初中物理教学中证据意识培养的现状调查及其策略

2019-03-26

物理教师 2019年2期

(江苏省六合高级中学附属初级中学,江苏南京 211500)

图1

新课改至今,证据意识的培养在物理教学中的重要性已引起广泛教师关注,但实际教学的效果却令人堪忧.以2013年某市的一道中考物理题为例:如图1所示,甲、乙两位同学做“探究物体所受重力的大小与质量的关系”实验.

(1) 如图1所示,甲学生用弹簧测力计测量钩码所受重力大小,读数时他让钩码保持静止状态,根据________知识可知,此时钩码所受的重力大小和它受到的拉力大小相等.他分别测出1个钩码、2个钩码、3个钩码的重力大小后,根据实验数据得出结论:物体所受重力的大小与它的质量成正比.

(2) 乙学生取了质量不同的苹果、小木块、小铁球各一个,并分别测出它们的质量和重力,来探究物体所受重力大小与质量的关系,你认为乙学生的做法________.

(A) 不合理,因为他没有用同种物质的物体做实验.

(B) 不合理,因为他没有使物体的质量成整数倍变化.

(D) 合理,因为他的操作比甲学生更简便.

该题第(2)小问,很多学生认为应当选(B),理由是“教材中是这样操作的”．这暴露出3个问题:一是学生迷信书本,认为书本就是权威,书本是不可质疑的;二是学生的思维能力不足,何为证据不明,书本上这样操作可行,那么用别的方法就一定不可行;三是学生在通过实验探究得出实验结论的过程中,证据及充分性意识不足,更多的是被动地服从教师、课本的安排,缺少主动参与实验方案的设计,对实验缺乏深入的思考,不懂得通过实验获取证据,证据意识的培养还需进一步提升.

《普通高中物理课程标准(2017年版)》对学科核心素养的界定:物理观念,科学思维,科学探究,科学态度与责任等,其中“科学思维”中就包含:科学论证、质疑创新等要素.即“具有使用科学证据的意识和科学证据的能力,能运用证据对研究的问题进行描述、解释和预测;能基于证据大胆质疑,从不同角度思考问题…具有设计探究方案和获取证据的能力”.[1]

《义务教育课程标准》(2011版)对学生证据意识提出明确要求:“义务教育物理课程是以提高全体学生科学素养为目标的自然科学基础课程.此阶段的物理课程不仅应注重科学知识的传授和技能的训练,而且应注重对学生学习兴趣、探究能力、科学态度、科学精神等方面的培养.”通过义务教育物理课程的学习,学生“经历信息处理过程,有对信息的有效性、客观性做出判断的意识,经历从信息中分析、归纳规律的过程,有初步的概括能力…养成实事求是、尊重自然规律的科学态度,不迷信权威,勇于创新,敢于提出与别人不同的见解.”[2]

《标准》(2011版)还要求教师在教学中要让学生经历处理信息、得出结论的过程,不迷信权威,敢于质疑和创新、养成尊重客观事实的科学态度.然而,当前物理教学中对学生证据意识的培养却不容乐观.

1 调查现状

为调查当前基于证据的物理教学的现状,考察学生的证据意识,我们抽取了本校135名学生作为实验对象(其中8年级学生66人,9年级学生69人),以调查问卷的形式要求学生在规定时间内独立完成测试.调查显示,学生的举证意识普遍比较淡薄.

以“用实验事实来论证光在均匀介质中沿直线传播”一题为例,本题要求学生能够设计实验证实光在不同均匀介质(水、空气、玻璃等)中都能够沿直线传播的实例.该题的意图在于考查学生的基于证据的逻辑意识,要求学生能够广泛列举出光在不同状态下且均匀的介质中沿直线传播的实例.调查结果显示,多数学生只能举出光在一种介质中沿直线传播的实例,例如，“在水中滴几滴牛奶,打开激光笔”,也有学生想到“在空气中撒一些灰尘,打开激光笔”等,但能同时列举出两种不同状态下介质或以上的人数不多(具体见表1、表2),尤其涉及到同种介质要“均匀”的无一人.

表1 8年级调查结果

表2 9年级调查结果

图2

再如,如图2从玻璃罩里向外不断地抽气,通过实验可推理得出“真空不能传声”的结论,支持此结论的实验现象是________.

