初中物理規律探究類學生實驗中學生科學精神的發展

李令軍

【摘要】本文運用初中物理實驗案例，論述了如何培養和發展學生的“理性思維、批判質疑、勇于探究”等科學精神的具體實施方法。

【關鍵詞】學生實驗；理性思維；批判質疑；勇于探究

在當前中國經濟社會全面轉型發展階段，對人才的需求，需要學校教育在人才的供給側承擔起基礎性作用。初中學段是學生六大核心素養中的科學精神素養發展的起步期和關鍵期，通過初中物理實驗活動、經歷科學探究的過程，學生的理性思維、批判質疑、勇于探究等必備品質和關鍵能力皆能得到系統性、針對性的培養和發展。

蘇科版初中物理教材中共設置十六個學生實驗，其中五個儀器使用類學生實驗，十一個規律探究類學生實驗。規律探究類學生實驗具體是，1.觀察水的沸騰；2.探究平面鏡成像的特點；3.探究光的反射規律；4.探究凸透鏡成像的規律；5.研究氣泡運動的規律；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、并聯電路電流的特點；9.探究串、并聯電路電壓的特點；10.探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系；11.探究通電螺線管外部磁場的方向。現就在初中物理規律探究類學生實驗中發展學生理性思維、批判質疑、勇于探究等品質和能力的思考與探索論述如下。

一、規律探究類學生實驗中理性思維的發展

1.通過實驗掌握基本科學方法

（1）控制變量法的運用

在八年級下冊“探究影響浮力大小的因素”學生實驗中，物體在液體中所受的浮力與排開液體的體積及液體的密度都有關系，而中學物理實驗時難以同時研究浮力與排開液體的體積和液體的密度的關系，而是在分別控制液體的密度與排開液體的體積不變的情況下，研究浮力與排開液體的體積和液體的密度的關系，分別得出實驗結論。在九年級上冊“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”學生實驗中，導體中的電流與導體兩端的電壓以及導體的電阻都有關系，學生實驗時難以同時研究電流與導體兩端的電壓和導體的電阻的關系，而是在分別控制導體的電阻與導體兩端的電壓不變的情況下，研究導體中的電流跟這段導體兩端的電壓和導體的電阻的關系，再分別得出實驗結論，最終得出歐姆定律I=U/R.

（2）歸納法的運用

在八年級下冊“探究影響浮力大小的因素”學生實驗中，為了驗證F浮=G排，我們分別利用木塊、石塊做實驗，歸納、整理均得出F浮=G排，于是我們驗證了原理的正確性。在九年級上冊“探究杠桿的平衡條件”學生實驗中，我們反復做了五次實驗來驗證F1L1=F2L2，也是利用了歸納法。

（3）圖像法的運用

在八年級上冊“觀察水的沸騰”學生實驗中，我們以時間為橫坐標、溫度為縱坐標，建立平面直角坐標系，在坐標系中標出各個時刻水的溫度，然后用平滑曲線連接起來，即可得到加熱過程中水的溫度隨時間變化的圖像。在九年級上冊“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”學生實驗中，研究電阻不變時，電流與電壓的關系中，以電流I為縱坐標、電壓U為橫坐標，根據實驗數據在坐標系中描點，畫出I-U圖像，得出電阻不變時，導體中的電流與導體兩端的電壓成正比。

（4）等效替代法的運用

在八年級上冊“探究平面鏡成像的特點”學生實驗中，我們利用兩根完全相同的蠟燭驗證像與物的大小相同，因為我們無法真正地測出物與像的大小關系，所以我們利用了完全相同的另一根蠟燭來等效替代物體的大小。

2.在實驗中培養和發展實證意識

在學生實驗中，猜想與假設之后實驗小組就要設計實驗并制訂計劃、進行實驗并收集證據、分析與論證，在此過程中便培養發展了學生的實證意識。如在八年級上冊“探究平面鏡成像的特點”學生實驗中，學生在“猜想與假設”環節，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。然后教師就要引導實驗小組去“設計實驗并制訂計劃”，如何設計實驗準確比較像與物的大小；如何設計實驗準確確定像的位置；如何設計實驗判定像的虛實；如何設計實驗較好地解決測量的困難等，實驗小組內討論、設計實驗。接下來各小組依據本組的實驗設計及實驗計劃進行實驗并收集證據，如在驗證“猜想1”中通過三次實驗記錄像與平面鏡的位置關系；驗證“猜想2”中通過三次實驗記錄像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離；驗證“猜想3” 中通過三次實驗記錄像的大小與物的大小；驗證“猜想4”中通過三次實驗記錄看能否成像在光屏上。最后實驗小組內分析論證，得出實驗結論：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，即像和物關于鏡面對稱。

