宋懷甫　孫建紋

[摘 要]證據(jù)意識就是根據(jù)證據(jù)來支持自己主張或者反駁他人主張的一種意識。收集證據(jù)、進行證據(jù)分析與評估是培養(yǎng)學生科學探究能力的重要環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)學生證據(jù)意識的可靠路徑。文章以復習“探究電流與電阻的關系”為例，探討在教學中培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，提升學生的科學論證能力。

[關鍵詞]探究電流與電阻的關系;證據(jù)意識;科學論證

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2020）20-0033-03

2018年無錫市中考物理試卷上有這樣的一道實驗題：為了驗證“當導體兩端的電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比”這一規(guī)律，實驗小組的同學們準備的實驗器材有：干電池2節(jié)，滑動變阻器（20 Ω，1 A）、電流表、電壓表、開關各一個，導線若干，5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值電阻。準備把5 Ω、10 Ω、20 Ω的定值電阻分別接入圖1所示電路，測量電流進行探究。有同學提議：既然探究時需要保持電阻兩端的電壓不變，圖1中可以不用連接滑動變阻器和電壓表。他們按照提議分別將三個電阻由小到大接入電路，閉合開關后，讀出電流表示數(shù)分別為0.42 A，0.24 A，0.13 A，發(fā)現(xiàn)無法驗證“當導體兩端電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比”這一規(guī)律。于是他們計劃仍按圖1進行探究，分析測量數(shù)據(jù)后，選定準備加在電阻兩端的電壓值U。為確保完成驗證，則這個電壓值U的范圍為（）。

A. [1.5 V

C. [1.3 V

批閱完中考物理試卷后發(fā)現(xiàn)該題的得分率很低。原因是教師在新課教學“探究電流與電阻的關系”時，由于課堂時間有限，在學生經(jīng)歷了設計實驗與制訂計劃后，直接告訴學生控制電阻兩端的電壓為某個值進行實驗，沒有放手讓學生隨意選擇電壓進行實驗。這樣，學生不會想到電阻兩端的預設電壓不能隨意設置，預設電壓只能在一定的范圍內(nèi)。另外，初中階段一般不考慮電源的內(nèi)電阻，把電源看作是理想電源，這樣學生會認為電源電壓是不變的。在這道實驗題中，把不同的電阻直接接到電源上，電阻兩端的電壓是變化的。怎么才能幫助學生認識到這個問題呢？答案是實驗。讓學生在實驗中獲得證據(jù)形成沖突，進而對證據(jù)進行解釋，才會獲得認識的提升。

物理課程標準對本節(jié)的教學要求是：學生能“通過實驗，探究電流與電壓、電阻的關系，理解歐姆定律”，屬于理解層次。從本章的知識結(jié)構(gòu)來看，學完本章內(nèi)容，在復習階段很有必要再次探究電流與電阻的關系。放手讓學生設計實驗與制訂計劃、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、交流與合作，重點要應用歐姆定律解決學生在實驗中的困惑，即新課教學中遺留的問題?！鞍巡煌碾娮柚苯咏拥诫娫瓷?，電阻兩端的電壓是不是變化的？電阻兩端的預設電壓可以隨意嗎？”就需要基于科學論證能力的培養(yǎng)，對復習課有一個整體的規(guī)劃：基于證據(jù)——科學推理——科學論證。

一、暴露問題形成沖突，培養(yǎng)證據(jù)意識，為提升學生的科學論證能力創(chuàng)造條件

要培養(yǎng)學生的科學論證能力，教師在教學中應重視證據(jù)，讓學生具有證據(jù)意識。在復習“探究電流與電阻的關系”時，教師可以設計問題，按照學生的思維，因勢利導，幫助學生發(fā)現(xiàn)問題形成沖突，在解決沖突的過程中培養(yǎng)證據(jù)意識，進而為提升學生科學論證能力打下基礎。

教師：請同學們思考，我們在探究電流與電阻的關系時，電路如圖2所示，能否用同一個電源，控制電阻兩端的電壓不變，分別把5 Ω、10 Ω和20 Ω的電阻接到電源上，測量出通過電阻的電流？

學生：可以用這個方案，因為同一個電源兩端的電壓是不變的。

教師：請同學們按照這個實驗方案，根據(jù)下列實驗步驟，進行實驗。

實驗步驟：

1.根據(jù)圖2連接好電路;

2.測量出5 Ω電阻兩端的電壓和通過它的電流，并填入表格;

