安立艷

初中物理課程內(nèi)容由科學(xué)探究和科學(xué)內(nèi)容兩部分組成?？茖W(xué)探究是科學(xué)知識生成、驗(yàn)證和發(fā)展的過程，面對的是開放性的問題，需要探究者的科學(xué)知識、研究方法和技能、直覺和想象力、創(chuàng)造性以及個(gè)性品質(zhì)的介入。將科學(xué)探究納入課程內(nèi)容，旨在讓學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者相似的探究過程，主動(dòng)獲取物理知識，領(lǐng)悟科學(xué)探究方法，發(fā)展科學(xué)探究能力，體驗(yàn)科學(xué)探究樂趣，養(yǎng)成科學(xué)精神。科學(xué)探究作為一種研究能力，在初中階段應(yīng)作為一種顯性的技能傳授給學(xué)生。

物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的“科學(xué)探究”包括提出科學(xué)問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制訂方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)、分析與論證、進(jìn)行評估、交流合作這七個(gè)要素。各要素間的關(guān)系是交互在一起的（見圖1）。例如，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)既是對已經(jīng)提出的問題、猜想假設(shè)的初步的檢驗(yàn)，又是對進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和收集數(shù)據(jù)的具體指導(dǎo)；交流合作幾乎穿插在實(shí)驗(yàn)探究的各個(gè)要素之間?！胺治雠c論證”是發(fā)展學(xué)生審辨式思維能力的好載體，本文簡要談?wù)勅绾位趯W(xué)生研究和知識分析培養(yǎng)學(xué)生的“分析與論證”能力。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)探究之“分析與論證”要素教學(xué)的困惑與困難

從課堂教學(xué)來看：教師急于迅速讓學(xué)生動(dòng)手探究，使得問題的提出和方案設(shè)計(jì)略顯不足；教師心中有結(jié)論，偶爾有急于求成的想法，想在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)得到正確的結(jié)論；可能沒有深入了解學(xué)生在實(shí)際操作中遇到的困難或新發(fā)現(xiàn)。從數(shù)據(jù)處理的技術(shù)上來看，教師對數(shù)據(jù)分析、證據(jù)分析的研究還比較膚淺，數(shù)據(jù)的研究還浮于表面的淺層分析。

從學(xué)生反饋來看：部分學(xué)生動(dòng)手探究前對實(shí)驗(yàn)的探究目的和方法不明確；部分學(xué)生做過預(yù)習(xí)，并且了解結(jié)論，看到不符合規(guī)律的數(shù)據(jù)就想篡改數(shù)據(jù)，無法做到實(shí)事求是。

從知識積累來看：學(xué)科間的知識支撐還有不足，初二的學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力還較弱，正比例函數(shù)、一次函數(shù)、反比例函數(shù)還未進(jìn)行學(xué)習(xí)。

從階段性測試來看：學(xué)生對結(jié)論總是記不住，死記硬背了也容易忘記。

二、科學(xué)探究之“分析與論證”要素研究

初中物理課標(biāo)中對“分析與論證”要素的描述如下：①經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和試驗(yàn)中歸納科學(xué)規(guī)律的過程。②能對收集的信息進(jìn)行簡單歸類及比較。③能進(jìn)行簡單的因果推理。④嘗試對探究結(jié)果進(jìn)行描述和解釋。⑤了解該要素在科學(xué)探究中的

意義。

“分析與論證”就是對探究的數(shù)據(jù)進(jìn)行描述、對探究的現(xiàn)象進(jìn)行歸納總結(jié)，從而將實(shí)驗(yàn)結(jié)論升華為物理概念和規(guī)律。物理學(xué)基于觀察與實(shí)驗(yàn)、建構(gòu)理想模型、應(yīng)用數(shù)學(xué)等工具，通過科學(xué)推理和論證，形成系統(tǒng)的理論體系和研究方法。對“分析與論證”要素的內(nèi)涵與外延理解如下。

一是對證據(jù)進(jìn)行整理和分析處理的必要性。在分析論證環(huán)節(jié)，利用數(shù)學(xué)工具、表格和圖像可以幫助分析數(shù)據(jù)，揭示隱含在數(shù)據(jù)背后的整體格局和發(fā)展趨勢。

二是大數(shù)據(jù)分析方法的多樣性。分析過程中可能需要用到觀察、分類、排序、比較、因果關(guān)系、推理、預(yù)測、建模、解釋、應(yīng)用等技能和工具。

三是分析論證需要審辨式思維。對于數(shù)據(jù)的研究應(yīng)該是學(xué)生主動(dòng)思考、懷著質(zhì)疑、尋找規(guī)律的過程，不斷發(fā)現(xiàn)的過程。分析過程中，可能還會聯(lián)想到特例，可能會有新發(fā)現(xiàn)等。

