任虎虎

摘 要：實驗數(shù)據(jù)處理過程中蘊含著猜想、類比等思維方法和“求真”的科學精神，是發(fā)展學生科學思維能力和提升物理學科核心素養(yǎng)的良好載體，充分利用和挖掘這一環(huán)節(jié)，能達到培養(yǎng)學生關鍵能力的目的。本文通過兩種實驗數(shù)據(jù)處理路徑的實踐和比較，說明良好的學習路徑和過程對于思維能力的培養(yǎng)和看待問題視角的養(yǎng)成的重要性。

關鍵詞：氣體的等溫變化；實驗數(shù)據(jù)；學習路徑；思維能力；視角

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）11-0054-3

物理是一門以實驗為基礎的學科。物理教學離不開實驗探究，但是實驗探究不只是測出實驗數(shù)據(jù)。筆者認為學生從實驗數(shù)據(jù)到自己得出物理規(guī)律才是實驗探究的核心，因為這個過程中蘊含著猜想、類比、建模等物理思維方法和“求真”的科學精神。教學過程中要充分挖掘和利用這一環(huán)節(jié)，發(fā)展學生的科學思維能力和實驗探究能力，提升物理學科核心素養(yǎng)。

1 實驗數(shù)據(jù)的得出

在 “氣體的等溫變化”實驗中，借助DIS實驗平臺，采用分組實驗的形式。保持溫度不變（環(huán)境溫度由溫度傳感器測出：28.8 ℃），實驗中把注射器的活塞向外拉（不易漏氣），測出體積，再通過壓強傳感器測出了多組實驗數(shù)據(jù)。其中一小組同學的實驗數(shù)據(jù)如表1（下文中作圖都以這一組數(shù)據(jù)為例）。

2 兩種數(shù)據(jù)處理路徑

路徑一：

在實驗探究得出數(shù)據(jù)后，課堂上直接讓學生觀察實驗數(shù)據(jù)，計算壓強p和體積V的乘積，然后作圖處理得出實驗結論。

師：請觀察實驗數(shù)據(jù)有什么特點？

生1：在氣體的等溫變化中，體積越大，壓強越?。?/p>

師：壓強p和體積V之間可能會存在什么定量的關系呢？

生2：計算壓強p和體積V的乘積。

師：通過計算發(fā)現(xiàn)什么？

生3：壓強p和體積V的乘積幾乎相等。

師：為了形象、直觀地得出壓強p和體積V的關系，用什么方法處理實驗數(shù)據(jù)？

生4：作圖法。

師：作什么圖像能更好地得出實驗結論呢？

生5：作p-1/V圖像。

學生活動1：利用自己小組得出的實驗數(shù)據(jù)作圖。

利用上述數(shù)據(jù)得出的圖像如圖1所示。

師：大家可以歸納得出什么結論？

生6：一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度不變時，壓強和體積成反比。

師：實驗誤差主要是哪些因素造成的呢？

生7：讀數(shù)，拉活塞時不是很緩慢等。

路徑二：

在這一學習路徑中，設置了以下5個層級：（1）由實驗數(shù)據(jù)作p-V圖像；（2）作p-1/V圖像；（3）對實驗數(shù)據(jù)修正，重新作p-1/V圖像；（4）用不完全歸納法得出實驗結論；（5）實驗誤差分析。

師：由所測的實驗數(shù)據(jù)如何得到p和V之間的具體關系？

生1：可以作圖像。

學生活動1：利用Excel得出上述表中p-V圖像，如圖2所示。

師：由圖像大家可以看出p和V之間是什么關系？

生2：反比函數(shù)。

但是，學生又不是很確定。

師：如何進一步確定p和V之間是不是成反比關系呢？以前有沒有遇到過類似的問題？

生3：可以算p和V的乘積是不是一個常數(shù)。

生4：作p-1/V圖像，看是不是一條過原點的直線。以前作過“a-1/m”圖像。

學生活動2：算p和V的乘積，依次為3030.0、3036.2、3043.8、3045、3050、3055。作p-1/V圖像，如圖1所示。

師： p和V的乘積一直在變大，圖像也沒有完全過原點，這不能認為是偶然誤差。不能放過這一細節(jié)，請看看實驗裝置，找找是什么原因引起的？

生5：壓強傳感器和注射器之間的軟管也有體積，沒有考慮在內(nèi)。

學生活動3：利用游標卡尺測軟管的內(nèi)徑和長度，算出其體積約為0.63 mL（內(nèi)徑約為4 mm，長度約為5 cm），對體積進行修正后，重新作p-1/V圖像，如圖3所示。

師：大家可以歸納得出什么結論？

生6：一定質(zhì)量的理想氣體，在溫度不變時，壓強和體積成反比。

師：實驗誤差主要是哪些因素造成的呢？

生7：讀數(shù)，拉活塞時不是很緩慢等。

3 兩種路徑的對比分析

1.路徑一的優(yōu)缺點

優(yōu)點：大多數(shù)課堂上呈現(xiàn)的是這一學習路徑，一方面它節(jié)省上課時間；另一方面它也能較好地完成教學目標，得到實驗結論。

缺點：首先，這一學習路徑和過程是教師預設的結果，不具有生成和開放性；其次，缺少探究一波三折的過程，不利于培養(yǎng)猜想、類比、建模等科學思維能力。

2.路徑二的優(yōu)缺點

優(yōu)點：首先，這一學習路徑以學生為主體，很好地做到了預設與生成、自主與合作、獨白與對話的統(tǒng)一；其次，開放性的問題和活動，提供發(fā)揮想象力的空間，有助于科學思維能力的培養(yǎng)和看待問題視角的養(yǎng)成。

缺點：耗時，受課堂教學時間的限制。

雖然后者比較耗時，在教學過程中應該采用該種學習路徑。

思維能力和看待問題的視角是學生的關鍵能力，這些能力的培養(yǎng)孕育在學習的路徑和過程中，而不是公式或結論。因此，教學時設計良好的課堂教學結構和“曲徑通幽”的學習過程是落實學科核心素養(yǎng)的關鍵。

參考文獻：

[1]翟小銘，郭玉英，李敏鎬.構建學習進階：本質(zhì)問題與教學實踐策略[J].教育科學，2015（2）：47-51.

[2]郭玉英，姚建欣.基于核心素養(yǎng)學習進階的科學教學設計[J].課程·教材·教法，2016（11）：64-68.

[3]盧煒杰，吳先球，王笑君.三種實驗數(shù)據(jù)處理方法的誤差分析和教學探討[J].物理教學，2013（12）：22-23.

（欄目編輯 王柏廬）endprint