初中物理科学探究“进行实验和收集数据”环节培养学生科学态度的策略研究

摘 要：科学探究既是初中物理课程的学习目标，又是重要的教学方式之一.本文着重对科学探究中“进行实验和收集数据”这一探究要素内如何培养学生“规范化的操作意识”，引导学生在对“进行实验、收集数据”中的偶然失误、实验误差、操作问题等作出认真分析，并在分析、改进的过程中落实科学态度这一物理学科核心素养.

关键词：科学探究;进行实验和收集数据;科学态度

文章编号：1008-4134（2019）16-0002    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

作者简介：危光明（1987-），男，重庆綦江人，硕士，中学一级教师，研究方向：中学物理教育教学研究.

科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一[1].科学探究有助于从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度与敢于创新的探索精神[2].但在课堂实践中，还存在许多问题，例如：在进行实验与收集证据时，教师更多关注的是学生操作实验仪器是否规范、实验结论得出是否正确，学生时常为了使实验数据达到自己的预期结果而拼凑实验数据.这有悖于课程标准提出的“养成实事求是、尊重自然规律的科学态度的要求”[3].因此，如何让学生在科学探究过程中通过“进行实验与收集证据”这一环节养成严谨、实事求是的科学态度，是目前初中物理实验教学迫切需要解决的一个关键问题.

对于课堂教学而言，进行实验和收集证据主要表现为科学地设计实验数据表格，在实验中采用正确的方法认真读数，如实地记录真实数据.学生只有规范、严谨地进行实验，收集真实的数据，接下来的探究活动才能正常开展.学生在实验中收集到证据后通常会遇到两种情形：第一种，收集到的证据符合先前的预期，那么学生会认为自己之前进行的实验是正确的，之后继续用同样的方式收集证据;第二种，收集到的证据不符合先前的预期，学生开始对之前进行的实验产生怀疑.这种与预期的不符合可能是多种原因导致的，如测量数据误差、实验方案不完善、实验操作错误等.教师可以针对这两种不同的情形，有针对性地、不失时机地培养学生严谨、实事求是的科学态度.

1 规范使用仪器，养成严谨求实的科学态度

一个成功的实验必然要基于正确操作实验仪器以及实事求是的收集证据.科学态度并非挂在嘴上，而是要渗透在正确的实验中，让学生在进行实验和收集证据的过程中，切实地感悟到实事求是、尊重自然规律的科学态度.

首先，操作实验仪器有一些共性的规范操作要求，如调整仪器的零点、选择恰当的量程、正确地操作仪器，正确地读数等，这些虽然琐碎，却缺一不可.其次，不同的仪器有不同的操作要求，让学生在课堂上深刻感受到这些要求的重要性，培养学生严谨的科学态度.因此，教师在课堂教学中应当严格按照实验器材的使用要求，规范学生的实验操作.

例如，在“测量物质的密度”实验中，首先要求学生能够正确使用天平，这时教师可以提出问题：“请同学们回忆一下，如何正确使用天平？”第一个学生在回答时可能不完整，如漏掉“调平”的步骤，这时教师可以继续提问：“其他同学有需要补充的吗？”然后由其他同学将之补充完整.教师不断鼓励学生思考并主动表达自己的想法，在潜移默化中促进学生规范地使用器材，養成严谨的科学态度.

“测物质的密度”实验，器材相对单一、简单，教师可以借此机会通过回顾实验器材的过程，培养学生规范的操作与严谨的态度.弹簧测力计的使用方法看似简单，第一位学生却没有将使用方法回答完整，教师此时不应当直接进行补充，而应当要求同学继续思考.

这样做是为了传递给学生一个信息：即使这个实验仪器看上去非常简单，依然要规范地使用它.在这样的氛围中，学生会积极动脑思考，最终形成一套完整的实验仪器使用方法.这样做有助于培养学生严谨的科学态度.

