体验科学探究引发科学思考领悟科学本质

  体验科学探究引发科学思考领悟科学本质  朱传华摘 要：引领学生正确认识科学本质是《课程标准》明确提出的目标之一。本文以苏科版《物理》第七章《从粒子到宇宙》第1、2两节的教学为例，介绍了科学本质教育的实施方法。即通过让学生体验科学探究，并在探究活动中预设关键问题，引发学生深层次思考，让学生在动手与动脑中既学习了科学知识，又领悟了科学本质。Keys：科学本质;课堂教学;科学探究;科学方法;分子模型G633.7：A    ：1992-7711（2018）24-069-2科学的本质是真理体系，是认识世界的实践方法。科学原先是指“分科而学”的意思，后指将各种知识通过细化分类（如、物理、化学等）研究，形成逐渐完整的知识体系。它是关于发现发明创造实践的学问，是人类探索研究感悟宇宙万物变化规律的知识体系的总称。一、融入科学本质观的教学案例笔者一直尝试将科学本质观教育融入到物理课堂教学中，下面以苏科版初中物理教材第七章《从粒子到宇宙》第1、2节的两个探究活动的教学为例，谈谈科学本质教育的实施。1.分子动理论第一节《走进分子世界》分子动理论中，教材首先介绍了“科学家常根据观察到的现象提出物质结构模型的猜想，再收集证据来检验自己的猜想，试图弄清楚物质的内部结构”这一研究方法，然后通过两个活动观察到的现象来选择一种模型。活动1.用素描炭笔在纸上画一条线，再用放大镜或低倍显微镜仔细观察，你看到了什么现象？活动2.如图所示，向一端封闭的玻璃管中注水至一半位置，然后再注入酒精直至充满。封闭管口，将玻璃管反复翻转，使水和酒精充分混合，观察液面的位置。混合后水和酒精的总体积（大于/等于/小于）混合前水和酒精的总体积。活动1用类比的方法使学生认识到宏观上看起来连续的物体在微观层面上可以是不连续的，活动2让学生认识到微粒之间有空隙。所以学生在教材给出的3个模型中很容易做出选择“模型3物质是由微粒组成的，微粒之间有空隙。”活动反思：活动2中为什么先注入水后注入酒精？生：水的密度比酒精大，如果先注入酒精，再注入水后水下沉就会自动和酒精混合，因而无法记录混合前的总体积。师：科学家把保持物质化学性质的最小微粒称为分子。结论1：常见物质是由大量分子组成的，分子间有空隙。师：分子会运动吗？你的猜想是什么？有什么依据证明你的猜想？生：回家能闻到饭菜的香味，春天能闻到花的香味，说明分子是运动的。生：你的例子能说明气体分子是运动的，但不能说明液体和固体分子是否运动。师：演示红墨水在水中的扩散。生：这说明液体的分子也在运动，但固体分子肯定不在运动，因为如果固体分子也在运动，那固体可能就会散掉了。师：科学家曾做过一个实验，将铅板和金板压在一起，放置三年后，金板上渗入一些铅，铅板上渗入一些金，说明了什么？生：组成铅和金的分子也在运动，原来固体的分子也在运动。生：我想起来了，一次我们班黑板报放暑假前没擦掉，开学后就发现很难擦掉，是不是也能说明固体分子在运动。师：你说得非常好！大家还能举出生活中其他能证明分子在运动的例子吗？学生举例。结论2：分子处在永不停息的无规则运动中。师：大家对我们的结论有没有什么疑问？生：我的问题还没解决，固体分子在运动的话，固体为什么没有散掉呢？师：问得好！我们来看一个实验。演示将两个铅块切平后相互紧压，将一个悬挂起来，另一个不仅不会掉下来，还能在下面悬挂钩码。生：原来分子之间能相互吸引，怪不得不会散掉。结论3：分子间存在吸引力。师：大家觉得我们的结论有矛盾的地方吗？生：有！分子间存在吸引力，为什么还会有空隙呢？吸引力怎么没有将分子聚在一起呢？师：很好的问题！大家有没有什么办法可以解释或者提出新的观点来解释这个问题呢？学生表示为难。师出示一个模型，两个乒乓球中间固定一根被压缩的弹簧和一根被拉长的橡皮筋，示意图如图所示。大家对照这个模型能解释分子间为什么有空隙吗？生：橡皮筋被拉长了，所以会产生一个向中间的拉力，但中间还有一根弹簧，橡皮筋向中间拉的时候使弹簧发生了收缩，所以又会产生一个向两侧的推力，当这两个力相等的时候，两个乒乓球之间就可以保持一定的距离且距离不会改变。