利用实验培养学生的物理科学素养

王银珍

摘   要：培养学生科学素养的关键是让学生掌握物理学科特有的思维方法。在教学中可以利用实验创设问题情境为科学素养的培养奠定心理基础，重视实验探究的过程，培养学生科学的思维，利用实验的直观性培养学生的抽象思维，利用实验课上生成的问题资源，培养学生实事求是的科学探究精神。

关键词：科学素养;问题情境;探究过程;直观实验;生成的问题资源

科学素养主要包括科学知识、科学能力及科学态度、情感与价值观三部分[ 1 ]，如何培养学生的科学素养是当下教育的主题。培养学生的物理科学素养，关键是要让学生掌握物理学科特有的思维方法，内化带有物理特征的思维品质。

众所周知，物理是一门实验科学，物理概念和物理规律的建立需要坚实的实验基础。物理实验肩负着帮助学生建立新的概念和认识新的规律、训练学生的认知能力、培养学生的观察和实验能力、建立正确的物理觀念和科学思维等功能。新课程改革下的课堂教学，进一步强调利用实验进行探究，培养学生的科学态度和责任感、创新精神和实践能力。这决定了在物理教学中，实验对培养学生科学素养的地位和作用，因此我们要最大化的实现和提升实验的育人价值。下面，就自己的教学经验，谈谈利用实验培养学生科学素养的一些拙见。

1  利用实验巧妙创设问题情境，激发探究的欲望

在教学活动中，要培养学生的科学素养，就必须重视学生的科学思考。学贵于思，思起于疑。疑是点燃学生思维的火种。单调的教学吸引不了学生的兴趣，更别谈科学思维了。因此教师应巧妙创设问题的情境，用悬念来激发学生探究的欲望，引发学生思维。在这方面，实验具有得天独厚的条件，且分组实验比演示实验对激发学生探究的欲望效果更佳，日常教学中尽可能将演示实验变为分组实验，调动学生的主观能动性，激活学生求知的欲望。

例如：在“流体压强与流速关系”的教学中，将演示实验变为学生分组实验，课前引导学生用矿泉水瓶或一次性纸杯和一根吸管（或两端开口的笔管）自制漏斗，因为对气密性要求不高，学生的器材自制也是百分百成功的。课堂上让学生利用自制的这个漏斗和乒乓球（如图1）在老师的引导下进行实验：（1）用手指托住乒乓球，放在倒置的漏斗里，然后移开手指，观察现象。（2）通过吸管对着乒乓球向下持续快速吹气，将压住乒乓球的手放开，将会观察到什么现象？（两次实验都要求学生先猜后做）

学生基本上猜想两次球都下落，向下吹球肯定会掉的更快下来，有的学生猜想不会落下（问他原因，学生说肯定老师在卖关子）。在老师发出可以进行实验的指令时，学生迫不及待地拿起漏斗用力向下吹气，一个个憋足了劲涨红了脸。神奇的现象出现了，球不但没有掉下来，反而被紧紧的吸在漏斗口。实验过程学生热情高涨，反复做，有点乐不思蜀，很好地激发了学生的求知欲，有了强烈的愿望想尽快知道是什么神奇的力量使球不下落？还有硬币跳高、向两靠近的乒乓球之间吹气两球相吸、向两靠近的纸船舶之间喷水（喷水枪也是自制的）两船相吸（如图2）等实验，每位学生均是在老师引导下，自备自制仪器，动手实验，观察现象。因此在引导学生分析现象得结论的过程，就很自然地水到渠成。

课后，学生兴奋地围着老师说：用自己自制的仪器做实验，观察现象，分析得结论，更容易理解学习的知识，对知识理解也更加透彻。显然，自制学具极大满足了初中学生的好奇心，激活了求知欲，跟以往采取老师演示或者请一个学生上来演示相比较，效果有了质的提升。

