利用實驗培養學生的物理科學素養

王銀珍

摘? ?要：培養學生科學素養的關鍵是讓學生掌握物理學科特有的思維方法。在教學中可以利用實驗創設問題情境為科學素養的培養奠定心理基礎，重視實驗探究的過程，培養學生科學的思維，利用實驗的直觀性培養學生的抽象思維，利用實驗課上生成的問題資源，培養學生實事求是的科學探究精神。

關鍵詞：科學素養;問題情境;探究過程;直觀實驗;生成的問題資源

科學素養主要包括科學知識、科學能力及科學態度、情感與價值觀三部分[ 1 ]，如何培養學生的科學素養是當下教育的主題。培養學生的物理科學素養，關鍵是要讓學生掌握物理學科特有的思維方法，內化帶有物理特征的思維品質。

眾所周知，物理是一門實驗科學，物理概念和物理規律的建立需要堅實的實驗基礎。物理實驗肩負著幫助學生建立新的概念和認識新的規律、訓練學生的認知能力、培養學生的觀察和實驗能力、建立正確的物理觀念和科學思維等功能。新課程改革下的課堂教學，進一步強調利用實驗進行探究，培養學生的科學態度和責任感、創新精神和實踐能力。這決定了在物理教學中，實驗對培養學生科學素養的地位和作用，因此我們要最大化的實現和提升實驗的育人價值。下面，就自己的教學經驗，談談利用實驗培養學生科學素養的一些拙見。

1? 利用實驗巧妙創設問題情境，激發探究的欲望

在教學活動中，要培養學生的科學素養，就必須重視學生的科學思考。學貴于思，思起于疑。疑是點燃學生思維的火種。單調的教學吸引不了學生的興趣，更別談科學思維了。因此教師應巧妙創設問題的情境，用懸念來激發學生探究的欲望，引發學生思維。在這方面，實驗具有得天獨厚的條件，且分組實驗比演示實驗對激發學生探究的欲望效果更佳，日常教學中盡可能將演示實驗變為分組實驗，調動學生的主觀能動性，激活學生求知的欲望。

例如：在“流體壓強與流速關系”的教學中，將演示實驗變為學生分組實驗，課前引導學生用礦泉水瓶或一次性紙杯和一根吸管（或兩端開口的筆管）自制漏斗，因為對氣密性要求不高，學生的器材自制也是百分百成功的。課堂上讓學生利用自制的這個漏斗和乒乓球（如圖1）在老師的引導下進行實驗：（1）用手指托住乒乓球，放在倒置的漏斗里，然后移開手指，觀察現象。（2）通過吸管對著乒乓球向下持續快速吹氣，將壓住乒乓球的手放開，將會觀察到什么現象？（兩次實驗都要求學生先猜后做）

學生基本上猜想兩次球都下落，向下吹球肯定會掉的更快下來，有的學生猜想不會落下（問他原因，學生說肯定老師在賣關子）。在老師發出可以進行實驗的指令時，學生迫不及待地拿起漏斗用力向下吹氣，一個個憋足了勁漲紅了臉。神奇的現象出現了，球不但沒有掉下來，反而被緊緊的吸在漏斗口。實驗過程學生熱情高漲，反復做，有點樂不思蜀，很好地激發了學生的求知欲，有了強烈的愿望想盡快知道是什么神奇的力量使球不下落？還有硬幣跳高、向兩靠近的乒乓球之間吹氣兩球相吸、向兩靠近的紙船舶之間噴水（噴水槍也是自制的）兩船相吸（如圖2）等實驗，每位學生均是在老師引導下，自備自制儀器，動手實驗，觀察現象。因此在引導學生分析現象得結論的過程，就很自然地水到渠成。

課后，學生興奮地圍著老師說：用自己自制的儀器做實驗，觀察現象，分析得結論，更容易理解學習的知識，對知識理解也更加透徹。顯然，自制學具極大滿足了初中學生的好奇心，激活了求知欲，跟以往采取老師演示或者請一個學生上來演示相比較，效果有了質的提升。

