初中物理教學中證據意識培養的現狀調查及其策略

(江蘇省六合高級中學附屬初級中學,江蘇 南京 211500)

圖1

新課改至今,證據意識的培養在物理教學中的重要性已引起廣泛教師關注,但實際教學的效果卻令人堪憂.以2013年某市的一道中考物理題為例:如圖1所示,甲、乙兩位同學做“探究物體所受重力的大小與質量的關系”實驗.

(1) 如圖1所示,甲學生用彈簧測力計測量鉤碼所受重力大小,讀數時他讓鉤碼保持靜止狀態,根據________知識可知,此時鉤碼所受的重力大小和它受到的拉力大小相等.他分別測出1個鉤碼、2個鉤碼、3個鉤碼的重力大小后,根據實驗數據得出結論:物體所受重力的大小與它的質量成正比.

(2) 乙學生取了質量不同的蘋果、小木塊、小鐵球各一個,并分別測出它們的質量和重力,來探究物體所受重力大小與質量的關系,你認為乙學生的做法________.

(A) 不合理,因為他沒有用同種物質的物體做實驗.

(B) 不合理,因為他沒有使物體的質量成整數倍變化.

(C) 合理,因為他同樣可以得到的物體所受重力大小與質量的關系.

(D) 合理,因為他的操作比甲學生更簡便.

該題第(2)小問,很多學生認為應當選(B),理由是“教材中是這樣操作的”．這暴露出3個問題:一是學生迷信書本,認為書本就是權威,書本是不可質疑的;二是學生的思維能力不足,何為證據不明,書本上這樣操作可行,那么用別的方法就一定不可行;三是學生在通過實驗探究得出實驗結論的過程中,證據及充分性意識不足,更多的是被動地服從教師、課本的安排,缺少主動參與實驗方案的設計,對實驗缺乏深入的思考,不懂得通過實驗獲取證據,證據意識的培養還需進一步提升.

《普通高中物理課程標準(2017年版)》對學科核心素養的界定:物理觀念,科學思維,科學探究,科學態度與責任等,其中“科學思維”中就包含:科學論證、質疑創新等要素.即“具有使用科學證據的意識和科學證據的能力,能運用證據對研究的問題進行描述、解釋和預測;能基于證據大膽質疑,從不同角度思考問題…具有設計探究方案和獲取證據的能力”.[1]

《義務教育課程標準》(2011版)對學生證據意識提出明確要求:“義務教育物理課程是以提高全體學生科學素養為目標的自然科學基礎課程.此階段的物理課程不僅應注重科學知識的傳授和技能的訓練,而且應注重對學生學習興趣、探究能力、科學態度、科學精神等方面的培養.”通過義務教育物理課程的學習,學生“經歷信息處理過程,有對信息的有效性、客觀性做出判斷的意識,經歷從信息中分析、歸納規律的過程,有初步的概括能力…養成實事求是、尊重自然規律的科學態度,不迷信權威,勇于創新,敢于提出與別人不同的見解.”[2]

《標準》(2011版)還要求教師在教學中要讓學生經歷處理信息、得出結論的過程,不迷信權威,敢于質疑和創新、養成尊重客觀事實的科學態度.然而,當前物理教學中對學生證據意識的培養卻不容樂觀.

1 調查現狀

為調查當前基于證據的物理教學的現狀,考察學生的證據意識,我們抽取了本校135名學生作為實驗對象(其中8年級學生66人,9年級學生69人),以調查問卷的形式要求學生在規定時間內獨立完成測試.調查顯示,學生的舉證意識普遍比較淡薄.

以“用實驗事實來論證光在均勻介質中沿直線傳播”一題為例,本題要求學生能夠設計實驗證實光在不同均勻介質(水、空氣、玻璃等)中都能夠沿直線傳播的實例.該題的意圖在于考查學生的基于證據的邏輯意識,要求學生能夠廣泛列舉出光在不同狀態下且均勻的介質中沿直線傳播的實例.調查結果顯示,多數學生只能舉出光在一種介質中沿直線傳播的實例,例如，“在水中滴幾滴牛奶,打開激光筆”,也有學生想到“在空氣中撒一些灰塵,打開激光筆”等,但能同時列舉出兩種不同狀態下介質或以上的人數不多(具體見表1、表2),尤其涉及到同種介質要“均勻”的無一人.

表1 8年級調查結果

表2 9年級調查結果

圖2

再如,如圖2從玻璃罩里向外不斷地抽氣,通過實驗可推理得出“真空不能傳聲”的結論,支持此結論的實驗現象是________.

學生根據結論,反向推理支持結論的證據.典型錯誤有“真空不能傳聲” 、“聽不到鈴聲了”、“ 真空環境中的物體不再發聲”等,學生將實驗現象與推理結論混淆、將不能“傳聲”錯誤認知為不能“發聲”,具體見表3、表4,反映出學生缺乏現象和結論的邏輯因果關系意識,也反映出部分學生只是死記結論,沒有真正理解本實驗結論是在已有實驗現象的基礎上推理出來的.