又如：在平面镜教学的新课引入时演示了这样一个实验，在平面镜前面放一根点燃的蜡烛（如图3），学生透过平面镜观察到平面镜后面也有一根点燃的蜡烛，而且，该蜡烛风吹不灭，水浇不灭，让学生深感不可思议，也产生了极大的兴趣。当镜子前的蜡烛被吹灭的同时，镜子后的蜡烛却不吹自灭，学生被这现象惊得睁大了充满疑惑的眼睛，求知欲被激活了，全体学生轻松自然快速的进入了新课学习状态。

孔子曾说过：知之者不如好之者，好之者不如乐之者。只有当学生对问题感兴趣时，才会主动去积极思考，积极探究。因此教师在教学中要善于创设情境，激发学生的兴趣，为科学素养的培养奠定良好的心理基础。

2  重视实验探究的过程，激活探究的思维

科学素养不单单指让学生具备足够的知识和技能，更需要具有科学的思维和科学的精神，物理学处处闪耀着人类思维的光华。因此在实验教学中应强调观察与思维同步，重视实验思路的分析，突出研究物理的思维和方法，为学生的思维发展创造一个最佳的课堂学习环境。

在探究电流与电压、电阻的关系实验中，笔者是这么设计教学思路的引导：

（1）猜想：电流的大小与哪些因素有关？

猜想不是盲目的猜想。但这个问题比较难，因为学生在生活经验中没有很多相关的体验，所以设计了如下所示的演示实验，通过实验做个铺垫，通过实验创设情境，让学生有依据地进行猜想。

①将2.5V的小灯泡、电流表、2节电池、开关、导线等组成电路，让学生观察。

②将上述实验中的两节电池改为一节，让学生观察。

③将上述实验中的灯泡，改换为3.8V的灯泡，交待给学生3.8V灯泡电阻比2.5V的灯泡电阻大，引导学生观察。

让学生观察示教板上小灯泡的亮度情况，再引导学生做出大胆猜想。

（2）进行实验

在这一环节的教学中，教师应该根据教学的内容和特点，有针对性地设置相应的问题，激发学生思考，引导学生探究。

问题：

①要用什么方法来做实验呢？

②实验要分几次来做？

③每次实验中要控制什么量，改变什么量？

④利用桌面上的实验器材，怎样来实现实验条件？

⑤设计出满足实验要求的电路图。

通过教师清晰的物理思维下的有效引导，学生很顺利地明确实验思路、方法（如何控制变量进行实验）、需要的器材及步骤、轻松画出实验电路图。可见教学中渗透了研究物理的科学方法，引导学生学会思考、大大提高学习的效果。

事实证明，只有通过教师精心设计的实验教学，才能剖析实验设计的精髓所在，才能弄清实验原理，才能在提高实验能力的同时让学生的思维得到发展，从而培养学生科学的理性思维，学生的科学素养就会得到发展。

3  利用实验的直观性，培养学生的抽象思维

学生在初中阶段的思维主要以形象思维为主，但已开始向抽象逻辑思维转化，这种思维属于经验型的抽象逻辑思维，在很大程度上仍然要以形象思维为基础[ 2 ]。而初中物理很多的概念和规律都比较抽象，实验可以让学生观察到大量直观感性的信息，有利于学生的形象思维向抽象思维过渡。因此实验成了初中物理课堂教学中的重要手段。

例如：在“简单的光现象”教学中，为学生提供一把激光笔，一个装水（加了几滴蜂蜜）的方型容器、一个长方形玻璃砖。在老师的引导下学生做了如图4所示的实验，并要求学生将光的传播路径用示意图的方式记录。实验简单易操作，且现象非常明显有趣，学生享受着如此美的实验意境，愉悦的实验过程，表现出极大的热情、专注和开心。再利用学生汇报的实验记录示意图，引导全体学生共同分析，得出光的直线传播现象（增加一个演示实验，光在不均匀的蜂蜜水中传播路径是弯曲的）、光的反射现象、光的折射现象、光的全反射现象。这个过程是轻松的，充分体现玩中学的良好心理所提升的学习效果。