又如，“测定小灯泡的电功率”实验，要求学生正确使用电流表、电压表、滑动变阻器等一系列实验器材.在进行实验时，需要收集小灯泡两端的电压分别大于、等于、小于额定电压时的三组电流、电压的数据.要顺利完成实验，学生需要对每种实验器材的使用要求非常熟悉，能够正确地连接电路、准确地读数.进行实验时学生会出现各种操作上的问题，而任何一个细节出现错误，都会造成最终实验结果的错误.在这节课上，针对学生易出现各种不同操作问题的情况，教师可以在课前充分预设并制作“提醒卡”，即将学生进行实验时所有可能出现的问题预先制作成卡片，分发在每一个实验小组的桌上，学生在进行实验时一旦遇到与“提醒卡”中类似的问题，就可以通过卡片上的提醒“对症下药”地解决问题.这样的“提醒卡”适合操作较复杂的实验，既能解决学生出现的问题，又能节省课堂时间.

上述两个案例都是学生事先已经学习过实验器材，课上要求他们重新回忆已有知识，通过不同的方式提醒他们要规范地操作实验仪器.二者的不同在于，第一个案例中是先回顾再使用，而第二个案例则相反.当实验器材比较单一时，教师可以采用前一种方式，着重复习操作要求，加深学生的印象.当实验器材较多，且学生均已学习过操作要求，学生仪器操作过程中出现的共性问题较少时，可以选用后一种方式，这种方式相比之下更及时、更有效率.当然，这两种方式可以在教学中灵活运用，学生均能从教师对实验仪器操作的严格要求以及纠正自身操作问题的过程中，提升自己严谨的科学态度，并逐步从被动地按照实验要求规范化操作，形成主动的规范化操作的意识.

2 客观收集证据，养成严谨求实的科学态度

学生能够正确记录实验数据，是进行分析与论证的前提.实验数据的正确性关系到后续探究环节能否有效开展.教师应当明确要求学生以实事求是的态度，在实验中采用正确的方法认真读数，如实记录数据.不论所记录的数据与自己的预期是否相符，只要实验没有错误，就应当如实记录，从而培养学生实事求是的科学态度.这种科学态度的培养，同样体现在探究的其他要素中，如分析与论证等.教师应当避免简单地以一句“这是误差”来回避非预期的实验数据，而是要在课前就做好充分的实验准备，减少人为的、可避免的实验错误，当实验中由于实验器材、操作方法等确实出现了错误的数据时，如果在课堂教学中有解决问题的时间，教师应当找到产生问题的原因，重做实验，如果在课堂教学中没有解决此问题的时间，教师也应当在课后和学生一起找到原因，重做实验，一定要避免以实验误差来搪塞的现象.在教师认真分析、重新实验的过程中，学生会感受到严谨的科学态度.总之，教师要引导学生以如实记录的数据为支撑，认真分析与论证，从而获得实验结论.下面以刘老师的§12.2“滑轮”教学为例，分析如何在“进行实验和收集数据”环节培养实事求是的科学态度，并为下一步的“分析与论证”环节打下基础.教学设计见表1.

正因为有了学生如实的记录，并且将出现这一数据时的实验操作通过学生的展示进行了还原，从而有了学生对于动滑轮使用特点的进一步认识.这个教学片段看似随意，实则经过教师精心的设计，刘教师在组织学生进行实验时，考虑学生的特点，并没有对滑轮的使用提出明确的要求，而是留给了学生自由发挥的空间，期待有火花产生.结果也正如其预料的那样，有同学没有竖直向上拉弹簧测力计，出现了不同的实验数据.刘老师紧紧抓住这一点，为接下来继续深入讨论动滑轮的使用特点打下了基础.要产生这样的课堂效果，显然需要教师课前巧妙的教学设计，给予学生如实记录并发现不同的机会，同时还需要学生本身具有实事求是的科学态度，当然，这与教师平常在教学中对学生科学态度的影响与要求是分不开的.这组同学记录的部分数据与其他组有所不同，但是他们没有忽略它，而是如实记录下来.教师通过及时巡视，有目的地发现课堂闪光点，积极肯定了学生的行为，这对学生如实记录数据、养成严谨求实的科学态度有着潜移默化的影响.试想，假如直接要求学生竖直向上拉弹簧测力计，虽然也能让学生对于实事求是的科学态度略有感悟，效果却远远没有刘老师这样设计来得显著.所以，教师在进行课堂设计时，可以有意识地多给学生留一些实验时可控的、自由发挥的空间，从实验产生的不同数据中多做些文章，并由此入手培养学生实事求是的科学态度，这符合课程标准在“情感态度与价值观”维度目标中对学生提出的“敢于提出与别人不同的见解”的要求.回顾物理学的发展史，大量事例证明了实事求是的科学态度也是推动科学发展的动力之一.

