初中物理科學探究“進行實驗和收集數據”環節培養學生科學態度的策略研究

摘 要：科學探究既是初中物理課程的學習目標，又是重要的教學方式之一.本文著重對科學探究中“進行實驗和收集數據”這一探究要素內如何培養學生“規范化的操作意識”，引導學生在對“進行實驗、收集數據”中的偶然失誤、實驗誤差、操作問題等作出認真分析，并在分析、改進的過程中落實科學態度這一物理學科核心素養.

關鍵詞：科學探究;進行實驗和收集數據;科學態度

文章編號：1008-4134（2019）16-0002 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

作者簡介：危光明（1987-），男，重慶綦江人，碩士，中學一級教師，研究方向：中學物理教育教學研究.

科學探究既是學生的學習目標，又是重要的教學方式之一[1].科學探究有助于從過分強調知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化，從學生被動接受知識向主動獲取知識轉化，從而培養學生的科學探究能力、實事求是的科學態度與敢于創新的探索精神[2].但在課堂實踐中，還存在許多問題，例如：在進行實驗與收集證據時，教師更多關注的是學生操作實驗儀器是否規范、實驗結論得出是否正確，學生時常為了使實驗數據達到自己的預期結果而拼湊實驗數據.這有悖于課程標準提出的“養成實事求是、尊重自然規律的科學態度的要求”[3].因此，如何讓學生在科學探究過程中通過“進行實驗與收集證據”這一環節養成嚴謹、實事求是的科學態度，是目前初中物理實驗教學迫切需要解決的一個關鍵問題.

對于課堂教學而言，進行實驗和收集證據主要表現為科學地設計實驗數據表格，在實驗中采用正確的方法認真讀數，如實地記錄真實數據.學生只有規范、嚴謹地進行實驗，收集真實的數據，接下來的探究活動才能正常開展.學生在實驗中收集到證據后通常會遇到兩種情形：第一種，收集到的證據符合先前的預期，那么學生會認為自己之前進行的實驗是正確的，之后繼續用同樣的方式收集證據;第二種，收集到的證據不符合先前的預期，學生開始對之前進行的實驗產生懷疑.這種與預期的不符合可能是多種原因導致的，如測量數據誤差、實驗方案不完善、實驗操作錯誤等.教師可以針對這兩種不同的情形，有針對性地、不失時機地培養學生嚴謹、實事求是的科學態度.

1 規范使用儀器，養成嚴謹求實的科學態度

一個成功的實驗必然要基于正確操作實驗儀器以及實事求是的收集證據.科學態度并非掛在嘴上，而是要滲透在正確的實驗中，讓學生在進行實驗和收集證據的過程中，切實地感悟到實事求是、尊重自然規律的科學態度.

首先，操作實驗儀器有一些共性的規范操作要求，如調整儀器的零點、選擇恰當的量程、正確地操作儀器，正確地讀數等，這些雖然瑣碎，卻缺一不可.其次，不同的儀器有不同的操作要求，讓學生在課堂上深刻感受到這些要求的重要性，培養學生嚴謹的科學態度.因此，教師在課堂教學中應當嚴格按照實驗器材的使用要求，規范學生的實驗操作.

例如，在“測量物質的密度”實驗中，首先要求學生能夠正確使用天平，這時教師可以提出問題：“請同學們回憶一下，如何正確使用天平？”第一個學生在回答時可能不完整，如漏掉“調平”的步驟，這時教師可以繼續提問：“其他同學有需要補充的嗎？”然后由其他同學將之補充完整.教師不斷鼓勵學生思考并主動表達自己的想法，在潛移默化中促進學生規范地使用器材，養成嚴謹的科學態度.

“測物質的密度”實驗，器材相對單一、簡單，教師可以借此機會通過回顧實驗器材的過程，培養學生規范的操作與嚴謹的態度.彈簧測力計的使用方法看似簡單，第一位學生卻沒有將使用方法回答完整，教師此時不應當直接進行補充，而應當要求同學繼續思考.

這樣做是為了傳遞給學生一個信息：即使這個實驗儀器看上去非常簡單，依然要規范地使用它.在這樣的氛圍中，學生會積極動腦思考，最終形成一套完整的實驗儀器使用方法.這樣做有助于培養學生嚴謹的科學態度.