表3 8年級調查結果

表4 9年級調查結果

由上可見,初中學生的舉證意識和能力明顯不足.導致以上問題的因素有很多,除了初中學生自身的年齡特點、思維能力等因素外,與教師在物理教學中缺乏“證據教學”的意識有關.具體表現在.

1.1 舉證不足,以偏概全

例如,教師在“探究力的作用是相互的”教學中,只隨便列舉了一兩個例子,便匆匆得出實驗的結論,然后進入習題訓練模式.令學生覺得由個別現象就能得出普遍的結論,導致“以偏概全”的思維傾向.教師如此,他所培養出來的學生在尋找證據的時候理所當然會犯同樣的錯誤.

1.2 忽略文本,止于經驗

部分教師的教學有時過于隨意,研讀教材不仔細,習慣于憑借經驗講授知識,忽略了解讀書中的“大量研究事實表明”等重要提示說明.因篇幅所限,教材往往只列舉了個別實驗過程,如:在利用輕質小卡片、鉤碼、鐵架臺等物品“探究二力平衡的條件”活動后,附了一句“大量實驗研究表明……”等.任何科學結論的得出,都建立在大量的實驗事實基礎之上,是由廣泛列舉的事實支撐起來的,并非一兩個實驗就能得出普遍規律,教師在教學中不能僅限于書本和個人經驗,一定要有基于證據的意識.

1.3 流于形式,背離事實

例如,探究“串聯電路的電壓特點”實驗,多組學生經測量后發現電路兩端的總電壓U與L1、L2兩端的電壓之和不等.此情形下教師不斷地暗示學生,“仔細觀察,發現了什么結論?”部分學生領會了教師的意圖,給出了教師想要的答案,實驗結論的得出猶如走過場,師生共演一場戲.似乎證據是否充足已不重要,察言觀色更要緊.事實上,仔細分析不難認識到,現在很多學生實驗用的導線、電壓表等都有一定的電阻,這勢必對實驗的結果造成一定的影響.教師卻只顧眼前達成知識目標,卻忽略了對學生“尊重事實”的科學態度培養.

1.4 回避問題,閃爍其詞

比如,在“探究水沸騰的特點”實驗中,學生分組實驗,觀察水沸騰前后的溫度變化并記錄相關數據.有幾組學生提出水沸騰后溫度持續升高,教師回避,僅一句“可能有的小組實驗數據有誤差”就搪塞了過去. 顯然該教師的處理方式有些草率,并沒有對這個問題進行深入的思考,不是所有與結論不符的現象都能用“誤差”來解釋的.久而久之,他的學生便會將一切問題都歸于“誤差”這個抽象的字眼,而喪失了對現象背后的事實進行深入探討與質疑創新的能力.

1.5 照本宣科,書本至上

可見,由于教師在物理教學中缺乏培養學生尊重事實的科學態度及舉證意識,實驗結論的得出往往只停留在特殊現象或表面主義,并沒有通過證據意識的培養來提升學生的科學思維能力,造成當下許多初中學生缺乏證據意識和科學思維能力.筆者結合以下教學案例,淺顯探討在物理教學中培養學生證據意識的策略,以期提升學生的科學思維能力.

2 培養策略

2.1 分類歸納,科學推理

在物理教學中,為增強結論的廣泛性,可針對性地將所列舉事實進行分類歸納整理,以“力的作用是相互的”教學為例.[3]

案例討論1:力的作用是相互的.

學生活動1:如圖3,手指按壓筆尖,你有什么感覺?

學生活動2:穿旱冰鞋的甲推穿旱冰鞋的乙,你看到了什么?

教師演示1:如圖4,可先按住裝磁鐵的小車,觀察裝鐵塊小車的運動狀態;再按住裝鐵塊的小車,觀察裝鐵塊小車的運動狀態.你看到了什么現象?說明什么？

學生活動3:帶同種電荷的塑料吸管相互靠近,你看到了什么?

1860年咸豐帝親點劉崐為載淳師傅，教授未滿六歲的皇太子，成為同治皇帝的老師、國史館副總裁、經筵講官。53歲時，咸豐帝駕崩，年僅六歲的載淳登基,改元同治,寓“兩宮太后同治天下”之意,真正執掌國政的是慈禧。那拉氏和恭親王發動“辛酉政變”,以“圖謀不軌”將肅順等八位輔政大臣治罪。此事件處死3人,處分5人,革職6人,處理太監5人,共計19人，戶部侍郎劉崐受牽連被革職。慈禧掌權后,知劉崐頗有辦事才干,跟肅順等也僅僅是工作上的關系,遂在同治元年三月“賞已革侍郎劉崐六品頂戴，在實錄館當差”,任實錄總纂,撰寫咸豐帝《文宗本紀》。同治三年起用為太常寺少卿、擢太仆寺卿,同治五年轉內閣學士兼禮部侍郎銜。

學生活動4:感受手與手的摩擦.……

圖3 圖4

以上將“力”劃分為“彈力”、“磁力”、“靜電力”、“摩擦力”等類別,列舉了支持實驗結論的大量實驗事實或實例,使科學推理得出的結論既增強了邏輯性、關聯性,又有效地避免了結論的片面性.

