初中物理规律探究类学生实验中学生科学精神的发展

李令军

【摘要】本文运用初中物理实验案例，论述了如何培养和发展学生的“理性思维、批判质疑、勇于探究”等科学精神的具体实施方法。

【关键词】学生实验；理性思维；批判质疑；勇于探究

在当前中国经济社会全面转型发展阶段，对人才的需求，需要学校教育在人才的供给侧承担起基础性作用。初中学段是学生六大核心素养中的科学精神素养发展的起步期和关键期，通过初中物理实验活动、经历科学探究的过程，学生的理性思维、批判质疑、勇于探究等必备品质和关键能力皆能得到系统性、针对性的培养和发展。

苏科版初中物理教材中共设置十六个学生实验，其中五个仪器使用类学生实验，十一个规律探究类学生实验。规律探究类学生实验具体是，1.观察水的沸腾；2.探究平面镜成像的特点；3.探究光的反射规律；4.探究凸透镜成像的规律；5.研究气泡运动的规律；6.探究影响浮力大小的因素；7.探究杠杆的平衡条件；8.探究串、并联电路电流的特点；9.探究串、并联电路电压的特点；10.探究通过导体的电流与电压、电阻的关系；11.探究通电螺线管外部磁场的方向。现就在初中物理规律探究类学生实验中发展学生理性思维、批判质疑、勇于探究等品质和能力的思考与探索论述如下。

一、规律探究类学生实验中理性思维的发展

1.通过实验掌握基本科学方法

（1）控制变量法的运用

在八年级下册“探究影响浮力大小的因素”学生实验中，物体在液体中所受的浮力与排开液体的体积及液体的密度都有关系，而中学物理实验时难以同时研究浮力与排开液体的体积和液体的密度的关系，而是在分别控制液体的密度与排开液体的体积不变的情况下，研究浮力与排开液体的体积和液体的密度的关系，分别得出实验结论。在九年级上册“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”学生实验中，导体中的电流与导体两端的电压以及导体的电阻都有关系，学生实验时难以同时研究电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系，而是在分别控制导体的电阻与导体两端的电压不变的情况下，研究导体中的电流跟这段导体两端的电压和导体的电阻的关系，再分别得出实验结论，最终得出欧姆定律I=U/R.

（2）归纳法的运用

在八年级下册“探究影响浮力大小的因素”学生实验中，为了验证F浮=G排，我们分别利用木块、石块做实验，归纳、整理均得出F浮=G排，于是我们验证了原理的正确性。在九年级上册“探究杠杆的平衡条件”学生实验中，我们反复做了五次实验来验证F1L1=F2L2，也是利用了归纳法。

（3）图像法的运用

在八年级上册“观察水的沸腾”学生实验中，我们以时间为横坐标、温度为纵坐标，建立平面直角坐标系，在坐标系中标出各个时刻水的温度，然后用平滑曲线连接起来，即可得到加热过程中水的温度随时间变化的图像。在九年级上册“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”学生实验中，研究电阻不变时，电流与电压的关系中，以电流I为纵坐标、电压U为横坐标，根据实验数据在坐标系中描点，画出I-U图像，得出电阻不变时，导体中的电流与导体两端的电压成正比。

（4）等效替代法的运用

在八年级上册“探究平面镜成像的特点”学生实验中，我们利用两根完全相同的蜡烛验证像与物的大小相同，因为我们无法真正地测出物与像的大小关系，所以我们利用了完全相同的另一根蜡烛来等效替代物体的大小。

2.在实验中培养和发展实证意识

在学生实验中，猜想与假设之后实验小组就要设计实验并制订计划、进行实验并收集证据、分析与论证，在此过程中便培养发展了学生的实证意识。如在八年级上册“探究平面镜成像的特点”学生实验中，学生在“猜想与假设”环节，可能提出“猜想1”：平面镜成像的位置在平面镜后；“猜想2”： 像到平面镜的距离与物到平面镜的距离相等；“猜想3”：像与物的大小相等；“猜想4”：平面镜所成的像是虚像等。然后教师就要引导实验小组去“设计实验并制订计划”，如何设计实验准确比较像与物的大小；如何设计实验准确确定像的位置；如何设计实验判定像的虚实；如何设计实验较好地解决测量的困难等，实验小组内讨论、设计实验。接下来各小组依据本组的实验设计及实验计划进行实验并收集证据，如在验证“猜想1”中通过三次实验记录像与平面镜的位置关系；验证“猜想2”中通过三次实验记录像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离；验证“猜想3” 中通过三次实验记录像的大小与物的大小；驗证“猜想4”中通过三次实验记录看能否成像在光屏上。最后实验小组内分析论证，得出实验结论：平面镜所成的像是虚像，像和物的大小相等，它们到平面镜的距离相等，即像和物关于镜面对称。

