拓展教材实验 发展科学思维 培养核心素养

文/湖北省鄂州市石山中学 陈敬松

当今学生在学习和分析物理问题时，不善于从不同的侧面多角度去思考，找不到当前问题和已学过物理知识的联系，不善于抓住问题的实质和分析问题的关键环节，不能形成科学思维和掌握科学探究的学习方法，缺乏物理学科的核心素养。

物理学科的核心素养是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，是学生通过物理学习内化的带有物理学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分。然而，科学思维和科学探究是学生经历了思维和探究过程所获得的物理核心素养。

一、“意外”现象再探究

在教材中一个实验只为了解决一个与本节教学内容相关的问题，但实际上学生在实验操作、分析数据的过程，还有可能发现一些 “意外”的实验现象，可是这些实验现象往往被老师忽视了，没有进行分析引导。因此教师在教学中要及时发现、利用这些有教育教学价值的再生资源，引导学生对实验中出现的 “意外”现象再探究的意识。

【案例1】在做水的沸腾实验时，根据图中的装置，实验中当水温接近90℃时每隔0.5分钟记录一次温度，所以这期间温度计玻璃泡应该是一直浸入水中的，测温液体应该可与水温保持一致。观察到发现水刚沸腾时，温度计的示数仍在上升，得不出与课本相符实验结论。

水沸腾了还在升温？温度计读数必须等其示数稳定以后再读数，因为示数稳定后，温度计里的测温液体与被测的水达到热平衡。当温度计的示数快速上升时，水的实际温度比温度计所示的温度要高。所以当水刚沸腾时，温度计里测温液体的温度还没有达到水的沸点，所以示数还要上升一会儿。

还会有其他可能的原因吗？（1）学生由温度计的使用方法联想到温度计玻璃泡可能碰到容器底。因为水沸腾过程中烧杯底需要继续吸热，杯底温度比水的温度高，所以水沸腾时温度计的示数还在上升。 （2）教师提示同种液体的沸点与气压有关，液面气压越高，液体的沸点越高，学生可能会想到纸板盖上没开小孔。因为水沸腾会产生大量的水蒸气，使烧杯内气压升高，水继续吸热沸点会升高，所以水刚沸腾后温度还会上升。

二、科学思维的培养

问题是思维的发源地，在实验的基础上提出问题更能激发学生的思维，教师要善于设计问题，引发学生的科学思维，使学生处于积极主动的状态。通过实验设计的问题情境既拓展了学生的思维空间，又培养了学生的科学思维和科学探究能力。因此，教师在实验教学中提出问题让学生探究，在学生思维上能起到 “趁热打铁”的效果。

【案例2】在测电阻的学生实验中，发现有两位同学对同一电阻测量的阻值存在差异，通过对比实验中所连接的电路得知，他们所连接的电路中电流表的位置不同。根据电流表相对于电压表的位置分为外接法 （图a）与内接法 （图b）。

（图 a）

（图 b）

教师引导学生分析，采用外接法时，电压表电阻很大，还是有很小电流通过，电流表中示数应是流过R的电流IR和通过电压表电流IV之和，即I=IR＋IV，则 R=U/I=U/（IR+IV）。引起误差的原因是电流I中增加了伏特表的分流电流IV，结果使测得的R数值比实际值要小些。采用内接法时，电流表电阻很小，还是要分很小的电压，电压表中示数U等于R两端电压UR和电流表两端电压UA之和，即U=UR+UA，则R=U/I=(UA+UR)/I。引起误差的原因是电压U中增加了电流表分压电压UA，结果使测得的R值比实际值要大些。

在此基础上教师提出问题：“采用哪种接法测电阻误差小？”学生会根据并联分流与电阻成反比分析，如果待测电阻R比电压表内阻RV小得多，通过电压表的电流IV很小，根据分流性质，IV可以忽略不计，认为I=IR，所以R<>RA时内接法测出的结果较为精确。

三、物理核心素养形成

在教学中，教师不但要引导学生对物理现象的科学思维，还要带领学生经历科学探究的过程。这样能为学生进入高中物理的学习留下发展的空间，还能帮助学生深化对科学本质的认识，培养学生物理核心素养。

【案例3】在探究斜面的机械效率的实验中 （如上图所示），测出了斜面的机械效率后，可以问学生： “此时物体受到的摩擦力等于拉力吗？如何测物体在斜面上滑动时的摩擦力？”

基础好一点的学生会知道此时的拉力不等于物体受到的滑动摩擦力，但是具体的分析思路还是不够清晰。如果此时教师加以引导，问学生利用斜面提升重物时，额外功是由什么引起的，额外功的表达是什么，就可以使学生找到解决问题的方法，即用总功FS减去有用功得到额外功后再除以斜面的长度S便能求出摩擦力。

教师应在重视常规实验的基础上，重视实验资源的应用与拓展。实验教学不仅能培养学生的动手能力、激发学生学习物理的兴趣，更能发展学生的科学思维、培养学生的探究能力。利用实验进行拓展帮助学生对物理观念认知，通过实验科学探究培养学生对物理知识的应用能力。因此，物理教师应重视实验的科学探究，因地制宜地开发和利用物理实验教学资源，尽量使物理实验教学效果发挥到极致。