黃巧曦 柯曉露

（1.福州第十中學，福建 福州 350011；2.福建教育學院，福建 福州 350025）

《普通高中物理課程標準（2017 年版）》將科學論證作為科學思維的一個重要構成要素，在課程目標、學業(yè)質量水平中對基于科學論證的物理教學提出了明確的要求。［1］科學論證既是物理課程中的重要內容和學習方式，也是物理教學中的重要教學目標，要求學生具備科學論證的意識和能力。［2］因此基于科學論證能力培養(yǎng)的物理課堂教學顯得尤為重要。筆者從學生科學論證能力的行為表現(xiàn)展開研究，并以變壓器的教學為例，探討如何在課堂教學中有計劃地針對學生科學論證能力的行為表現(xiàn)進行培養(yǎng)，以發(fā)展學生科學論證能力。

一、課堂教學中學生科學論證能力的行為表現(xiàn)

物理課程標準對高中階段學生科學論證水平，重點從證據(jù)的收集、分析、解釋和使用方面進行發(fā)展和提升。［1］學生獲得物理知識和能力的主要場所是課堂，在教學中將科學論證活動引入課堂，引導學生經歷類似科學家的論證過程，以發(fā)展學生的科學思維能力。

物理科學論證活動，是指學生基于物理問題情境，依據(jù)現(xiàn)有證據(jù)，通過合理推理，支持正確觀點或反駁相異觀點所必須的、穩(wěn)定的心理特征。［3］在課堂教學中科學論證的具體行為表現(xiàn)是：

1.提出觀點。學生基于物理問題情境，對所研究的科學問題進行預測、判斷或解釋等。

2.尋找事實證據(jù)。學生能對自己提出的觀點，尋找對應的物理知識，包括物理模型、概念與規(guī)律等。

3.展開邏輯推理。學生能用理論演繹或實驗歸納的方式，厘清觀點和事實證據(jù)之間的邏輯關系。

4.合理反駁。學生能恰當、合理地運用物理知識，解釋自己的觀點或對他人觀點的證據(jù)或推理過程進行質疑和批判。［4］

在此，提出觀點是科學論證能力培育的起點；尋找證據(jù)是運用所學知識對所提觀點的支撐；邏輯推理亦稱演繹推理，從一般性的電磁感應規(guī)律出發(fā)，通過推導得出變壓器的個體規(guī)律；合理反駁是在自己推理論證的基礎上大膽質疑、批判他人的觀點，同時在進一步的論證中修正完善自己的觀點。這四種行為之間是環(huán)環(huán)相扣、相輔相成的，其中提出觀點需要教師平時多加鼓勵引導，邏輯推理是學生的薄弱環(huán)節(jié)，教學中應重點培育。

二、課堂教學中學生科學論證能力的培育方法

科學論證是學生利用事實證據(jù)、理論知識以及邏輯推理，對觀點進行解釋、證實或反駁的實踐活動，如何在課堂教學過程中讓學生學習經歷科學論證的過程，培養(yǎng)學生的科學論證能力呢？下面以《變壓器》教學為例，闡述培養(yǎng)學生科學論證能力的具體方法。

1.創(chuàng)設物理問題情境，培養(yǎng)提出觀點的能力

創(chuàng)設基于物理問題的教學情境，提出物理觀點是科學論證的起點，而提出的“物理觀點”又必須有一定的“事實證據(jù)”作為支撐，所以教學中要培養(yǎng)“基于證據(jù)提出觀點”的科學論證能力。

本節(jié)課的教學可以針對“變壓器的結構”特點，創(chuàng)設一系列的問題情境，提出相應的物理問題，以此激發(fā)并鼓勵學生大膽提出自己的觀點。

教師拿著一只空心螺線管提出問題：根據(jù)所學知識，給這個線圈通以電流，那么這個線圈就能產生一個磁場。如果保持線圈的匝數(shù)和電流不變，如何增強磁場的強度？

學生提出觀點：可以插入一根鐵芯。

教師指著A、B 兩個帶鐵芯的線圈（圖1）問：若給A線圈通電，B 線圈中會產生感應電動勢嗎？

圖1

學生提出觀點：會產生感應電動勢；不會產生；不一定等觀點。

在學生回答基礎上教師繼續(xù)提出問題：現(xiàn)在我們讓A 線圈接上交流電源，把小燈泡接在B 線圈的兩端（圖2），接通電源后小燈泡會發(fā)光嗎？學生提出觀點：會發(fā)光；不一定會發(fā)光等觀點。

圖2

課堂上不斷提出針對性強的問題，就能有效促進學生提出自己的觀點，長此以往也就發(fā)展了學生提出觀點的能力。

2.基于所學物理知識，培養(yǎng)尋找事實證據(jù)的能力

學生在課堂上面對物理問題情境，提出觀點需要所學知識的支持。在提出觀點后更需要基于所學知識對所提觀點進行科學合理的解釋。在“變壓器”這節(jié)課中，學生對前面所提出的觀點，基本上能夠從事實中尋找證據(jù)，運用所學知識作出合理的解釋。比如：