又如，“測定小燈泡的電功率”實驗，要求學生正確使用電流表、電壓表、滑動變阻器等一系列實驗器材.在進行實驗時，需要收集小燈泡兩端的電壓分別大于、等于、小于額定電壓時的三組電流、電壓的數據.要順利完成實驗，學生需要對每種實驗器材的使用要求非常熟悉，能夠正確地連接電路、準確地讀數.進行實驗時學生會出現各種操作上的問題，而任何一個細節出現錯誤，都會造成最終實驗結果的錯誤.在這節課上，針對學生易出現各種不同操作問題的情況，教師可以在課前充分預設并制作“提醒卡”，即將學生進行實驗時所有可能出現的問題預先制作成卡片，分發在每一個實驗小組的桌上，學生在進行實驗時一旦遇到與“提醒卡”中類似的問題，就可以通過卡片上的提醒“對癥下藥”地解決問題.這樣的“提醒卡”適合操作較復雜的實驗，既能解決學生出現的問題，又能節省課堂時間.

上述兩個案例都是學生事先已經學習過實驗器材，課上要求他們重新回憶已有知識，通過不同的方式提醒他們要規范地操作實驗儀器.二者的不同在于，第一個案例中是先回顧再使用，而第二個案例則相反.當實驗器材比較單一時，教師可以采用前一種方式，著重復習操作要求，加深學生的印象.當實驗器材較多，且學生均已學習過操作要求，學生儀器操作過程中出現的共性問題較少時，可以選用后一種方式，這種方式相比之下更及時、更有效率.當然，這兩種方式可以在教學中靈活運用，學生均能從教師對實驗儀器操作的嚴格要求以及糾正自身操作問題的過程中，提升自己嚴謹的科學態度，并逐步從被動地按照實驗要求規范化操作，形成主動的規范化操作的意識.

2 客觀收集證據，養成嚴謹求實的科學態度

學生能夠正確記錄實驗數據，是進行分析與論證的前提.實驗數據的正確性關系到后續探究環節能否有效開展.教師應當明確要求學生以實事求是的態度，在實驗中采用正確的方法認真讀數，如實記錄數據.不論所記錄的數據與自己的預期是否相符，只要實驗沒有錯誤，就應當如實記錄，從而培養學生實事求是的科學態度.這種科學態度的培養，同樣體現在探究的其他要素中，如分析與論證等.教師應當避免簡單地以一句“這是誤差”來回避非預期的實驗數據，而是要在課前就做好充分的實驗準備，減少人為的、可避免的實驗錯誤，當實驗中由于實驗器材、操作方法等確實出現了錯誤的數據時，如果在課堂教學中有解決問題的時間，教師應當找到產生問題的原因，重做實驗，如果在課堂教學中沒有解決此問題的時間，教師也應當在課后和學生一起找到原因，重做實驗，一定要避免以實驗誤差來搪塞的現象.在教師認真分析、重新實驗的過程中，學生會感受到嚴謹的科學態度.總之，教師要引導學生以如實記錄的數據為支撐，認真分析與論證，從而獲得實驗結論.下面以劉老師的§12.2“滑輪”教學為例，分析如何在“進行實驗和收集數據”環節培養實事求是的科學態度，并為下一步的“分析與論證”環節打下基礎.教學設計見表1.

正因為有了學生如實的記錄，并且將出現這一數據時的實驗操作通過學生的展示進行了還原，從而有了學生對于動滑輪使用特點的進一步認識.這個教學片段看似隨意，實則經過教師精心的設計，劉教師在組織學生進行實驗時，考慮學生的特點，并沒有對滑輪的使用提出明確的要求，而是留給了學生自由發揮的空間，期待有火花產生.結果也正如其預料的那樣，有同學沒有豎直向上拉彈簧測力計，出現了不同的實驗數據.劉老師緊緊抓住這一點，為接下來繼續深入討論動滑輪的使用特點打下了基礎.要產生這樣的課堂效果，顯然需要教師課前巧妙的教學設計，給予學生如實記錄并發現不同的機會，同時還需要學生本身具有實事求是的科學態度，當然，這與教師平常在教學中對學生科學態度的影響與要求是分不開的.這組同學記錄的部分數據與其他組有所不同，但是他們沒有忽略它，而是如實記錄下來.教師通過及時巡視，有目的地發現課堂閃光點，積極肯定了學生的行為，這對學生如實記錄數據、養成嚴謹求實的科學態度有著潛移默化的影響.試想，假如直接要求學生豎直向上拉彈簧測力計，雖然也能讓學生對于實事求是的科學態度略有感悟，效果卻遠遠沒有劉老師這樣設計來得顯著.所以，教師在進行課堂設計時，可以有意識地多給學生留一些實驗時可控的、自由發揮的空間，從實驗產生的不同數據中多做些文章，并由此入手培養學生實事求是的科學態度，這符合課程標準在“情感態度與價值觀”維度目標中對學生提出的“敢于提出與別人不同的見解”的要求.回顧物理學的發展史，大量事例證明了實事求是的科學態度也是推動科學發展的動力之一.