又如：在平面鏡教學的新課引入時演示了這樣一個實驗，在平面鏡前面放一根點燃的蠟燭（如圖3），學生透過平面鏡觀察到平面鏡后面也有一根點燃的蠟燭，而且，該蠟燭風吹不滅，水澆不滅，讓學生深感不可思議，也產生了極大的興趣。當鏡子前的蠟燭被吹滅的同時，鏡子后的蠟燭卻不吹自滅，學生被這現象驚得睜大了充滿疑惑的眼睛，求知欲被激活了，全體學生輕松自然快速的進入了新課學習狀態。

孔子曾說過：知之者不如好之者，好之者不如樂之者。只有當學生對問題感興趣時，才會主動去積極思考，積極探究。因此教師在教學中要善于創設情境，激發學生的興趣，為科學素養的培養奠定良好的心理基礎。

2? 重視實驗探究的過程，激活探究的思維

科學素養不單單指讓學生具備足夠的知識和技能，更需要具有科學的思維和科學的精神，物理學處處閃耀著人類思維的光華。因此在實驗教學中應強調觀察與思維同步，重視實驗思路的分析，突出研究物理的思維和方法，為學生的思維發展創造一個最佳的課堂學習環境。

在探究電流與電壓、電阻的關系實驗中，筆者是這么設計教學思路的引導：

（1）猜想：電流的大小與哪些因素有關？

猜想不是盲目的猜想。但這個問題比較難，因為學生在生活經驗中沒有很多相關的體驗，所以設計了如下所示的演示實驗，通過實驗做個鋪墊，通過實驗創設情境，讓學生有依據地進行猜想。

①將2.5V的小燈泡、電流表、2節電池、開關、導線等組成電路，讓學生觀察。

②將上述實驗中的兩節電池改為一節，讓學生觀察。

③將上述實驗中的燈泡，改換為3.8V的燈泡，交待給學生3.8V燈泡電阻比2.5V的燈泡電阻大，引導學生觀察。

讓學生觀察示教板上小燈泡的亮度情況，再引導學生做出大膽猜想。

（2）進行實驗

在這一環節的教學中，教師應該根據教學的內容和特點，有針對性地設置相應的問題，激發學生思考，引導學生探究。

問題：

①要用什么方法來做實驗呢？

②實驗要分幾次來做？

③每次實驗中要控制什么量，改變什么量？

④利用桌面上的實驗器材，怎樣來實現實驗條件？

⑤設計出滿足實驗要求的電路圖。

通過教師清晰的物理思維下的有效引導，學生很順利地明確實驗思路、方法（如何控制變量進行實驗）、需要的器材及步驟、輕松畫出實驗電路圖。可見教學中滲透了研究物理的科學方法，引導學生學會思考、大大提高學習的效果。

事實證明，只有通過教師精心設計的實驗教學，才能剖析實驗設計的精髓所在，才能弄清實驗原理，才能在提高實驗能力的同時讓學生的思維得到發展，從而培養學生科學的理性思維，學生的科學素養就會得到發展。

3? 利用實驗的直觀性，培養學生的抽象思維

學生在初中階段的思維主要以形象思維為主，但已開始向抽象邏輯思維轉化，這種思維屬于經驗型的抽象邏輯思維，在很大程度上仍然要以形象思維為基礎[ 2 ]。而初中物理很多的概念和規律都比較抽象，實驗可以讓學生觀察到大量直觀感性的信息，有利于學生的形象思維向抽象思維過渡。因此實驗成了初中物理課堂教學中的重要手段。

例如：在“簡單的光現象”教學中，為學生提供一把激光筆，一個裝水（加了幾滴蜂蜜）的方型容器、一個長方形玻璃磚。在老師的引導下學生做了如圖4所示的實驗，并要求學生將光的傳播路徑用示意圖的方式記錄。實驗簡單易操作，且現象非常明顯有趣，學生享受著如此美的實驗意境，愉悅的實驗過程，表現出極大的熱情、專注和開心。再利用學生匯報的實驗記錄示意圖，引導全體學生共同分析，得出光的直線傳播現象（增加一個演示實驗，光在不均勻的蜂蜜水中傳播路徑是彎曲的）、光的反射現象、光的折射現象、光的全反射現象。這個過程是輕松的，充分體現玩中學的良好心理所提升的學習效果。