2.2 及時評價,完善舉證

在學生完成相關實驗并得出結論后,教師要及時評價,讓學生反思實驗結論是否科學,證據是否充足,邏輯是否嚴密.以“做功可以改變物體內能”為例.

案例討論2:外界對物體做功,物體溫度升高,內能增加.

學生活動1:多次彎折金屬絲,手摸彎折部位,有何感覺?說明了什么?

學生活動2:壓縮空氣引火儀,看到什么現象?說明了什么?

教師提問:現在我們能否得出“外界對物體做功,物體溫度升高,內能增加”.你認為還應該怎么辦?請你設計實驗.

以上方案中,教師在學生完成兩個實驗后,及時進行評價,讓學生主動思考,從證據的嚴密性推出還需要設計“外界對液體做功”實驗,否則實驗的結論仍然是不科學的、片面的,激勵學生主動思維及增強證據意識.

2.3 鼓勵質疑,挑戰權威

在實驗探究活動結束后,教師應把握時機,適時地拋出問題,思考“非課本實驗方案”的科學性、合理性,鼓勵學生大膽地對課本實驗方案進行質疑、交流,以激活學生的批判性思維.[4]以“探究重力與質量的關系”實驗為例.

案例討論3:探究重力與質量的關系.

在利用課本上“利用鉤碼探究重力與質量的關系”實驗后,教師提問:“以上實驗如果不用鉤碼,而用蘋果、石塊等生活物品來進行探究實驗,你認為可行嗎?為什么”……

以上方案中,教師有意識地讓學生對課本外的實驗方案提出看法,“一石激起千層浪”,持不同意見的學生必然展開思維激烈的角逐.引起對權威的課本實驗方案重新評估,激勵學生認識到課本實驗方案的局限性和不足之處,激發和培養學生“挑戰權威”的批判意識和創新精神.

2.4 方案拓展,發散思維

探究性實驗教學時,教師可提供多種器材,放手讓學生自主選擇器材,設計實驗方案,以驗證自己的猜想.這樣有利于學生主動思考,積極尋找解決問題的方案,并在問題解決中提升獲取證據的能力.

案例討論4:探究音調與頻率關系.

教師提供以下器材:試管、水、燒杯、小木棒、鋼尺、高腳杯、橡皮筋、吸管、剪刀等材料,要求學生自選器材、設計實驗并驗證猜想.

這樣開放的探究性實驗富有挑戰性,學生樂于主動思考、積極參與,不僅能提高學生學習物理的興趣,還能幫助學生在獲取證據的過程中提升動手技能,增強創造力與合作交流能力等.

2.5 因勢利導,實事求是

在探究性實驗教學活動中,應尊重課堂生成,因勢利導、實事求是,避免含糊其辭.[5]以“探究水沸騰的特點”實驗為例.

案例討論5:探究水沸騰的特點.

在學生進行分組實驗時,很多學生經測量發現水沸騰后溫度計的示數不斷上升,有的學生發現溫度計的量程已經不夠用了.教師發現后,要求大家先將燒杯上的蓋子掀開,再測量水沸騰時的溫度.學生驚奇地發現,水繼續保持沸騰,但溫度計的示數卻在原有基礎上下降了.教師要求學生繼續測量5 min.學生發現溫度計的示數停留在某一固定值不再變化.教師引導學生先得出結論,水沸騰時溫度保持不變.又抓住學生的疑問,為什么有蓋時水沸騰時的溫度會不斷上升呢?你覺得蓋上蓋子與不蓋蓋子的區別在哪?順勢而為,告訴學生水的沸點還與氣壓有關,因此強調“標準大氣壓下水的沸點是100 ℃”,不要誤以為水沸騰時的溫度一定恒為100 ℃.

在學生探究實驗的過程中,往往會有各種意想不到的生成,教師要鼓勵學生大膽質疑,提出問題,養成實事求是的基于證據的科學態度.

3 結語

綜上所述,在初中物理教學中,要讓學生認識到科學結論的得出并非一蹴而就,要讓他們經歷具體得出科學結論的探究過程;應鼓勵學生大膽質疑、挑戰權威,在探究實驗的過程中領會科學思想和方法,養成實事求是、尊重客觀規律的科學態度和證據意識.