学生根据结论,反向推理支持结论的证据.典型错误有“真空不能传声” 、“听不到铃声了”、“ 真空环境中的物体不再发声”等,学生将实验现象与推理结论混淆、将不能“传声”错误认知为不能“发声”,具体见表3、表4,反映出学生缺乏现象和结论的逻辑因果关系意识,也反映出部分学生只是死记结论,没有真正理解本实验结论是在已有实验现象的基础上推理出来的.

表3 8年级调查结果

表4 9年级调查结果

由上可见,初中学生的举证意识和能力明显不足.导致以上问题的因素有很多,除了初中学生自身的年龄特点、思维能力等因素外,与教师在物理教学中缺乏“证据教学”的意识有关.具体表现在.

1.1 举证不足,以偏概全

例如,教师在“探究力的作用是相互的”教学中,只随便列举了一两个例子,便匆匆得出实验的结论,然后进入习题训练模式.令学生觉得由个别现象就能得出普遍的结论,导致“以偏概全”的思维倾向.教师如此,他所培养出来的学生在寻找证据的时候理所当然会犯同样的错误.

1.2 忽略文本,止于经验

部分教师的教学有时过于随意,研读教材不仔细,习惯于凭借经验讲授知识,忽略了解读书中的“大量研究事实表明”等重要提示说明.因篇幅所限,教材往往只列举了个别实验过程,如:在利用轻质小卡片、钩码、铁架台等物品“探究二力平衡的条件”活动后,附了一句“大量实验研究表明……”等.任何科学结论的得出,都建立在大量的实验事实基础之上,是由广泛列举的事实支撑起来的,并非一两个实验就能得出普遍规律,教师在教学中不能仅限于书本和个人经验,一定要有基于证据的意识.

1.3 流于形式,背离事实

例如,探究“串联电路的电压特点”实验,多组学生经测量后发现电路两端的总电压U与L1、L2两端的电压之和不等.此情形下教师不断地暗示学生,“仔细观察,发现了什么结论?”部分学生领会了教师的意图,给出了教师想要的答案,实验结论的得出犹如走过场,师生共演一场戏.似乎证据是否充足已不重要,察言观色更要紧.事实上,仔细分析不难认识到,现在很多学生实验用的导线、电压表等都有一定的电阻,这势必对实验的结果造成一定的影响.教师却只顾眼前达成知识目标,却忽略了对学生“尊重事实”的科学态度培养.

1.4 回避问题,闪烁其词

比如,在“探究水沸腾的特点”实验中,学生分组实验,观察水沸腾前后的温度变化并记录相关数据.有几组学生提出水沸腾后温度持续升高,教师回避,仅一句“可能有的小组实验数据有误差”就搪塞了过去. 显然该教师的处理方式有些草率,并没有对这个问题进行深入的思考,不是所有与结论不符的现象都能用“误差”来解释的.久而久之,他的学生便会将一切问题都归于“误差”这个抽象的字眼,而丧失了对现象背后的事实进行深入探讨与质疑创新的能力.

1.5 照本宣科,书本至上

可见,由于教师在物理教学中缺乏培养学生尊重事实的科学态度及举证意识,实验结论的得出往往只停留在特殊现象或表面主义,并没有通过证据意识的培养来提升学生的科学思维能力,造成当下许多初中学生缺乏证据意识和科学思维能力.笔者结合以下教学案例,浅显探讨在物理教学中培养学生证据意识的策略,以期提升学生的科学思维能力.

2 培养策略

2.1 分类归纳,科学推理

在物理教学中,为增强结论的广泛性,可针对性地将所列举事实进行分类归纳整理,以“力的作用是相互的”教学为例.[3]

案例讨论1:力的作用是相互的.

学生活动1:如图3,手指按压笔尖,你有什么感觉?

学生活动2:穿旱冰鞋的甲推穿旱冰鞋的乙,你看到了什么?

教师演示1:如图4,可先按住装磁铁的小车,观察装铁块小车的运动状态;再按住装铁块的小车,观察装铁块小车的运动状态.你看到了什么现象?说明什么？

学生活动3:带同种电荷的塑料吸管相互靠近,你看到了什么?