最让笔者惊喜的是，在“光的反射定律和折射规律”教学中，课堂教学及时反馈的作图中，居然几乎找不到画错的例子，这是以前从未出现过的，究其原因应归功于化抽象为形象的“直观教学”，每位学生均亲自动手实验，观察现象，并用示意图的方式记录光的传播路径，这些光现象深深地印在学生的脑海里。本节课的教学，不仅培养了学生的动手能力、观察能力，还培养了学生的物理建模思维和能力。

又如：在“神奇的眼睛”教学中，学生对“凸透镜的折光能力与弯曲程度的关系”这个知识点不理解，导致不能真正掌握近视眼和远视眼的成因及如何矫正。为此设计了一种学具（如图5），其中的水透镜是用可乐瓶的侧壁和弹性绝缘胶及绝缘胶布制成的，里面加上水模拟眼睛的晶状体，通过拉或挤连接在两端的绝缘胶布改变其弯曲程度（向外拉，它的弯曲程度会减小;向内挤压，它的弯曲程度会增大）。实验直观形象地呈现了正常眼、近视眼和远视眼的视物情况，还可以生动呈现近视眼和远视眼的矫正过程，实现学生学习过程知其然还知其所以然，真正应验朱正元教授说过的那句话“千言万语说不清，一看实验就分明”，教学效果大大超出教学设计的预期，很好的体现了直观教学的优越性。

实验以“直观”做桥梁和基础，能够降低学习的难度，让学生在直观感知的基础上理解物理规律和概念，使教学从感性走向理性，使学生更容易理解抽象事物，从而逐步提高学生的抽象思维能力，提高学生的科学素养。

4  充分利用实验课生成的问题资源，培养勇于追求真理的精神

科学素养的目标之一是培养学生实事求是，不畏艰难，追求真理的精神。物理课上，影响实验成功与否的因素是很多的，因此实验出现生成性的问题是很正常的，这些问题对培养学生形成实事求是的科学态度是难能可贵的，因此课堂上老师要善于发现，抓住机会，引导学生分析原因，这样不仅培养了学生分析问题、解决问题的能力，更重要的是还会培养学生尊重实验事实的科学态度，达到成功实验所不能替代的效果。

例如：在探究电磁铁的磁性强弱与什么因素有关的实验中，我们用网络五类线和大铁钉自制的电磁铁（如图6）进行实验，学生发现同样是100圈的线圈、1.5A的电流，为什么有的一下子吸了30多根大头针，有的只吸几根呢？这时老师应留给学生足够的时间让他们去交流、去讨论、去评估，结果发现不同小组用电磁铁吸引大头针时，電磁铁的一端离大头针的距离不同，而且大头针的摆放是随意的，有的组大头针摆放比较密集，有的组大头针摆放比较稀疏，这些因素都说明实验没有真正做到控制变量，原因找到了，问题就迎刃而解。学生不仅掌握了正确的物理规律，而且对控制变量这个研究物理问题的方法理解更深刻。如果老师没有抓住这个机会进一步的分析，学生就会形成错误的认识。

又如：在电学的很多实验中，经常会发生灯不亮的现象，到底是灯短路或灯开路，或者是其他方面的原因？这时，教师可以因势利导，让学生自己分析排除故障，有的不成功的实验历程也能让学生掌握故障电路的正确分析的方法，同时学生还收获了成功的喜悦。

因此教师不能忽略这些课堂生成性的问题资源，而应当善于发现问题本身所蕴含的内涵，悟透内涵中的“精彩”，并巧妙地加以利用，引导学生利用已知的知识找错和纠错。只有这样才能最大程度上锻炼学生的批判性思维，培养学生坚韧不拔的科学精神和毅力，从而提升了学生的科学素养。

“培养学生的科学素养”是我们物理教师永恒的追求。在教学中我们应充发挥实验的作用，利用实验全面提高我们教学的有效性，提高学生的基本素质，把学生培养成真正具有“科学素养”的人。

参考文献：

[1]李文杰.浅谈初中物理教学中如何培养学生的科学素养[J].中国校外周报上旬刊，2018（11）.

[2]赵煜华.初中物课堂教学中多种直观教学手段的运用[D]. 呼和浩特：内蒙古师范大学，2011.