二、规律探究类学生实验中批判质疑精神的培养

1.通过实验培养学生的问题意识

提出一个问题比解决一个问题更重要。在学生实验中确定了研究课题后，实验小组就要确定一个具体的、有待解决的问题或论点，并且还需对要研究的问题做出猜想。在八年级上册“探究凸透镜成像的规律”学生实验中，学生将会提出凸透镜和凹透镜成像的区别是否仅在于前者成发大的像、后者成缩小的像，并根据经验猜想凸透镜所成的像可以有哪些不同的情况。八年级下册“探究影响浮力大小的因素”学生实验中，学生将会产生：对于给定的物体，它的形状、大小、质量、密度都是一定的，那么，它在液体中受到的浮力可能与哪些因素有关的疑问，并将产生：它部分浸在液体中与全部浸在液体中浮力不同；它浸没在液体的不同深度浮力不同；它浸在密度不同的液体中浮力不同的猜想。九年级上册“探究杠杆的平衡条件”学生实验中，将会提出生产生活中有许多地方应用到杠杆，那么杠杆的作用是否都相同呢？如果不同，分类依据又是什么呢？九年级下册“探究通电螺线管外部磁场的方向”学生实验中，学生将会产生电流方向是否会影响磁场方向、电流大小是否会影响磁场强弱、线圈多少是否会影响磁场强弱、通电螺线管周围磁场与哪类磁体周围磁场类似等问题，并形成猜想。

2.通过实验培养学生多角度、辩证分析问题的能力

在学生实验过程中进行实验并收集证据之后，实验小组就要对现象和数据进行分析与论证，在此环节中可发展学生多角度、辩证分析问题的能力。在九年级上册“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”学生实验分析与论证环节中，实验小组首先要分析電阻 R不变时，四组通过它的电流与其两端的电压数据，画出 I-U 图像，从而得出在电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成正比的结论；再分析电阻两端的电压不变时，四组通过电阻的电流与电阻大小的数据，画出I-R图像，从而得出在电压一定时，导体中的电流跟导体电阻成反比的结论；最后综合上面两个结论论证得出导体中的电流跟导体两端的电压成正比、与导体的电阻成反比的结论。在八年级上册“探究凸透镜成像的规律”学生实验分析与论证环节中，实验小组首先要分析成倒立缩小像时三组物距、像距数据，从而总结得出：u>2f成倒立、缩小、实像；再分析成倒立放大像时三组物距、像距数据，从而总结得出：f< u<2f 时，成倒立、放大、实像；再分析成倒立、等大像时两组物距、像距数据，从而总结得出：u = 2f 时，成倒立、等大、实像；最后再分析成正立、放大的像时三组物距、焦距数据，从而总结得出：当u < f 时，成正立、放大的虚像的结论。

三、规律探究类学生实验中勇于探究精神的培养

1.通过实验培养和发展学生的好奇心和想象力

卡尔·萨根曾经说过：“每个人在他们幼年的时候都是科学家，因为每个孩子都和科学家一样，对自然界的奇观满怀着好奇和敬畏。” 在八年级上册“探究平面镜成像的特点”学生实验前，可以先演示本节“WWW”中的第四题“揭开储币魔箱的秘密中的魔术箱”，激起学生的好奇心，然后指出，要揭开魔术箱的秘密，就必须研究平面镜的成像特点，从而引入课题。在八年级上册“探究凸透镜成像的规律”学生实验前，教师先介绍本节开始的“意外的发现”：小明和小华在窗边用凸透镜看报纸上的字，当他们移动凸透镜时意外发现报纸上居然出现了窗外景物倒立、缩小的像！这是怎么回事？从而激发起学生的好奇心和探究的欲望。

在九年级上册“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”学生实验中，在小明和小华讨论的基础上，由同学们进一步发散思考，实验小组在讨论的前提下，大胆进行猜想和假设，对富有想象力的同学充分肯定，在教学中多鼓励、多引导。只要充分发挥了想象力，还可以将简单的实验改变或扩展成非常有趣的和有价值的探究活动，如在八年级上册“观察水的沸腾”学生实验中，小华换一个角度提出新的问题，从而对“沸腾前水温随时间变化的规律”进行了探究，并得到了意外的结果，更重要的是，她体验和学会了一种重要的探究问题的方法，这对今后的学习和工作都是十分有益的。

2.通过实验培养和发展学生的探究精神

分析、处理实验数据，寻求实验数据之间的联系，也是培养学生探究精神的一个重要途径，比如在九年级上册“探究杠杆的平衡条件”学生实验中，学生通过实验得出五组数据，每组数据中有四个物理量之间的关系，教师不要轻易给出结论，有些学生仅做出一组或两组实验数据就急于得出杠杆的平衡条件，这时教师要耐心引导，让学生改变力或力臂后，再多做几次实验，找出普遍规律。