四是如何確保證據(jù)真實(shí)可靠。聚焦非規(guī)律性數(shù)據(jù)，如何追蹤它的來源，如何辨別證據(jù)的來源是否可靠？分析數(shù)據(jù)時(shí)，需要對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精確度做出描述和檢驗(yàn)，盡可能減小誤差。非規(guī)律數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源自學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范。對于特殊數(shù)據(jù)，應(yīng)當(dāng)充分討論，嘗試還原情境，找到問題所在，在去偽存真的基礎(chǔ)上，做到“改偽存真”。

五是事實(shí)和觀點(diǎn)如何聯(lián)系。觀點(diǎn)需要證據(jù)來支持，能證明觀點(diǎn)的事實(shí)就是證據(jù)。通常需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)和生活應(yīng)用實(shí)例來得出或幫助理解最后的結(jié)論。

教師只有切實(shí)把握了“分析與論證”的內(nèi)涵，才能真正培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，不斷引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生科學(xué)推理、敢于質(zhì)疑，幫助學(xué)生不斷完善科學(xué)思維。

三、“分析與論證”要素的教學(xué)探索

筆者以“凸透鏡成像規(guī)律”一課為例說明。

1. 突出數(shù)據(jù)的廣泛性、普遍性，利用數(shù)學(xué)工具排序，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)規(guī)律

設(shè)計(jì)1：在使用表格記錄數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)方式同時(shí)，使用薄膜貼點(diǎn)輔助記錄現(xiàn)象，凸顯數(shù)據(jù)分界點(diǎn)。

教師給學(xué)生準(zhǔn)備A4紙大小的坐標(biāo)紙和透明薄膜，坐標(biāo)紙的縱坐標(biāo)標(biāo)記為物距，將薄膜放在坐標(biāo)紙上。學(xué)生將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象用貼點(diǎn)法記錄在透明薄膜上， 紅點(diǎn)表示凸透鏡成的倒立縮小的像，綠點(diǎn)表示倒立放大的像，藍(lán)點(diǎn)表示正立放大的像。教師收集全班同學(xué)的貼點(diǎn)薄膜，并疊加在一起展示結(jié)果。學(xué)生們清晰地發(fā)現(xiàn)凸透鏡所成的三類像都在特定的區(qū)域內(nèi)，進(jìn)一步得出結(jié)論：一倍焦距是凸透鏡成正立或倒立的像、實(shí)像或虛像的物距分界點(diǎn)，二倍焦距處是凸透鏡成放大或縮小的實(shí)像的分界點(diǎn)。向?qū)W生滲透生活中的照相機(jī)、幻燈機(jī)、放大鏡燈光具使用時(shí)的物距分別對應(yīng)了紅綠藍(lán)三色點(diǎn)的區(qū)域。

設(shè)計(jì)2：大數(shù)據(jù)排序，尋找凸透鏡成像的變化規(guī)律，提高思維深度。

用Excel匯總學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（含物距、像的特點(diǎn)、像距、像高等項(xiàng)目），按照物距從大到小的順序排列，使數(shù)據(jù)的變化更有規(guī)律，學(xué)生在觀察過程中首先將數(shù)據(jù)按照成像特點(diǎn)或者一、二倍焦點(diǎn)處的特殊作用，將表格分成三部分。分段充分分析數(shù)據(jù)，使結(jié)論更加直觀，同時(shí)更充分地挖掘數(shù)據(jù)的深層價(jià)值。

設(shè)計(jì)3：將數(shù)據(jù)按照成像特點(diǎn)分段，尋找動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。

將龐大的數(shù)據(jù)表格分區(qū)域處理，在凸透鏡成三種像的特點(diǎn)下尋找變化規(guī)律，逐漸融入學(xué)生的思考，將直觀的數(shù)據(jù)賦予生動(dòng)的活力，同時(shí)也逐漸激發(fā)學(xué)生猜想照相機(jī)、幻燈機(jī)使用過程中的調(diào)焦調(diào)距等問題。

2. 對問題數(shù)據(jù)的質(zhì)疑與再分析，提高學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性

（1）再次觀察數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)新問題。組織學(xué)生觀察數(shù)據(jù)，找出數(shù)據(jù)記錄單里的問題數(shù)據(jù)，分析問題成因，討論解決方案。對于表格中的非順序性數(shù)據(jù)是怎么出現(xiàn)的，學(xué)生的猜想很多。有人認(rèn)為是讀數(shù)錯(cuò)誤；有人認(rèn)為是讀數(shù)時(shí)光屏上的像不清晰；還有人認(rèn)為是凸透鏡型號不精準(zhǔn)等。對這樣的數(shù)據(jù)怎么處理呢？讓學(xué)生思考。endprint