二、規律探究類學生實驗中批判質疑精神的培養

1.通過實驗培養學生的問題意識

提出一個問題比解決一個問題更重要。在學生實驗中確定了研究課題后，實驗小組就要確定一個具體的、有待解決的問題或論點，并且還需對要研究的問題做出猜想。在八年級上冊“探究凸透鏡成像的規律”學生實驗中，學生將會提出凸透鏡和凹透鏡成像的區別是否僅在于前者成發大的像、后者成縮小的像，并根據經驗猜想凸透鏡所成的像可以有哪些不同的情況。八年級下冊“探究影響浮力大小的因素”學生實驗中，學生將會產生：對于給定的物體，它的形狀、大小、質量、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的疑問，并將產生：它部分浸在液體中與全部浸在液體中浮力不同；它浸沒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。九年級上冊“探究杠桿的平衡條件”學生實驗中，將會提出生產生活中有許多地方應用到杠桿，那么杠桿的作用是否都相同呢？如果不同，分類依據又是什么呢？九年級下冊“探究通電螺線管外部磁場的方向”學生實驗中，學生將會產生電流方向是否會影響磁場方向、電流大小是否會影響磁場強弱、線圈多少是否會影響磁場強弱、通電螺線管周圍磁場與哪類磁體周圍磁場類似等問題，并形成猜想。

2.通過實驗培養學生多角度、辯證分析問題的能力

在學生實驗過程中進行實驗并收集證據之后，實驗小組就要對現象和數據進行分析與論證，在此環節中可發展學生多角度、辯證分析問題的能力。在九年級上冊“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”學生實驗分析與論證環節中，實驗小組首先要分析電阻 R不變時，四組通過它的電流與其兩端的電壓數據，畫出 I-U 圖像，從而得出在電阻一定時，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比的結論；再分析電阻兩端的電壓不變時，四組通過電阻的電流與電阻大小的數據，畫出I-R圖像，從而得出在電壓一定時，導體中的電流跟導體電阻成反比的結論；最后綜合上面兩個結論論證得出導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比、與導體的電阻成反比的結論。在八年級上冊“探究凸透鏡成像的規律”學生實驗分析與論證環節中，實驗小組首先要分析成倒立縮小像時三組物距、像距數據，從而總結得出：u>2f成倒立、縮小、實像；再分析成倒立放大像時三組物距、像距數據，從而總結得出：f< u<2f 時，成倒立、放大、實像；再分析成倒立、等大像時兩組物距、像距數據，從而總結得出：u = 2f 時，成倒立、等大、實像；最后再分析成正立、放大的像時三組物距、焦距數據，從而總結得出：當u < f 時，成正立、放大的虛像的結論。

三、規律探究類學生實驗中勇于探究精神的培養

1.通過實驗培養和發展學生的好奇心和想象力

卡爾·薩根曾經說過：“每個人在他們幼年的時候都是科學家，因為每個孩子都和科學家一樣，對自然界的奇觀滿懷著好奇和敬畏。” 在八年級上冊“探究平面鏡成像的特點”學生實驗前，可以先演示本節“WWW”中的第四題“揭開儲幣魔箱的秘密中的魔術箱”，激起學生的好奇心，然后指出，要揭開魔術箱的秘密，就必須研究平面鏡的成像特點，從而引入課題。在八年級上冊“探究凸透鏡成像的規律”學生實驗前，教師先介紹本節開始的“意外的發現”：小明和小華在窗邊用凸透鏡看報紙上的字，當他們移動凸透鏡時意外發現報紙上居然出現了窗外景物倒立、縮小的像！這是怎么回事？從而激發起學生的好奇心和探究的欲望。

在九年級上冊“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”學生實驗中，在小明和小華討論的基礎上，由同學們進一步發散思考，實驗小組在討論的前提下，大膽進行猜想和假設，對富有想象力的同學充分肯定，在教學中多鼓勵、多引導。只要充分發揮了想象力，還可以將簡單的實驗改變或擴展成非常有趣的和有價值的探究活動，如在八年級上冊“觀察水的沸騰”學生實驗中，小華換一個角度提出新的問題，從而對“沸騰前水溫隨時間變化的規律”進行了探究，并得到了意外的結果，更重要的是，她體驗和學會了一種重要的探究問題的方法，這對今后的學習和工作都是十分有益的。

2.通過實驗培養和發展學生的探究精神

分析、處理實驗數據，尋求實驗數據之間的聯系，也是培養學生探究精神的一個重要途徑，比如在九年級上冊“探究杠桿的平衡條件”學生實驗中，學生通過實驗得出五組數據，每組數據中有四個物理量之間的關系，教師不要輕易給出結論，有些學生僅做出一組或兩組實驗數據就急于得出杠桿的平衡條件，這時教師要耐心引導，讓學生改變力或力臂后，再多做幾次實驗，找出普遍規律。