1860年咸丰帝亲点刘崐为载淳师傅，教授未满六岁的皇太子，成为同治皇帝的老师、国史馆副总裁、经筵讲官。53岁时，咸丰帝驾崩，年仅六岁的载淳登基,改元同治,寓“两宫太后同治天下”之意,真正执掌国政的是慈禧。那拉氏和恭亲王发动“辛酉政变”,以“图谋不轨”将肃顺等八位辅政大臣治罪。此事件处死3人,处分5人,革职6人,处理太监5人,共计19人，户部侍郎刘崐受牵连被革职。慈禧掌权后,知刘崐颇有办事才干,跟肃顺等也仅仅是工作上的关系,遂在同治元年三月“赏已革侍郎刘崐六品顶戴，在实录馆当差”,任实录总纂,撰写咸丰帝《文宗本纪》。同治三年起用为太常寺少卿、擢太仆寺卿,同治五年转内阁学士兼礼部侍郎衔。

学生活动4:感受手与手的摩擦.……

图3 图4

以上将“力”划分为“弹力”、“磁力”、“静电力”、“摩擦力”等类别,列举了支持实验结论的大量实验事实或实例,使科学推理得出的结论既增强了逻辑性、关联性,又有效地避免了结论的片面性.

2.2 及时评价,完善举证

在学生完成相关实验并得出结论后,教师要及时评价,让学生反思实验结论是否科学,证据是否充足,逻辑是否严密.以“做功可以改变物体内能”为例.

案例讨论2:外界对物体做功,物体温度升高,内能增加.

学生活动1:多次弯折金属丝,手摸弯折部位,有何感觉?说明了什么?

学生活动2:压缩空气引火仪,看到什么现象?说明了什么?

教师提问:现在我们能否得出“外界对物体做功,物体温度升高,内能增加”.你认为还应该怎么办?请你设计实验.

以上方案中,教师在学生完成两个实验后,及时进行评价,让学生主动思考,从证据的严密性推出还需要设计“外界对液体做功”实验,否则实验的结论仍然是不科学的、片面的,激励学生主动思维及增强证据意识.

2.3 鼓励质疑,挑战权威

在实验探究活动结束后,教师应把握时机,适时地抛出问题,思考“非课本实验方案”的科学性、合理性,鼓励学生大胆地对课本实验方案进行质疑、交流,以激活学生的批判性思维.[4]以“探究重力与质量的关系”实验为例.

案例讨论3:探究重力与质量的关系.

在利用课本上“利用钩码探究重力与质量的关系”实验后,教师提问:“以上实验如果不用钩码,而用苹果、石块等生活物品来进行探究实验,你认为可行吗?为什么”……

以上方案中,教师有意识地让学生对课本外的实验方案提出看法,“一石激起千层浪”,持不同意见的学生必然展开思维激烈的角逐.引起对权威的课本实验方案重新评估,激励学生认识到课本实验方案的局限性和不足之处,激发和培养学生“挑战权威”的批判意识和创新精神.

2.4 方案拓展,发散思维

探究性实验教学时,教师可提供多种器材,放手让学生自主选择器材,设计实验方案,以验证自己的猜想.这样有利于学生主动思考,积极寻找解决问题的方案,并在问题解决中提升获取证据的能力.

案例讨论4:探究音调与频率关系.

教师提供以下器材:试管、水、烧杯、小木棒、钢尺、高脚杯、橡皮筋、吸管、剪刀等材料,要求学生自选器材、设计实验并验证猜想.

这样开放的探究性实验富有挑战性,学生乐于主动思考、积极参与,不仅能提高学生学习物理的兴趣,还能帮助学生在获取证据的过程中提升动手技能,增强创造力与合作交流能力等.

2.5 因势利导,实事求是

在探究性实验教学活动中,应尊重课堂生成,因势利导、实事求是,避免含糊其辞.[5]以“探究水沸腾的特点”实验为例.

案例讨论5:探究水沸腾的特点.

在学生进行分组实验时,很多学生经测量发现水沸腾后温度计的示数不断上升,有的学生发现温度计的量程已经不够用了.教师发现后,要求大家先将烧杯上的盖子掀开,再测量水沸腾时的温度.学生惊奇地发现,水继续保持沸腾,但温度计的示数却在原有基础上下降了.教师要求学生继续测量5 min.学生发现温度计的示数停留在某一固定值不再变化.教师引导学生先得出结论,水沸腾时温度保持不变.又抓住学生的疑问,为什么有盖时水沸腾时的温度会不断上升呢?你觉得盖上盖子与不盖盖子的区别在哪?顺势而为,告诉学生水的沸点还与气压有关,因此强调“标准大气压下水的沸点是100 ℃”,不要误以为水沸腾时的温度一定恒为100 ℃.

在学生探究实验的过程中,往往会有各种意想不到的生成,教师要鼓励学生大胆质疑,提出问题,养成实事求是的基于证据的科学态度.