优化实验设计培养证据意识——以《焦耳定律》为例

周晓慧 徐志红

(1.江苏省苏州市立达中学校 215000;2.江苏省无锡市凤翔实验学校 210043)

所谓证据意识，即“人们在社会生活和交往中对证据作用和价值的一种觉醒和知晓的心理状态，是人们在面对纠纷或处理争议时重视证据并自觉运用证据的心理觉悟”.

实验设计中的证据意识培养，旨在以探究的知识为资源，证据意识为途径，让学生参与知识的产生及科学方法应用的过程，来培养学生的科学态度和思维品质，以提高学生的科学素养.

下面以《焦耳定律》为例，在实验设计中如何培养学生的证据意识.

一、体验生活，触摸实验设计的“敲门砖”

案例1 《焦耳定律》

正直冬天时节，课前在教室里接上电炉，请学生都来取暖，学生都把双手放在热的发红的电炉丝的上方附近，感受电炉的温暖的同时，注意到电炉丝热的发红，而导线却不怎么热.

实验设计要以生活经验和已有知识、技能为依据，否侧就是“空中楼阁”，经不起理性的推导与实验的检验.在缺少生活经验的时候，教师就应当创设情境，有意识的增加学生的体验.在《焦耳定律》一节中，学生对电流的热效应的体验是很少的也是无意识的，故而在课前这样设计的活动，让学生对生活现象的无意注意转变为有意注意，以增强对电流热效应的感知，也为后面如何比较电阻产生热量多少的实验设计作铺垫.

二、追问证据，探寻实验设计的本质

案例2 《焦耳定律》

师：如何研究电流产生的热与电阻的关系？

生1：取两个不同的电阻，各自接入电路中，比较产生热量的多少？

生2：各自接入电路中就较难控制电流相同，所以我们可以让R1和R2串联在同一个电路中，这样既控制了电流相同，又控制了通电时间相同.

师：为什么要控制电流和时间相同？

生：控制变量法啊！

很多学生都是这么回答的，已经成为一种习惯、一种机械化的概念了.科学方法的重要性已经日益凸显出来，我们在授课的时候，不仅要让学生会用控制变量法，更要知道为什么要用？于是我们要追问、引导.

“为什么要用控制变量法？如果电流也不一样，那电阻产生的热量是由于电阻的不同引起的还是电流的不同引起的？”

于是学生明白了，如果电流也不一样，那就不能判断产生热量不同是因为电阻不同还是电流不同，也就不能研究电热与电阻的关系了.

如何比较电阻产生电热的多少呢？因为热量是看不到，也没有直接测量热量的仪器，于是我们想到了转换法.让电阻产生的电热加热烧瓶中的液体，转换成烧瓶中液体温度的上升量(Δt)，即用烧瓶中液体温度的上升量(Δt)反映产生电热的多少.

“为了能用液体温度的上升量(Δt)反映产生电热的多少，对烧瓶中的液体有什么要求？为什么？”

“要相同”这是很多学生的回答.看似用到了控制变量法，而实际上学生是不明白的.当问起“要控制什么物理量相同的时候？”猜测便开始了，“体积”“密度”“质量”“温度”不管三七二十一，凡是有关于液体的物理量都要控制相同.

这样的情况，在物理课堂上比比皆是，所反映出的是学生对科学方法的理解和应用是完全不到位的，科学方法的教学仅仅停留在机械式的记忆和格式的迁移上.这样的教学是一种知识与技能的灌输，缺少了对科学方法的理解，把科学方法概念化了.学生处理问题的能力和科学方法的使用没有得到真正的锻炼.故而教师要想办法让科学方法在学生的心理再向前走一步.比如追问“用什么科学方法？怎么用？为什么用？”让科学方法在物理课堂上扎根.

三、展现证据，经历思维发展的过程

通过追问展现证据，调动学生的思维；通过问题链的方式，展现思维发展的过程，以提高学生的思维品质.

案例3 研究玻璃管中气泡的运动速度的变化情况

师：让小气泡运动快些，还是慢些好？说明理由.

生：慢一点好，测量时间更精确.

师：你的办法是什么？请大家试试

生：(学生实验，如何让气泡运动的慢一点.)

师：判断气泡运动时速度变化的情况，你有什么方法？设计实验.

生：测量气泡通过的路程和时间，然后用路程除以时间，求得速度.

(毛坯房子已经初见雏形，然而还远远不够，需要我们在证据面前作出合理的改进)

(学生实验，并请学生留意碰到的困难，碰到的困难就是需要改进的证据，相当于房子需要装修)

生：测量时间时有点来不及，要离开管口一段距离后开始测量.

(发现、找到问题，并且通过讨论提出改进的方案)

师：很好，不但谈了困难，还说了解决的办法.其他同学还碰到什么困难了？

生：我觉得气泡是有一定长度的，测量气泡通过的总路程，应该是玻璃管的长度减去气泡的长度.

师：好的，你考虑到了气泡的长度.恩，细心的同学.还有别的困难吗？

(拿一组的数据放在投影仪上，简易分析数据)

师：(引导)好了，恭喜大家，你们已经把速度比较精确的计算出来了，请讨论玻璃管中气泡的运动速度的变化情况？

生：好像不能，突出的是变化情况，只有一组数据不能判断速度变化情况的，要多测量几个速度值才能判断.

师：怎么多测几个速度值？请同学讨论

生：我们可以把整个路段分成几个区间，想办法测出每个区间的速度.通过几个速度值来判断气泡是不是做匀速直线运动.

师：好，想法不错，有创意.你对区间有什么要求？

生：我认为区间要越多越好，这样测出的速度值就多，更能反映出气泡运动速度的变化，且每个区间的长度要相等.生2：也可以不等的吧！(让证据意识成为一种课堂生活，毛坯逐渐修改成精品)

师：不错，那边同学真有思想、有勇气，敢取不同长度的区间.好，等一下实验的时候，你们就取不同长度的区间，老师支持你们.(居于证据意识的开放，体验自己的创意)

物理是一门讲理的学科，这个理其实就是证据.在这个案例中教师以八个具有递进关系的问题形成问题链，把整个实验的线索、注意点和要求等串联起来，让学生在讲证据的课堂氛围中熟悉了这个实验的来龙去脉.

培养学生的证据意思已经纳入新课程标准，研究彰显物理特色证据课堂已经迫在眉睫，理论、实验、经验等均可作为证据，本文仅以实验设计为例，浅谈证据意识扎根物理课堂的一些看法.培养学生基于证据的物理思维我们任重而道远.