3 認真分析“意外”，養成嚴謹求實的科學態度

這里所說的“意外”，是指在實驗中，尤其是探究實驗中出現的意料之外的實驗結果.例如：在探究“并聯電路中電壓規律”教學中，學生在課堂上按照實驗要求進行實驗，最后有些小組所做實驗結果是：兩個并聯電阻兩端電壓相等，但與電源電壓不等，這時教師很淡定地說：“這是由誤差引起的.”同學們也欣然接受了教師的解釋，并繼續下面的其他實驗.顯然，在這節課上發生了教師未預想到的“意外”.這位教師看似給自己圓了場，實則錯失了一個培養學生嚴謹、實事求是的科學態度的機會.因為對待“意外”的態度，恰恰決定了學生會在這個過程中學到的知識、感悟到的態度，它對學生的影響是深遠的.如果我們常常對“意外”視而不見，又或是處理“意外”時避重就輕，那么學生以后在遇到類似的問題時也會避而不談，這與嚴謹、求實的科學態度的養成是背道而馳的.那么，怎樣對待實驗時的“意外”呢？或者說，當“意外”來臨時教師能做些什么呢？實際上，認真對待“意外”，正是養成學生嚴謹、實事求是的科學態度的良機.“意外”產生的原因可能是什么呢？

首先，可能是由于儀器本身引起的.如由于儀器的老化等，致使實驗中出現了“意外”的結果.這就需要教師在課前認真準備實驗，對器材逐一檢查.這類“意外”是教師可控的，應當盡量避免.實驗器材的準備工作細致與否，影響到實驗能否順利進行.每一位教師在準備實驗器材時，都應做到細致、規范、嚴謹.以免在學生進行實驗時出現“意外”.當然，如果教師刻意地留下一些善意的“意外”也不失為一著妙棋，但同樣需要教師充分地做好應對這個“意外”的準備.

其次，可能是由于操作的不規范引起的.教師自身應當對實驗器材的操作規范有充分的了解，這種了解包括如何正確操作，以及了解當用錯誤的方式操作實驗器材時會發生什么狀況.在學生操作出現“意外”時，教師要深入、規范地和學生探討出現這一情況的原因.例如，為什么彈簧測力計需要調零，為什么電流表要選擇合適的量程等等.學生經歷這種探討的過程，也是培養他們科學態度的過程.

最后，可能是對實驗某方面考慮不周引起的.比如上面案例中所述，測量并聯電路中各部分電壓時，有可能由于學生在測量電源電壓時直接將電壓表連接在電源兩端，由于干路上的電鍵本身存在一定的接觸電阻，會分掉一部分電源電壓，而當測量各支路電壓時沒有將干路的電鍵一并測量進去，于是就造成了支路電壓小于電源電壓的情況.如果案例中的那位教師能夠認真對待這一現象，放慢教學進度，通過與學生共同查找產生“意外”的原因重做并完善實驗過程，這樣既能獲得正確的實驗結果，還能“潤物細無聲”地使學生養成嚴謹、實事求是的科學態度，學生在這節課上的收獲不論是在知識層面還是在價值觀層面，都將要遠遠大于教師原本的教學設計.

綜上所述，教師應當從學生的思維能力出發，從日常教學著手，多角度、重細節的設計適合學情的教學過程，將科學態度的培養融入“進行實驗和收集數據”的要素中，分階段、有重點地使學生逐步養成嚴謹求真的科學態度.

參考文獻：

[1]張世君.初中物理教學中引導學生科學探究的幾點做法[J].考試周刊，2013（19）：137.

[2]高滿紅. 初中物理教學如何引導學生展開科學探究[J]. 學周刊， 2014（27）：76.

[3]許衛國， 陳亞杰. 蘇科版初中物理教材各章節主題背景分析[J]. 中學物理：初中版， 2013， 31（04）：34-35.

（收稿日期：2019-04-10）