張 蓉

南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹人學(xué)校，南京 210000

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》把科學(xué)思維細(xì)化為四個(gè)維度：模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑創(chuàng)新?？茖W(xué)論證能力培養(yǎng)的重要性不言而喻。科學(xué)論證是以科學(xué)知識(shí)為中介，積極面對(duì)問題，對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行解釋說明，提出自己的論點(diǎn)，反思自己和別人觀點(diǎn)的不足并提出反論點(diǎn)，同時(shí)能駁斥他人的質(zhì)疑和批判的高級(jí)思維。

教師在教學(xué)過程中都有培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證能力的意識(shí)，但是筆者聽了許多初中物理老師的課，一部分只是表面有論證的模式，課堂看似問答流暢，但是科學(xué)論證中總多了一份“理所當(dāng)然”，少了一些“尋根究底”。這種科學(xué)論證方式不利于學(xué)生良好的思維習(xí)慣和質(zhì)疑創(chuàng)新精神的形成。

如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)才能更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力？我們要重點(diǎn)關(guān)注科學(xué)論證的哪些方面？筆者對(duì)其進(jìn)行了思考與嘗試，結(jié)合近期觀摩的幾節(jié)課例與同仁們商榷。

1 確?？茖W(xué)論證的思維性

【案例一】磁場(chǎng)是一種客觀存在的特殊物質(zhì)

師：手可以通過細(xì)繩拉住回形針，彼此不接觸的兩物體會(huì)有力的作用嗎？

生：會(huì)的，磁體不接觸也能吸引回形針。

師：這說明什么？是不是磁鐵和回形針之間存在著一種特殊的“細(xì)繩”——磁場(chǎng)？

從上面的教學(xué)片段可以看出，從收集證據(jù)到提出論點(diǎn)都是教師在刻意引導(dǎo)，用牽強(qiáng)的類比取代了科學(xué)論證，為什么物體和物體之間一定要靠物質(zhì)產(chǎn)生力？學(xué)生只知道兩個(gè)物體不接觸也能產(chǎn)生力，但以他們現(xiàn)有的認(rèn)知水平是無法對(duì)其進(jìn)行深入理解的。該片段的設(shè)計(jì)是依托于蘇科版教材中的插圖16-2（圖1），但是教師忽略了教材中在得到“磁體的周圍存在磁場(chǎng)”前有一句“研究表明”，我們應(yīng)該思考如何實(shí)現(xiàn)這四個(gè)字背后的科學(xué)論證。

圖1 教材插圖

改進(jìn)建議：

師：剛剛通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁體有磁性，可以直接吸引回形針。那如果磁體不與回形針接觸，磁體對(duì)回形針還有力的作用嗎？

生：有。

師追問：不接觸的兩個(gè)物體也會(huì)產(chǎn)生力的作用，為什么呢？請(qǐng)帶著這個(gè)問題繼續(xù)觀察。

演示實(shí)驗(yàn)：在磁體和回形針間分別放入鐵片、木片等。

生：感覺磁體周圍有一種物質(zhì)，因?yàn)殍F片能“隔開”這種影響。

師再追問：請(qǐng)你總結(jié)這種物質(zhì)的特點(diǎn)。

師生總結(jié)：這種物質(zhì)看不見，摸不著，能被部分材料“隔開”，但又客觀存在。磁體周圍的這種客觀存在的特殊物質(zhì)就是磁場(chǎng)。

在磁體吸引回形針的實(shí)驗(yàn)中，加入不同材料的卡片進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)于證據(jù)的不同加工方式培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力，如利用“插入鐵片后回形針掉落”論證了“磁體周圍有一種看不見、摸不著的客觀存在的物質(zhì)”，利用“插入不同材料，回形針受到影響情況不同”論證了“這種物質(zhì)很特殊”。在教學(xué)設(shè)計(jì)中要避免“假”論證，確?？茖W(xué)論證的思維性是基礎(chǔ)。

2 提高科學(xué)論證的充分性

【案例二】分子在永不停息地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)