3.分別換用10 Ω和20 Ω的電阻重復上述實驗。

學生進行實驗，教師巡視并收集證據(jù)，如表1。

教師把收集到的數(shù)據(jù)投影到屏幕上，提出問題：分析表格中的實驗數(shù)據(jù)，能否得出電流與電阻的關系？為什么？

學生：分析表格中的數(shù)據(jù)不能得出電流與電阻的關系，因為實驗中沒有控制電阻兩端的電壓一定。

教師：分析表格中的電壓與電阻的關系，你能得到什么結(jié)論？

學生：外電路電阻兩端的電壓隨電阻的增大而增大。

學生會發(fā)現(xiàn)，我們習以為常的“正確答案”在這里被實驗推翻了，這是千真萬確的證據(jù)。

在證據(jù)面前，學生原有的“惰性知識”受到?jīng)_擊，新鮮的“活力知識”獲得論證。正如李政道所說：“實驗可以打敗理論，而理論無法打敗實驗。”培養(yǎng)證據(jù)意識是重要的科學活動，其內(nèi)涵是利用證據(jù)建立科學的理由以支持科學主張。從形式上看，科學論證大體上包括個體內(nèi)的論證和個體間的論證兩類：前者是指個體通過科學推理，利用證據(jù)建立自己的科學主張的過程;后者是指人與人之間通過辯論、爭論等形式對相互對立的主張進行辯駁，從而鞏固個人主張的過程。教師要創(chuàng)造條件，尤其是利用學生“常常認為應該是這樣的”一些感性觀點來制造沖突，然后利用可靠的科學方法來收集證據(jù)，進而通過理性的科學推理來推翻“原來的觀點”，這對培養(yǎng)學生的證據(jù)意識和科學論證能力是特別有效和深刻的。

二、改變條件不斷追問，在解決問題中培養(yǎng)科學論證的能力

復習課不是簡單重復，而是精準提升。要在原有實驗的基礎上，增添新的經(jīng)歷，帶來新的思考，從而提升科學論證的能力。前面有了證據(jù)意識，接下來，我們就在實驗中尋找新問題，基于證據(jù)，在解決問題中培養(yǎng)學生的科學論證能力。

教師：探究電流與電阻的關系時，為了控制電阻兩端的電壓不變，你們準備采取什么措施？

學生：在電路中串聯(lián)一個滑動變阻器，更換電阻后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，控制電阻兩端的電壓不變。

教師：請同學們按照電路（圖3）進行實驗（滑動變阻器的銘牌上標有“20 Ω，2 A”）。

學生進行實驗，教師巡視并收集證據(jù)，如表2。

教師：分析表格中的數(shù)據(jù)，你能得出什么結(jié)論？

學生：導體兩端的電壓一定時，導體中的電流與導體的電阻成反比。

教師：探究電流與電阻關系的實驗過程中，你還遇到了什么困難？

學生：我在實驗中想控制電阻兩端的電壓等于1 V，但是把20 Ω的電阻接入電路，無論怎樣調(diào)節(jié)滑動變阻器，電阻兩端的電壓都不能達到1 V。

教師：探究電流與電阻的關系時，電阻兩端的電壓為什么不能隨意設置？解決這個問題，必須弄清楚：分別用5 Ω、10 Ω和20 Ω的電阻探究電流與電阻的關系時，電阻兩端的預設電壓范圍多大？

教師：電阻兩端的預設電壓最大是多少？當電阻兩端的預設電壓最大時，滑動變阻器兩端的電壓最小，要確保三個電阻都能在預設電壓下完成實驗，把哪個電阻接入電路時，預設電壓最大？

學生：串聯(lián)分壓，滑動變阻器接入電路的電阻最小，所分的電壓最小。把5 Ω的電阻接入電路，滑動變阻器接入電路的電阻最小，此時5 Ω的電阻兩端的電壓就是最大預設電壓，根據(jù)前面的實驗可知，預設電壓的最大值是2.0 V。

教師：把5 Ω的電阻接入電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使電壓表示數(shù)為1 V;取下5 Ω的電阻，把10 Ω的電阻接入電路，閉合開關，滑片P向哪移？取下10 Ω的電阻，把20 Ω的電阻接入電路，閉合開關后滑片P向哪移？若滑片P移到阻值最大處，電壓等于1.4 V，電壓還是大于預設電壓，你的預設電壓最小只能是多少？