面對教師提問：保持線圈的匝數(shù)和電流不變，如何增強磁場的強度？

學生能回答：可以插入一根鐵芯。并作出“是因為鐵芯被線圈中的磁場磁化了，磁化后的鐵芯產生的磁場大大增強了這個通電螺線管中的磁場強度”的解釋。

面對教師提問：在給圖1 線圈A 通電時，線圈B 中會產生感應電動勢嗎？

學生1 回答：會的。并作出“在通電的瞬間或B 線圈靠近A 線圈的過程中，穿過B 線圈的磁通量發(fā)生了改變，因此在B 線圈中就會產生感應電動勢”的解釋。

學生2 回答：如果是給A 線圈通以交變電流，A 線圈所產生的磁場也就是交變磁場，那么穿過B 線圈的磁通量也就隨時間發(fā)生改變，進而在B 線圈產生感應電動勢。

面對教師提問：線圈A 接交流電源時，連接在線圈B 上的小燈泡會發(fā)光嗎？

學生3 回答：會發(fā)光。并作出“因為A 線圈中變化的磁場穿過了A 線圈的同時也穿過B 線圈，B 線圈的閉合回路中就會產生電流，燈泡就可以發(fā)光”的解釋。

學生4 回答：不一定會發(fā)光。并提出自己的觀點和依據(jù)“穿過B 線圈的磁感線是很有限的，產生的感應電動勢太低，也就是磁通變化率太小”。

學生5 也接著提出觀點：要讓小燈泡發(fā)光，就要提高B 線圈的磁通變化率。

教師在學生回答基礎上遞進設問：有沒有辦法提高磁通變化率呢？

學生7 提出了自己的觀點和依據(jù)：可以把這兩個線圈的鐵芯連接起來，那么A 線圈產生的磁感線就可能會更多地穿過B 線圈，線圈B 產生的電動勢就提高了。

教師按照學生的觀點進行實驗驗證：我們嘗試實驗一下，將鐵芯緩慢地由不閉合到閉合過程中，觀察燈泡的亮度變化。如圖3 所示。

圖3

接著教師繼續(xù)提問：大家認為鐵芯的作用是什么呢？

學生8 提出觀點：鐵芯的作用就是導磁，把原線圈產生的磁感線盡可能多的束縛在鐵芯內，從而盡可能多地穿過副線圈。

教師進行小結：只要在一個閉合的鐵芯上，繞上兩個線圈，就組成了一個簡單的變壓器。

以上教學中，筆者沒有直接呈現(xiàn)變壓器的構造，而是以學生熟悉的線圈產生磁場為問題情境，引導學生對所研究的科學問題進行預測、判斷或解釋，并利用原有的知識經驗尋求支持自己“觀點”的“事實證據(jù)”，從而生長新的知識經驗。顯然，學生在解決這一問題的過程中，自然而然地提高了基于“事實證據(jù)”進而提出“觀點”的科學論證能力。

3.精心設計遞進問題，培養(yǎng)邏輯推理的能力

科學的邏輯推理是科學論證的核心。在課堂教學中，要利用已有的物理知識，用理論演繹或實驗歸納的方式，找出現(xiàn)象和觀點之間形成合乎邏輯的科學解釋，并在同學中進行交流和接受檢驗。［4］

教學片段之“理論推導理想變壓器的基本規(guī)律”

師：所謂的“理想”，一是指“無漏磁”，二是“無能耗”。如果無漏磁，那原、副線圈的磁通量、磁通變化量、磁通變化率是否相同？

生1：“無漏磁”——原線圈產生的磁感線全部都能導到副線圈中，使得穿過副線圈的磁通量等于原線圈產生的磁通量。有φ2=φ1。

原線圈的磁通量變化時，副線圈的磁通量也隨之改變，有△φ2=△φ1

師：那原線圈的自感電動勢與副線圈的感應電動勢的比值有什么關系？

生2：根據(jù)法拉第電磁感應定律E=可知，是一匝線圈產生的電動勢

師：那原、副線圈兩段的電壓之比與匝數(shù)有什么關系？需要“理想變壓器”的哪一個“理想”角度分析？

生3：從“無能耗”角度分析，因為線圈是銅線，如果銅線電阻可忽略不計，即線圈內電阻r1=0、r2=0。由于線圈的內電阻為零，其內電壓為零，線圈的兩端電壓也就等于電動勢，有U1=E1、U2=E2，因此得到

師：不計銅線內阻是指“無銅損”，“無能耗”的另一方面是無“鐵銅損”，指變壓器的鐵芯內的渦流損耗可忽略不計。由于“理想變壓器”的自身無能量損耗，那通過原、副線圈的電流與匝數(shù)有什么關系？