展示1：噴灑桂花味的香水在地上，聞到氣味。

展示2：在水中滴入紅墨水，紅墨水散開。

師問：通過以上現(xiàn)象，你發(fā)現(xiàn)了什么？你能得到什么結(jié)論？

上面的教學(xué)片段從收集證據(jù)到得到結(jié)論很順暢，但是在課堂反饋環(huán)節(jié)的一道習(xí)題顯示學(xué)生的錯(cuò)誤率很高。例題如下：

小明先在試管底部裝一半紅墨水，再在水面上注滿酒精，加蓋密封后反復(fù)搖晃再觀察，現(xiàn)象如圖2，該實(shí)驗(yàn)說明：______________________。

圖2 習(xí)題示意圖

很多學(xué)生的答案是“分子間有空隙、分子在永不停息地做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)”。

這個(gè)習(xí)題暴露出前面的教學(xué)中存在科學(xué)論證不夠充分的問題，這個(gè)“充分”指兩點(diǎn)：一是指證據(jù)要充分全面，如要說明“分子運(yùn)動(dòng)”證據(jù)，要涵蓋固體、液體和氣體擴(kuò)散現(xiàn)象；二是分析證據(jù)要充分明晰，為什么紅墨水散開就說明分子在運(yùn)動(dòng)，到底是紅墨水向哪里散開能說明分子運(yùn)動(dòng)。

改進(jìn)建議：

展示1：噴灑桂花味的香水在地上，聞到氣味。

展示2：在水中滴入紅墨水，紅墨水散開。

師問：通過以上現(xiàn)象，你發(fā)現(xiàn)了什么？你能得到什么結(jié)論？

師追問：紅墨水密度略大于水，對(duì)于紅墨水?dāng)U散開能說明分子運(yùn)動(dòng)，有什么疑點(diǎn)嗎？

生：可能是地球在幫忙。

師再追問:我們看到的現(xiàn)象全然是地球幫忙的結(jié)果嗎？有沒有支持論點(diǎn)的證據(jù)？

生：紅墨水可以向上、前、后、左、右散開，說明分子在自發(fā)運(yùn)動(dòng)。

師再引導(dǎo)：現(xiàn)在我們收集到了氣體、液體擴(kuò)散的證據(jù)，那固體也可以擴(kuò)散嗎？

生：墻角的煤球會(huì)把沒有接觸到的墻壁染黑一大片，可以聞到固體芳香劑的味道，同時(shí)發(fā)現(xiàn)它會(huì)變小等。

在紅墨水?dāng)U散實(shí)驗(yàn)中，教師引導(dǎo)學(xué)生深度挖掘，找到支持“分子運(yùn)動(dòng)”的現(xiàn)象和不足以說明“分子運(yùn)動(dòng)”的現(xiàn)象。帶領(lǐng)學(xué)生在細(xì)致分析證據(jù)的過程中進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)論證，有利于培養(yǎng)學(xué)生的高級(jí)思維：反思自己和別人觀點(diǎn)的不足并提出反論點(diǎn)，能駁斥他人的質(zhì)疑和批判。同時(shí)，從液體、氣體再到固體擴(kuò)散現(xiàn)象的補(bǔ)充，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行充分科學(xué)論證的意識(shí)。

3 從科學(xué)論證走向質(zhì)疑創(chuàng)新

【案例三】升華和凝華——碘錘實(shí)驗(yàn)

師演示：將碘錘浸沒在熱水中，觀察現(xiàn)象；從熱水中取出后再觀察。

師問：看到什么現(xiàn)象？碘的狀態(tài)發(fā)生什么變化？這個(gè)過程中出現(xiàn)了液態(tài)碘嗎？

請(qǐng)總結(jié)得到升華和凝華的概念及條件。

【案例四】升華和凝華——干冰實(shí)驗(yàn)

師演示：如圖3，試管中裝入干冰再套上氣球，觀察到氣球變大及試管外壁出現(xiàn)霜。

圖3 升華和凝華——干冰實(shí)驗(yàn)