學生：每次更換較大的電阻后，滑動變阻器的滑片P都要向阻值增大的方向移動。把20 Ω的電阻接入電路，滑片P移到阻值最大處，預設電壓最小為1.4 V。

教師：哪個電阻接入電路，滑片P移到阻值最大處的電壓就是最小預設電壓？

學生：把最大的電阻接入電路，滑片P移到阻值最大處，此時電阻兩端的電壓就是最小預設電壓。

教師：探究電流與電阻的關系時，要確保三個電阻都能在預設電壓下完成實驗，把哪個電阻接入電路，預設電壓最??？

學生：要確保三個電阻都能在預設電壓下完成實驗，把20 Ω的電阻接入電路，滑動變阻器的滑片移到阻值最大處，此時20 Ω的電阻所分的電壓就是最小電壓。此時外電路的總電阻為40 Ω，根據(jù)外電路電阻兩端的電壓隨電阻的增大而增大，可知40 Ω的電阻所分的電壓大于2.6 V，所以電阻兩端的預設電壓的最小值Umin：[Umin>×2.6 V2=1.3 V]，電阻兩端的預設電壓U范圍為：[1.3 V

開始的推理，實際上是一種內(nèi)在的科學推理。所謂內(nèi)在的科學推理是指學生在證據(jù)與主張之間尋求理由來支持自己的主張的過程，學生通過自己對已有經(jīng)驗與外界信息之間的權衡、評價、批判，最終選擇一個最合理、最能接受的主張。為了提升學生科學論證的能力，我們還需要在解決問題的過程中采用外在推理的方式。外在推理是指人與人之間通過辯論、爭論等形式對相互對立的主張進行辯駁，從而鞏固個人主張的過程。在利用外在推理的過程中，驅(qū)動了學生“尊重證據(jù)，尋找證據(jù)，解釋證據(jù)”的能力提升，進而感受到科學論證的魅力。

三、當堂反饋及時評價，讓學生感受科學論證的價值

教師邀請部分學生解決本文中的2018年無錫市中考物理試卷上的那道實驗題。

學生：閱讀完題目后，我們利用題目中提供的數(shù)據(jù)，可以找到表中的證據(jù)：

從表格中的數(shù)據(jù)可以看出，外電路的電阻越大，所分的電壓越大。要確保三個電阻都能在預設電壓下完成實驗，如圖1，把5 Ω的電阻接入電路，滑動變阻器接入電路的電阻為零，此時電阻兩端的電壓為2.1 V就是最大預設電壓。把20 Ω的電阻接入電路，如圖1，滑動變阻器接入電路的電阻最大為20 Ω，此時電阻兩端的預設電壓最小。這樣外電路的總電阻為40 Ω，外電路兩端的總電壓大于2.6 V，預設電壓的最小值為Umin：[Umin>×2.6 V2=1.3 V]，所以預設電壓U的取值范圍為：[1.3 V

科學推理論證是科學思維的重要組成部分，我們從課程標準中可以看到科學思維的五個水平等級，都對科學推理論證提出了要求。水平1，要求能對常見的物理現(xiàn)象進行簡單分析;水平2，要求針對比較簡單的物理現(xiàn)象進行分析推理，得到結(jié)論，并利用簡單直接的證據(jù)闡述自己的觀點;水平3，要求能對常見的物理現(xiàn)象進行分析推理解釋并得到結(jié)論，利用證據(jù)闡釋自己的觀點;水平4，要求能對綜合性物理問題進行分析推理，解釋并得到結(jié)論，并且能夠證明得到的結(jié)論是正確的;水平5，要求能在新情景中對綜合性物理問題進行分析推理、解釋并得到結(jié)論，并且能夠在證明過程中，考慮到證據(jù)的可靠性并合理地選用?？梢姡u價學生的科學論證能力，需要在實際碰到的新情景中去評價。學生在此過程中品嘗到科學論證的價值，激發(fā)他們對論證的興趣。實際教學中，通過對學生評價效果的分析，我們發(fā)現(xiàn)80%的學生都達到水平2，有40%的學生達到了水平4，也有20%的學生達到了水平5。

綜上所述，在物理課堂教學中，為了培養(yǎng)學生的科學論證能力，教師有時要利用學生的“迷思概念”設下陷阱，先讓學生陷進去;然后利用收集到的證據(jù)，幫助學生深層次地反思，走出困惑，進而提升學生的科學論證能力。能夠科學論證，愿意科學論證，樂于科學論證，這就是每一節(jié)物理課希望達成的理想愿景。

（責任編輯 易志毅）