優化實驗設計培養證據意識
——以《焦耳定律》為例

周曉慧 徐志紅

(1.江蘇省蘇州市立達中學校 215000;2.江蘇省無錫市鳳翔實驗學校 210043)

所謂證據意識，即“人們在社會生活和交往中對證據作用和價值的一種覺醒和知曉的心理狀態，是人們在面對糾紛或處理爭議時重視證據并自覺運用證據的心理覺悟”.

實驗設計中的證據意識培養，旨在以探究的知識為資源，證據意識為途徑，讓學生參與知識的產生及科學方法應用的過程，來培養學生的科學態度和思維品質，以提高學生的科學素養.

下面以《焦耳定律》為例，在實驗設計中如何培養學生的證據意識.

一、體驗生活，觸摸實驗設計的“敲門磚”

案例1 《焦耳定律》

正直冬天時節，課前在教室里接上電爐，請學生都來取暖，學生都把雙手放在熱的發紅的電爐絲的上方附近，感受電爐的溫暖的同時，注意到電爐絲熱的發紅，而導線卻不怎么熱.

實驗設計要以生活經驗和已有知識、技能為依據，否側就是“空中樓閣”，經不起理性的推導與實驗的檢驗.在缺少生活經驗的時候，教師就應當創設情境，有意識的增加學生的體驗.在《焦耳定律》一節中，學生對電流的熱效應的體驗是很少的也是無意識的，故而在課前這樣設計的活動，讓學生對生活現象的無意注意轉變為有意注意，以增強對電流熱效應的感知，也為后面如何比較電阻產生熱量多少的實驗設計作鋪墊.

二、追問證據，探尋實驗設計的本質

案例2 《焦耳定律》

師：如何研究電流產生的熱與電阻的關系？

生1：取兩個不同的電阻，各自接入電路中，比較產生熱量的多少？

生2：各自接入電路中就較難控制電流相同，所以我們可以讓R1和R2串聯在同一個電路中，這樣既控制了電流相同，又控制了通電時間相同.

師：為什么要控制電流和時間相同？

生：控制變量法啊！

很多學生都是這么回答的，已經成為一種習慣、一種機械化的概念了.科學方法的重要性已經日益凸顯出來，我們在授課的時候，不僅要讓學生會用控制變量法，更要知道為什么要用？于是我們要追問、引導.

“為什么要用控制變量法？如果電流也不一樣，那電阻產生的熱量是由于電阻的不同引起的還是電流的不同引起的？”

于是學生明白了，如果電流也不一樣，那就不能判斷產生熱量不同是因為電阻不同還是電流不同，也就不能研究電熱與電阻的關系了.

如何比較電阻產生電熱的多少呢？因為熱量是看不到，也沒有直接測量熱量的儀器，于是我們想到了轉換法.讓電阻產生的電熱加熱燒瓶中的液體，轉換成燒瓶中液體溫度的上升量(Δt)，即用燒瓶中液體溫度的上升量(Δt)反映產生電熱的多少.

“為了能用液體溫度的上升量(Δt)反映產生電熱的多少，對燒瓶中的液體有什么要求？為什么？”

“要相同”這是很多學生的回答.看似用到了控制變量法，而實際上學生是不明白的.當問起“要控制什么物理量相同的時候？”猜測便開始了，“體積”“密度”“質量”“溫度”不管三七二十一，凡是有關于液體的物理量都要控制相同.

這樣的情況，在物理課堂上比比皆是，所反映出的是學生對科學方法的理解和應用是完全不到位的，科學方法的教學僅僅停留在機械式的記憶和格式的遷移上.這樣的教學是一種知識與技能的灌輸，缺少了對科學方法的理解，把科學方法概念化了.學生處理問題的能力和科學方法的使用沒有得到真正的鍛煉.故而教師要想辦法讓科學方法在學生的心理再向前走一步.比如追問“用什么科學方法？怎么用？為什么用？”讓科學方法在物理課堂上扎根.

三、展現證據，經歷思維發展的過程

通過追問展現證據，調動學生的思維；通過問題鏈的方式，展現思維發展的過程，以提高學生的思維品質.

案例3 研究玻璃管中氣泡的運動速度的變化情況

師：讓小氣泡運動快些，還是慢些好？說明理由.

生：慢一點好，測量時間更精確.

師：你的辦法是什么？請大家試試

生：(學生實驗，如何讓氣泡運動的慢一點.)

師：判斷氣泡運動時速度變化的情況，你有什么方法？設計實驗.

生：測量氣泡通過的路程和時間，然后用路程除以時間，求得速度.

(毛坯房子已經初見雛形，然而還遠遠不夠，需要我們在證據面前作出合理的改進)

(學生實驗，并請學生留意碰到的困難，碰到的困難就是需要改進的證據，相當于房子需要裝修)

生：測量時間時有點來不及，要離開管口一段距離后開始測量.

(發現、找到問題，并且通過討論提出改進的方案)

師：很好，不但談了困難，還說了解決的辦法.其他同學還碰到什么困難了？

生：我覺得氣泡是有一定長度的，測量氣泡通過的總路程，應該是玻璃管的長度減去氣泡的長度.

師：好的，你考慮到了氣泡的長度.恩，細心的同學.還有別的困難嗎？

(拿一組的數據放在投影儀上，簡易分析數據)

師：(引導)好了，恭喜大家，你們已經把速度比較精確的計算出來了，請討論玻璃管中氣泡的運動速度的變化情況？

生：好像不能，突出的是變化情況，只有一組數據不能判斷速度變化情況的，要多測量幾個速度值才能判斷.

師：怎么多測幾個速度值？請同學討論

生：我們可以把整個路段分成幾個區間，想辦法測出每個區間的速度.通過幾個速度值來判斷氣泡是不是做勻速直線運動.

師：好，想法不錯，有創意.你對區間有什么要求？

生：我認為區間要越多越好，這樣測出的速度值就多，更能反映出氣泡運動速度的變化，且每個區間的長度要相等.生2：也可以不等的吧！(讓證據意識成為一種課堂生活，毛坯逐漸修改成精品)

師：不錯，那邊同學真有思想、有勇氣，敢取不同長度的區間.好，等一下實驗的時候，你們就取不同長度的區間，老師支持你們.(居于證據意識的開放，體驗自己的創意)

物理是一門講理的學科，這個理其實就是證據.在這個案例中教師以八個具有遞進關系的問題形成問題鏈，把整個實驗的線索、注意點和要求等串聯起來，讓學生在講證據的課堂氛圍中熟悉了這個實驗的來龍去脈.

培養學生的證據意思已經納入新課程標準，研究彰顯物理特色證據課堂已經迫在眉睫，理論、實驗、經驗等均可作為證據，本文僅以實驗設計為例，淺談證據意識扎根物理課堂的一些看法.培養學生基于證據的物理思維我們任重而道遠.