體驗(yàn)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(rèn)識(shí)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(shí)施方法。即通過讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究，并在探究活動(dòng)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(dòng)手與動(dòng)腦中既學(xué)習(xí)了科學(xué)知識(shí)，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(hào)：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ????文章編號(hào)：1992-7711（2018）24-069-2

科學(xué)的本質(zhì)是真理體系，是認(rèn)識(shí)世界的實(shí)踐方法。科學(xué)原先是指“分科而學(xué)”的意思，后指將各種知識(shí)通過細(xì)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(shí)體系。它是關(guān)于發(fā)現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)造實(shí)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(shí)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(gè)探究活動(dòng)的教學(xué)為例，談?wù)効茖W(xué)本質(zhì)教育的實(shí)施。

1.分子動(dòng)理論

第一節(jié)《走進(jìn)分子世界》分子動(dòng)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(yàn)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(gè)活動(dòng)觀察到的現(xiàn)象來選擇一種模型。

活動(dòng)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(xì)觀察，你看到了什么現(xiàn)象？

活動(dòng)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。混合后水和酒精的總體積（大于/等于/小于）混合前水和酒精的總體積。

活動(dòng)1用類比的方法使學(xué)生認(rèn)識(shí)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(dòng)2讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到微粒之間有空隙。所以學(xué)生在教材給出的3個(gè)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。”

活動(dòng)反思：活動(dòng)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(huì)自動(dòng)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(huì)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的。

生：你的例子能說明氣體分子是運(yùn)動(dòng)的，但不能說明液體和固體分子是否運(yùn)動(dòng)。

師：演示紅墨水在水中的擴(kuò)散。

生：這說明液體的分子也在運(yùn)動(dòng)，但固體分子肯定不在運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槿绻腆w分子也在運(yùn)動(dòng)，那固體可能就會(huì)散掉了。

師：科學(xué)家曾做過一個(gè)實(shí)驗(yàn)，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(yùn)動(dòng)，原來固體的分子也在運(yùn)動(dòng)。

生：我想起來了，一次我們班黑板報(bào)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(yùn)動(dòng)。

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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)中。

師：大家對(duì)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(yùn)動(dòng)的話，固體為什么沒有散掉呢？

師：?jiǎn)柕煤茫∥覀儊砜匆粋€(gè)實(shí)驗(yàn)。演示將兩個(gè)鉛塊切平后相互緊壓，將一個(gè)懸掛起來，另一個(gè)不僅不會(huì)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(huì)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(huì)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(diǎn)來解釋這個(gè)問題呢？

學(xué)生表示為難。

師出示一個(gè)模型，兩個(gè)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(duì)照這個(gè)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(huì)產(chǎn)生一個(gè)向中間的拉力，但中間還有一根彈簧，橡皮筋向中間拉的時(shí)候使彈簧發(fā)生了收縮，所以又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向兩側(cè)的推力，當(dāng)這兩個(gè)力相等的時(shí)候，兩個(gè)乒乓球之間就可以保持一定的距離且距離不會(huì)改變。

師：你回答的太好了！分子間確實(shí)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(bǔ)充為：分子間存在吸引力，同時(shí)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(shí)存在而設(shè)計(jì)，僅能模擬分子間距離變大時(shí)表現(xiàn)出吸引力，分子間距離減小時(shí)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(huì)處在不同的狀態(tài)呢？比如水是由水分子組成，它有時(shí)處于固態(tài)，有時(shí)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(dòng)7.5探究帶電物體間的相互作用”中，教材設(shè)計(jì)了用絲綢摩擦過的有機(jī)玻璃棒和用毛皮摩擦過的橡膠棒兩兩相互靠近的實(shí)驗(yàn)，然后提出問題“通過上述觀察，你對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中增加了帶電體的種類，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更具有普遍性。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：絲綢與有機(jī)玻璃棒摩擦后將絲綢和有機(jī)玻璃棒作為兩個(gè)帶電體，毛皮和橡膠棒摩擦后毛皮和橡膠棒作為兩個(gè)帶電體，與頭發(fā)摩擦后的塑料尺作為帶電體，共得到五個(gè)帶電體，將這五個(gè)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(duì)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(shí)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(gè)帶電體進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(shí)施方法建議

1.體驗(yàn)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(dòng)獲取物理知識(shí)，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣，養(yǎng)成實(shí)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(dòng)理論探究活動(dòng)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(dòng)用類比的方法使學(xué)生認(rèn)識(shí)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(shí)驗(yàn)之后，學(xué)生在分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，討論實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(duì)現(xiàn)有知識(shí)進(jìn)行大膽質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)矛盾，引發(fā)思維碰撞，從而進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)新的知識(shí)，并使原有知識(shí)體系實(shí)現(xiàn)自洽、不斷完善或建立起新的知識(shí)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(jī)制和理論解釋自然現(xiàn)象;科學(xué)知識(shí)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(shí)證。

在平時(shí)的教學(xué)中，我們不僅要讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，也要讓學(xué)生學(xué)習(xí)到關(guān)于科學(xué)的知識(shí)，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(xì)無聲”的方式讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)。

[參考文獻(xiàn)]

[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.