生4：由于無能耗，原線圈與從電網獲得的電功率就等于副線圈對外做功的功率，即P1=P2，而P1=I1U1、P2=I2U2，因此得到

師：我們抓住“理想變壓器”的理想化條件，一環(huán)緊扣一環(huán)的展開邏輯推理，得出變壓器的基本規(guī)律。下面我們一起通過實驗來驗證一下變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)之間的關系。

以上教學中，對理想變壓器的規(guī)律推導過程進行了拆分和改進，基于邏輯認識的逐步深入，通過精心設置四個遞進式的問題，分層論證，以此來展開我們的教學。只有親歷了這樣逐步深入的推理論證過程，才能使學生更加充分地體驗到科學思維的美妙，提升科學論證的能力。［5］

4.適時引導論證的方向，培養(yǎng)合理反駁能力

以往的課堂教學中，學生習慣于觀點，缺乏質疑、挑戰(zhàn)的意愿。因此在課堂教學中，一方面要鼓勵學生提出觀點，另一方面要引導學生運用物理知識從證據(jù)可靠性、合理性、適用性等方面質疑、批判別人的觀點，同時在論證中也修正自己的觀點，從而培養(yǎng)合理反駁的科學論證能力。

教學片段之“變壓器的引入”

師：這里有一只標稱為“6V 0.3A”的小燈泡，可以直接接到220V 的照明電路上嗎？怎樣才能讓這只小燈泡正常發(fā)光呢？

生1：用“串聯(lián)分壓”的知識，將小燈泡與一只電阻串聯(lián)起來，再接到220V 電路上，小燈泡就可能正常發(fā)光。

師：按照大家的方法，需要串聯(lián)的分壓電阻的阻值應該是多大？小燈泡消耗的電功率和電路總功率分別是多少？

生2：分壓電阻的阻值：R=小燈泡消耗的電功率：PL=6×0.3=1.8W 電路消耗的總電功率：P總=220×0.3=66W。

師：大家對這種方法贊同嗎？

生3：在這種情況下采用電阻“串聯(lián)分壓”方式進行供電，在消耗66W 電功率中，64.2W 都被浪費了，用于小燈泡發(fā)光的只占2.7%。因此是不科學、不劃算的。

在教學中，筆者以具體的“如何讓‘6V 0.3A’的小燈泡直接接到照明電路中正常發(fā)光？”的物理問題為切入點，讓學生基于經驗提出“串聯(lián)分壓”的觀點。缺乏實際生活經驗的學生很難自主質疑，因此，筆者在教學中引導學生從能量的角度進一步論證，“逼迫”學生“想方設法”來論證原來觀點是否正確，并由此進入到更深一層次的論證中，同時修正自己的觀點［5］，培養(yǎng)了合理反駁的論證能力。

三、結語

通過具體科學論證能力培養(yǎng)的教學實踐，教師應將科學論證作為一種教學理念滲透到日常教學中，結合教學內容的特點，從科學論證的行為表現(xiàn)出發(fā)，創(chuàng)設問題情境，設計合理的科學論證活動，培養(yǎng)學生的科學論證能力。

1.親歷論證過程，養(yǎng)成科學論證的習慣

教材中呈現(xiàn)給學生的物理知識基本上都是科學家經過研究后的成果，而科學的進步是科學家們不斷進行養(yǎng)的結果。在課堂教學中，基于問題情境，讓學生在精心設計科學論證的活動中：基于問題，表達對問題的認識，結合個人的生活經驗及觀察到現(xiàn)象或事實進行詮釋，用邏輯推理印證自己的科學認識，同時深入思考他人觀點與自己觀點的理論依據(jù)。讓學生不斷親歷科學論證的這一過程，有助于養(yǎng)成科學論證的習慣，培育學科核心素養(yǎng)。

2.提供論證思路，掌握科學論證的方法

科學論證是科學思維的重要方法，方法的培養(yǎng)離不開知識的學習，知識的學習和理解促進方法的運用。知識的學習是顯性的，而方法的學習是隱性的，學生的一些行為反映了思維的過程，但學生并不一定能夠清楚地認識到這些行為背后的思維行為。［6］在教學中，教師可以以情境為載體，用問題串方式，引導學生進行觀點、事實、證據(jù)、推理、反駁等一系列論證行為，在促進學生思考的同時，逐步加深學生對科學論證方法的掌握。

3.加強邏輯推理，提升科學論證的能力

科學推理是科學論證的核心。學生在科學論證活動中，需要表達自己的觀點是否合理、事實證據(jù)是否可靠、解釋理由是否充分、物理知識應用是否準確等等，都要科學推理做支撐。在教學中，通過設計遞進式的問題，引導學生不僅要提出可靠的事實證據(jù)，更重要的是演繹事實證據(jù)和觀點之間的演繹推理或實驗歸納的過程，推動學生的科學思維向更高層次發(fā)展。特別是反駁的過程，對學生思維的全面性、嚴謹性以及推理的邏輯性都提出了更高的要求。［6］通過邏輯推理的過程，使科學論證更深入的同時，大大提升學生的科學論證能力。