探究如何利用這些器材做一個嚴謹、完整的實驗。

實驗原理雖然簡單，但還是有不少學生不能嚴謹、完整的做完實驗。比如有的學生用同一個鉤碼測試了不同的彈簧，有的學生用同一根彈簧測試不同的鉤碼。這個實驗的原理是：彈簧受到拉力會伸長，平衡時彈簧產生的彈力和外力大小相等，這樣彈力的大小可以通過測定外力而得出，這個外力也就是懸掛著的鉤碼的質量；當彈簧平衡時，再用直尺測量彈簧被拉伸的長度。多測量幾組數據，再用列表或者作圖的方法對比探究出彈力和彈簧伸長的定量關系。但真正理解了實驗原理，完整做完實驗并記錄下來的學生并不多。當有學生無法自主完成這個實驗時，教師可以稍微對學生進行點撥，幫助學生順利完成實驗，切不可越俎代庖讓學生“背實驗”。

物理實驗說簡單又不簡單，學生通過自主動手做實驗學會觀察現象、分析問題、解決問題，并能夠從自主實驗的過程中獲得科學的實驗方法以及事實就是的實驗態度，這就是科學素養的精髓。

二、讓一個實驗變成多個實驗

物理知識并不是孤立存在的，單元與單元之間的知識點是有關聯的，因此教師在實驗教學中要注意對教學內容做橫向以及縱向延伸，要能讓學生在通過一個實驗就學會另外一個實驗，最終將所學的知識連貫起來，并不斷加以擴展，使得學生形成完整的知識體系。另外，在教學的整個過程中，教師要學會引導學生鞏固所學知識，溫故而知新。

比如在學習力學的實驗操作中，教師可這樣設計實驗操作題：給學生提供的器材有兩張白紙、錐子、小石塊、燒杯、橡皮泥、塑料瓶和水，讓學生利用其中一種或多種器材，分別完成一個指定實驗，再設計一個與指定實驗不同的力學實驗。教師先指定學生利用錐子、橡皮泥這兩種器材來探究影響壓力的作用效果的因素。學生利用這兩個器材做實驗：用錐子尖的那頭壓橡皮泥時，凹陷明顯，用錘子稍平整的一面壓橡皮泥，凹陷并不明顯，學生通過動手并觀察，得出實驗結論：壓力的作用效果與作用力的面積相關。接下來，教師再本著一法多用的原則，讓學生利用其他不同的器材探究力學的其他內容。

有的學生選擇使用錐子和灌有水的塑料瓶來探究液體壓強和深度的關系，在塑料瓶上扎幾個不同深度的小孔，水射出的遠近不同，也就說明了液體內部壓強和深度有關。有的學生利用燒杯、一張白紙以及小石塊和水進行實驗，先用燒杯盛一些水，在杯子上蓋上白紙，再在白紙上放上小石塊，快速拉動白紙，觀察小石塊是否跟隨白紙一起被拉動。最終，白紙因為受力就會由靜止變為運動，但小石塊由于慣性要保持原來靜止的狀態，就不會隨白紙運動出去。

通過學生的自主動手探究，關于力學的知識點就被學生一點點串起來，教師及時抓住這一閃光點，和學生一起總結力學的內容，更能加深學生對力學的理解和記憶。

三、引導學生分析實驗

物理這門學科是以實驗為基礎的學科，實驗能夠調動學生的學習積極性，增加動手能力，教師運用好實驗教學，還能有效地提升學生的科學素養。但是光會做實驗還不夠，學生必須得在做的過程中對課本上概念性的東西綜合理解、分析，通過實驗加深對知識的理解。因此，教師在實驗教學的過程中，還要注重引導學生分析實驗。

對于高中物理來說，力學實驗主要有：勻速直線運動實驗、胡克定律實驗（也就是前面所提到的彈簧變形與彈力的關系）、力的合成實驗、拋物體的實驗、動量守恒實驗、機械能守恒實驗和重力加速度實驗等七種。不管是哪一種實驗，在進行實驗之前，教師都必須讓學生提前對即將要做的實驗進行預習，包括實驗原理，實驗所需要的各種器材裝備，實驗的步驟以及實驗記錄的整理。在實驗的過程中，教師還要有意識的向學生講解不同的實驗方法，如比較法、替代法、積累法等，以培養學生的科學素養。

還是以力學實驗為例。在教學重力加速度實驗時，教師可先在課前布置思考作業：用打點器測重力加速度時是先開電源還是先放重物？實驗時所用的打點計時器有哪兩種？他們的工作電壓分別是多少？打點頻率和打點間隔又是多少？讓學生帶著這些問題先預習課本。上課時，在實驗開始之前，教師再布置思考問題：地球表面上重力加速度的特點是什么？你如何通過實驗測定物體的重力加速度？接下來，讓學生自主操作實驗，最后根據實驗處理數據時，盡量用上所有的實驗數據。實驗結束，讓學生自己分析思考，這個實驗能夠得出怎樣的推論？經過學生的課前預習以及自主動手實驗，加上實驗之前教師提出的問題，學生很快就得出推論。

此外，分析實驗還能讓學生學會思考并尋找實驗的替代品，以此開發學生的實驗能力，提升科學素養。如用舊可樂瓶做氣體膨脹做功實驗。取一無色透明大可樂瓶、一個與瓶口相配的橡皮塞、一個從廢舊的自行車內胎上取下的氣門芯，在橡皮塞上鉆一孔并將氣門芯插入瓶塞中。演示時，在瓶內滴幾滴酒精，用橡皮塞塞住瓶口使它不漏氣，但塞子不要塞得過緊，以防打氣時壓強過高使瓶子爆裂。用鐵架臺將瓶子固定，最好用一個無色尼龍絲網袋套住瓶子以確保安全。用打氣筒從氣門芯向瓶內打氣，當氣壓足夠大時，塞子從瓶口沖出，此時瓶內充滿白霧，從而說明壓縮氣體膨脹對外做功，使瓶內氣體內能減小、溫度降低，因此瓶內部分酒精蒸氣和水蒸氣液化成霧狀。

實踐證明，通過以上三種教學方法，學生對于實驗的興趣越來越濃厚，動手操作實驗的能力也越來越好，甚至能主動思考并自己制作小實驗以驗證一些物理的原理。科學素養的本意不正是如此嗎？科學素養的培養并非一朝一夕就能完成的，學生的科學素養要提升，教師同樣不能落后，只有教師不斷地提升自身的科學素養，才能以高效優質的課堂提升學生的科學素養。

（責編 韋 力）