（2）還原實(shí)驗(yàn)情境，展示真實(shí)問題。學(xué)生按照表格數(shù)據(jù)組裝器材，發(fā)現(xiàn)了真實(shí)問題：此時(shí)光屏上顯示的并不是清晰的像，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作存在問題。調(diào)整光屏位置再次承接清晰的像，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

（3）修改問題數(shù)據(jù)，結(jié)論更具普遍性。將實(shí)驗(yàn)得出的正確數(shù)據(jù)填入表格，修正原錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，此時(shí)學(xué)生發(fā)現(xiàn)表中數(shù)據(jù)完全符合動(dòng)態(tài)規(guī)律。此時(shí)，對問題數(shù)據(jù)的處理過程體現(xiàn)出科學(xué)精神。學(xué)生本著實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度能夠發(fā)現(xiàn)問題數(shù)據(jù)并提出質(zhì)疑，合理猜想錯(cuò)誤數(shù)據(jù)成因，對非規(guī)律性數(shù)據(jù)追蹤來源，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)研究，以確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，初步形成了審辨式思維。

3. 動(dòng)手體驗(yàn)，尋找凸透鏡成像的變化規(guī)律的事實(shí)證據(jù)，提高思維靈活度

設(shè)置學(xué)生活動(dòng)1：利用自制相機(jī)分別拍攝遠(yuǎn)景和近景。使用自制相機(jī)先給遠(yuǎn)處的物體找遠(yuǎn)景，調(diào)節(jié)鏡筒，使光屏（薄膜）上成的像清晰；再給近處物體照相，調(diào)節(jié)鏡筒，使光屏（薄膜）上成的像清晰，感受物距、相距、像的大小的變化情況。學(xué)生發(fā)現(xiàn)： 手持自制相機(jī)靠近物體使物距減小時(shí)，鏡頭前伸（或者光屏后移）使相距增大，才能使光屏上成的像再次清晰，而且像逐漸變大。操作過程與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所得結(jié)論吻合，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了清晰有利的事實(shí)證明。

設(shè)置學(xué)生活動(dòng)2：研究使用投影手電筒。通過調(diào)節(jié)膠片到鏡頭的距離改變物距，調(diào)節(jié)手電筒到光屏的距離改變物距，感受凸透鏡成像的變化規(guī)律。學(xué)生發(fā)現(xiàn)：調(diào)整膠片與鏡頭的間隙以減小物距后，應(yīng)手持投影手電筒遠(yuǎn)離承接像的屏幕使像距增大，才能使像再次清晰，而且像逐漸變大。在投影手電筒所成的像變大的過程中，物距在變小，像距在變大。體驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析結(jié)果吻合。

設(shè)置學(xué)生活動(dòng)3：練習(xí)使用放大鏡，探索如何才能看到更大更清晰的指紋。學(xué)生們逐漸增大放大鏡到指紋的距離（但距離始終小于凸透鏡的焦距）時(shí)發(fā)現(xiàn)，指紋的虛像逐漸變大。結(jié)合電腦動(dòng)畫幫助學(xué)生理解凸透鏡成虛像的變化規(guī)律。

使用自制相機(jī)、投影手電筒，練習(xí)使用放大鏡等體驗(yàn)過程既是對已得結(jié)論的檢驗(yàn)，又成為了結(jié)論的新證據(jù)。

上述“凸透鏡成像規(guī)律”的教學(xué)設(shè)計(jì)中，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、事實(shí)描述等方法收集了學(xué)生的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再利用數(shù)學(xué)思維工具，展示清晰的數(shù)據(jù)，提升學(xué)生的數(shù)據(jù)分析能力；對非規(guī)律性數(shù)據(jù)追蹤來源的教學(xué)實(shí)踐，重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)研究以確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，處理過程體現(xiàn)科學(xué)精神，幫助學(xué)生初步形成了審辨式思維。

真正的科學(xué)探究不是按部就班的機(jī)械性實(shí)驗(yàn)，不是已知結(jié)論驅(qū)動(dòng)下的、無思想的簡單的技能重復(fù)，而是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)?zāi)M科學(xué)家的研究過程，重走科學(xué)家敢于質(zhì)疑、敢于研究、敢于創(chuàng)新、敢于發(fā)現(xiàn)的過程，體驗(yàn)求真務(wù)實(shí)、不畏艱辛的科學(xué)精神。如果將“知識”直接給學(xué)生，學(xué)生還不能發(fā)自內(nèi)心地理解“知識”時(shí)，這些“知識”只是表象化的信息，當(dāng)他們理解了、領(lǐng)悟了的時(shí)候，才內(nèi)化為真正的知識，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為能力。真正的科學(xué)探究能夠讓學(xué)生體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的真實(shí)的全過程，領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)，理解真正的知識，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

（作者單位：北京市第十三中學(xué)分校；指導(dǎo)教師：北京教育學(xué)院周瑩）

責(zé)任編輯：肖佳曉

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