师：你回答的太好了！分子间确实还有一种向外推的力，我们把这种力叫做排斥力。所以结论3可以补充为：分子间存在吸引力，同时存在排斥力。（说明：本模型是为帮助学生理解分子间吸引力和排斥力同时存在而设计，仅能模拟分子间距离变大时表现出吸引力，分子间距离减小时表现出排斥力，但并不能准确反映分子间作用力大小和分子间距离的关系）师：常见物质是由大量分子组成的，那么同种物质为什么会处在不同的状态呢？比如水是由水分子组成，它有时处于固态，有时处于液态或氣态，不同状态下，水分子之间有什么区别呢？阅读教材“读一读用分子模型解释固体、液体和气体的性质”，尝试自己解释。2.探究带电体间的相互作用第二节《静电现象》“活动7.5探究带电物体间的相互作用”中，教材设计了用丝绸摩擦过的有机玻璃棒和用毛皮摩擦过的橡胶棒两两相互靠近的实验，然后提出问题“通过上述观察，你对摩擦起电的电荷种类能说出什么看法？”最终得出物体相互摩擦所带的电荷只有两种，并得出同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的结论。但教材的探究实验中仅有两种带电体，结论的得出不具有普遍性，所以笔者在教学过程中，在实验中增加了带电体的种类，使实验结论更具有普遍性。实验设计：丝绸与有机玻璃棒摩擦后将丝绸和有机玻璃棒作为两个带电体，毛皮和橡胶棒摩擦后毛皮和橡胶棒作为两个带电体，与头发摩擦后的塑料尺作为带电体，共得到五个带电体，将这五个带电体分别两两相互靠近，观察并记录现象，并讨论，你能发现什么？对带电体所带的电荷种类，你有什么看法？生1：同种带电体相互靠近时都是排斥的。生2：那是不是可以将相互排斥的带电体带的电荷看成同一类的？生3：那相互吸引的带电体所带的电荷是不是就可以看成不是同一类的？生4：那我们可以根据相互作用的现象将五个带电体进行分类了，玻璃棒以及和它相互排斥的毛皮可以分为一类，它们所带的电荷相同;橡胶棒以及和它相互排斥的丝绸、塑料尺可以分为一类，它们所带的电荷相同。学生通过分析实验现象并讨论发现带电体所带的电荷可以分为两类，并且得出同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的结论。二、科学本质教育的实施方法建议1.体验科学探究，领悟科学本质科学探究是课程改革的核心理念，既是学生的学习目标，又是重要的教学方式。其目的是讓学生经历与科学工作者相似的探究过程，主动获取物理知识，领悟科学探究方法，发展科学探究能力，体验科学探究的乐趣，养成实事求是的科学态度和勇于创新的科学精神[1]。如在上面分子动理论探究活动中，“用素描炭笔在纸上画一条线，再用放大镜观察”这一探究活动用类比的方法使学生认识到宏观上看起来连续的物体在微观层面上可以是不连续的。再如在“探究带电物体间的相互作用”实验之后，学生在分析实验现象，讨论实验结论的过程中领悟了归纳法的科学方法。2.预设关键问题，引发科学思考分子动理论模型的构建过程中，教师以问题为导向，通过预设一定有层次的关键问题，层层追问，引发学生的深入思考，让学生对现有知识进行大胆质疑，发现矛盾，引发思维碰撞，从而进一步发现新的知识，并使原有知识体系实现自洽、不断完善或建立起新的知识体系。学生在这一过程中能逐渐感悟到科学的本质：科学模型、定律、机制和理论解释自然现象;科学知识假设自然系统中有次序和一致性;科学有质疑，科学有探究，科学有实证。在平时的教学中，我们不仅要让学生学习科学知识，也要让学生学习到关于科学的知识，在关于科学本质的教学法方法上应将多种方法结合起来，在情境中呈现科学本质，在反思中讨论科学本质，以“润物细无声”的方式让学生领悟科学的本质。[Reference][1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012. -全文完-