3 认真分析“意外”，养成严谨求实的科学态度

这里所说的“意外”，是指在实验中，尤其是探究实验中出现的意料之外的实验结果.例如：在探究“并联电路中电压规律”教学中，学生在课堂上按照实验要求进行实验，最后有些小组所做实验结果是：两个并联电阻两端电压相等，但与电源电压不等，这时教师很淡定地说：“这是由误差引起的.”同学们也欣然接受了教师的解释，并继续下面的其他实验.显然，在这节课上发生了教师未预想到的“意外”.这位教师看似给自己圆了场，实则错失了一个培养学生严谨、实事求是的科学态度的机会.因为对待“意外”的态度，恰恰决定了学生会在这个过程中学到的知识、感悟到的态度，它对学生的影响是深远的.如果我们常常对“意外”视而不见，又或是处理“意外”时避重就轻，那么学生以后在遇到类似的问题时也会避而不谈，这与严谨、求实的科学态度的养成是背道而驰的.那么，怎样对待实验时的“意外”呢？或者说，当“意外”来临时教师能做些什么呢？实际上，认真对待“意外”，正是养成学生严谨、实事求是的科学态度的良机.“意外”产生的原因可能是什么呢？

首先，可能是由于仪器本身引起的.如由于仪器的老化等，致使实验中出现了“意外”的结果.这就需要教师在课前认真准备实验，对器材逐一检查.这类“意外”是教师可控的，应当尽量避免.实验器材的准备工作细致与否，影响到实验能否顺利进行.每一位教师在准备实验器材时，都应做到细致、规范、严谨.以免在学生进行实验时出现“意外”.当然，如果教师刻意地留下一些善意的“意外”也不失为一着妙棋，但同样需要教师充分地做好应对这个“意外”的准备.

其次，可能是由于操作的不规范引起的.教师自身应当对实验器材的操作规范有充分的了解，这种了解包括如何正确操作，以及了解当用错误的方式操作实验器材时会发生什么状况.在学生操作出现“意外”时，教师要深入、规范地和学生探讨出现这一情况的原因.例如，为什么弹簧测力计需要调零，为什么电流表要选择合适的量程等等.学生经历这种探讨的过程，也是培养他们科学态度的过程.

最后，可能是对实验某方面考虑不周引起的.比如上面案例中所述，测量并联电路中各部分电压时，有可能由于学生在测量电源电压时直接将电压表连接在电源两端，由于干路上的电键本身存在一定的接触电阻，会分掉一部分电源电压，而当测量各支路电压时没有将干路的电键一并测量进去，于是就造成了支路电压小于电源电压的情况.如果案例中的那位教师能够认真对待这一现象，放慢教学进度，通过与学生共同查找产生“意外”的原因重做并完善实验过程，这样既能获得正确的实验结果，还能“润物细无声”地使学生养成严谨、实事求是的科学态度，学生在这节课上的收获不论是在知识层面还是在价值观层面，都将要远远大于教师原本的教学设计.

综上所述，教师应当从學生的思维能力出发，从日常教学着手，多角度、重细节的设计适合学情的教学过程，将科学态度的培养融入“进行实验和收集数据”的要素中，分阶段、有重点地使学生逐步养成严谨求真的科学态度.

参考文献：

[1]张世君.初中物理教学中引导学生科学探究的几点做法[J].考试周刊，2013（19）：137.

[2]高满红. 初中物理教学如何引导学生展开科学探究[J]. 学周刊， 2014（27）：76.

[3]许卫国， 陈亚杰. 苏科版初中物理教材各章节主题背景分析[J]. 中学物理：初中版， 2013， 31（04）：34-35.

（收稿日期：2019-04-10）