師問：氣球變大說明干冰的狀態(tài)發(fā)生什么變化？這個(gè)過程中出現(xiàn)了液態(tài)干冰嗎？試管周圍的霜怎么形成的？說明水的狀態(tài)發(fā)生什么變化？

總結(jié)得到升華和凝華的概念及條件。

上述兩個(gè)教學(xué)片段中分別選擇了碘和干冰兩種物質(zhì)來說明升華和凝華現(xiàn)象，但是科學(xué)論證的過程中缺少了一定的批判思維，如碘錘實(shí)驗(yàn)中，沒有液態(tài)碘出現(xiàn)是否是因?yàn)樗霈F(xiàn)時(shí)間太短，沒有被觀察到。干冰實(shí)驗(yàn)中，氣球變大的原因只是固態(tài)干冰變成了氣態(tài)二氧化碳嗎？會(huì)不會(huì)是氣體受熱膨脹？同時(shí)，如何啟發(fā)學(xué)生來評(píng)判干冰和碘錘的實(shí)驗(yàn)?zāi)膫€(gè)更好？如何更好地設(shè)計(jì)這些實(shí)驗(yàn)來說明升華和凝華現(xiàn)象？

改進(jìn)建議：

師演示1：試管中裝入干冰再套上氣球（圖3），觀察到氣球變大及試管外壁出現(xiàn)霜。

師問：試管內(nèi)有沒有液體出現(xiàn)？氣球變大的原因有哪些？

生：沒有。氣球變大可能是氣體受熱膨脹，可能是干冰變成氣體。

讓學(xué)生來摸一摸試管，發(fā)現(xiàn)試管溫度很低，排除氣體受熱膨脹的可能性。

師再問：試管周圍的霜是怎么形成的，說明水的狀態(tài)發(fā)生什么變化？

總結(jié)得到升華和凝華現(xiàn)象及條件。

師再追問：干冰熔點(diǎn)-78℃，沸點(diǎn)-57℃，我們的論證過程有不妥嗎？

生：干冰可能是先熔化再汽化，只不過液態(tài)干冰出現(xiàn)時(shí)間太短。

師啟發(fā)：那需要怎樣的物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可以規(guī)避物質(zhì)先熔化再汽化的可能性？

生：熔點(diǎn)、沸點(diǎn)要高。

師演示2：展示碘錘，介紹碘的熔點(diǎn)113℃，沸點(diǎn)184℃。

師問：用什么方式加熱能使得固態(tài)碘直接升華？用酒精燈還是溫水加熱？

生：溫水。

再組織學(xué)生觀察碘錘實(shí)驗(yàn)，得到結(jié)論。

改進(jìn)之后的教學(xué)片段中，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“氣球變大的原因一定是產(chǎn)生氣體”“沒有看到液態(tài)物質(zhì)出現(xiàn)的原因一定是干冰發(fā)生升華”進(jìn)行質(zhì)疑，促使其以更加縝密的思維來進(jìn)行科學(xué)論證，再引導(dǎo)學(xué)生收集更多的證據(jù)、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，使其知其然更要知其所以然。通過這樣的設(shè)計(jì)，使學(xué)生站在更高的思維高度去理解碘錘的實(shí)驗(yàn)為什么能更好地說明升華和凝華現(xiàn)象。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)有利于學(xué)生良好的思維習(xí)慣和質(zhì)疑創(chuàng)新精神的形成。

4 結(jié)語(yǔ)

真正的科學(xué)論證不是簡(jiǎn)單地羅列證據(jù)、提出論點(diǎn)，要想培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)論證能力，需要教師通過嚴(yán)謹(jǐn)縝密的教學(xué)設(shè)計(jì)達(dá)到科學(xué)論證三個(gè)層次：先確保科學(xué)論證的思維性，再提高科學(xué)論證的充分性，最后力圖從科學(xué)論證向質(zhì)疑創(chuàng)新飛躍。讓課堂少點(diǎn)“理所當(dāng)然”，多點(diǎn)“尋根究底”，少點(diǎn)單一結(jié)論，多點(diǎn)思辨，少點(diǎn)墨守成規(guī)，多點(diǎn)質(zhì)疑創(chuàng)新。