最讓筆者驚喜的是，在“光的反射定律和折射規律”教學中，課堂教學及時反饋的作圖中，居然幾乎找不到畫錯的例子，這是以前從未出現過的，究其原因應歸功于化抽象為形象的“直觀教學”，每位學生均親自動手實驗，觀察現象，并用示意圖的方式記錄光的傳播路徑，這些光現象深深地印在學生的腦海里。本節課的教學，不僅培養了學生的動手能力、觀察能力，還培養了學生的物理建模思維和能力。

又如：在“神奇的眼睛”教學中，學生對“凸透鏡的折光能力與彎曲程度的關系”這個知識點不理解，導致不能真正掌握近視眼和遠視眼的成因及如何矯正。為此設計了一種學具（如圖5），其中的水透鏡是用可樂瓶的側壁和彈性絕緣膠及絕緣膠布制成的，里面加上水模擬眼睛的晶狀體，通過拉或擠連接在兩端的絕緣膠布改變其彎曲程度（向外拉，它的彎曲程度會減小;向內擠壓，它的彎曲程度會增大）。實驗直觀形象地呈現了正常眼、近視眼和遠視眼的視物情況，還可以生動呈現近視眼和遠視眼的矯正過程，實現學生學習過程知其然還知其所以然，真正應驗朱正元教授說過的那句話“千言萬語說不清，一看實驗就分明”，教學效果大大超出教學設計的預期，很好的體現了直觀教學的優越性。

實驗以“直觀”做橋梁和基礎，能夠降低學習的難度，讓學生在直觀感知的基礎上理解物理規律和概念，使教學從感性走向理性，使學生更容易理解抽象事物，從而逐步提高學生的抽象思維能力，提高學生的科學素養。

4? 充分利用實驗課生成的問題資源，培養勇于追求真理的精神

科學素養的目標之一是培養學生實事求是，不畏艱難，追求真理的精神。物理課上，影響實驗成功與否的因素是很多的，因此實驗出現生成性的問題是很正常的，這些問題對培養學生形成實事求是的科學態度是難能可貴的，因此課堂上老師要善于發現，抓住機會，引導學生分析原因，這樣不僅培養了學生分析問題、解決問題的能力，更重要的是還會培養學生尊重實驗事實的科學態度，達到成功實驗所不能替代的效果。

例如：在探究電磁鐵的磁性強弱與什么因素有關的實驗中，我們用網絡五類線和大鐵釘自制的電磁鐵（如圖6）進行實驗，學生發現同樣是100圈的線圈、1.5A的電流，為什么有的一下子吸了30多根大頭針，有的只吸幾根呢？這時老師應留給學生足夠的時間讓他們去交流、去討論、去評估，結果發現不同小組用電磁鐵吸引大頭針時，電磁鐵的一端離大頭針的距離不同，而且大頭針的擺放是隨意的，有的組大頭針擺放比較密集，有的組大頭針擺放比較稀疏，這些因素都說明實驗沒有真正做到控制變量，原因找到了，問題就迎刃而解。學生不僅掌握了正確的物理規律，而且對控制變量這個研究物理問題的方法理解更深刻。如果老師沒有抓住這個機會進一步的分析，學生就會形成錯誤的認識。

又如：在電學的很多實驗中，經常會發生燈不亮的現象，到底是燈短路或燈開路，或者是其他方面的原因？這時，教師可以因勢利導，讓學生自己分析排除故障，有的不成功的實驗歷程也能讓學生掌握故障電路的正確分析的方法，同時學生還收獲了成功的喜悅。

因此教師不能忽略這些課堂生成性的問題資源，而應當善于發現問題本身所蘊含的內涵，悟透內涵中的“精彩”，并巧妙地加以利用，引導學生利用已知的知識找錯和糾錯。只有這樣才能最大程度上鍛煉學生的批判性思維，培養學生堅韌不拔的科學精神和毅力，從而提升了學生的科學素養。

“培養學生的科學素養”是我們物理教師永恒的追求。在教學中我們應充發揮實驗的作用，利用實驗全面提高我們教學的有效性，提高學生的基本素質，把學生培養成真正具有“科學素養”的人。

參考文獻：

[1]李文杰.淺談初中物理教學中如何培養學生的科學素養[J].中國校外周報上旬刊，2018（11）.

[2]趙煜華.初中物課堂教學中多種直觀教學手段的運用[D]. 呼和浩特：內蒙古師范大學，2011.