將科學論證過程融入教學的案例

王蔚　袁雪平

[摘? ? ? ? ? ?要]? 將科學論證過程融入五年制高職物理課堂中，可提升學生的科學思維。在“自由落體運動”教學中，將傳統的演示實驗教學重新進行教學設計，加入學生設計實驗方案的過程，學生觀察實驗，開展論證，同時要求學生課后完成探究報告，并開展學生互評等過程，引導學生體驗科學論證的過程，培養學生的核心素養。

[關? ? 鍵? ?詞]? 五年制高職;物理;論證教育;科學思維

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）36-0150-02

近年來，五年制高等職業教育普遍重視學生核心素養的培養。通過教學改革，重點是加強對學生能力、性格和價值觀的培養，以滿足學生的終身發展和未來的社會需求。作為五年制高職的基礎學科，物理學在培養學生的科學素養中起著非常重要的作用?？茖W思維是物理核心素養的重要方面。在物理教學中，教師應使學生敢于求真質疑、尊重證據、嚴格的科學態度，同時培養學生運用科學思維方法解決實際問題的能力。筆者在五年制高職物理教學中進行了一些實踐，重點加強了學生科學論證能力的培養。

本文以自由落體運動探究為主線進行論證式教學重構，包括指導學生設計實驗方案，完成實驗，收集實驗數據，分組匯報結果。同時，要求學生課后寫探究報告，進行互相評價，引導學生參與體驗科學論證的過程，激發學生理性思考物理現象，培養學生的科學思維。

一、情景引入，提出問題

教師演示：將小金屬球和紙片舉高，同時釋放，金屬球和紙片從靜止開始下落?？梢钥吹?，金屬球先落地，紙片后落地。教師介紹亞里士多德的觀點：“重的物體比輕的物體下落得快?！蔽矬w下落的過程有沒有一定的規律可循呢？要求學生扮演科學家身份完成一個課題——“探究自由落體運動”。

教師：影響物體下落速度的可能因素有哪些？質量、形狀、體積？你能證明你的觀點嗎？

二、分組初步實驗探究

提示課堂中可以使用的實驗器材，硬幣（若干一元和五角）、紙片、羽毛、膠帶紙。按教師事先準備好的提示模板，進行實驗方法設計，討論。每組用白板展示實驗方案、觀察到的現象和結論。

現象和結論1：同時釋放一枚一元硬幣和一個與硬幣面積相同的紙片，硬幣和紙片從同一高度開始下落，可以觀察到硬幣比紙片下落得快，說明質量大的物體下落得快。

現象與結論1：1元硬幣與一張紙片同時下落，紙片面積與硬幣相同?？梢钥闯?，硬幣比紙下落得快，這說明重的物體下落得快。

現象和結論2：取兩張相同的紙片，將其中一張團成小紙球，讓紙片和紙球從相同的高度同時釋放，可以看出紙球的下落速度比紙片快，說明相同質量形狀較小的物體下落得快。

現象和結論3：當1元硬幣和5角硬幣同時從同一高度釋放時，可以看到它們下落的速度是一樣的，這表明不同質量的物體下落的速度是一樣的。

三、初步論證歸納：影響物體下落快慢的因素究竟是什么

指導學生閱讀課本伽利略的“兩難推理”，了解“歸謬”論證法。伽利略設想把大石頭和小石頭連成一體，運用亞里士多德的論斷作為前提，來推理這個連體的下落速度，得出自相矛盾的結論，故亞里士多德“重的物體比輕的物體下落得快”的論斷是錯誤的。

教師實驗演示“牛頓管”的實驗。將牛頓管的閥門打開，迅速倒置，看到小鐵片比羽毛先落到管底。將牛頓管抽氣后關閉閥門，迅速倒置，看到小鐵片和羽毛，幾乎同時落到管底。

啟發學生得出結論：空氣阻力是影響落體運動速度的主要因素，如果沒有空氣阻力，只在重力作用下，那么，不同質量的物體下落快慢是相同的。

四、資料學習

引導學生閱讀課本上關于自由落體運動的定義和特點，使學生了解什么樣的運動稱為自由落體運動。需要滿足兩個條件：一是初速度為零;二是只受重力作用，不受阻力作用。

資料：物理探究小組進行自由落體運動實驗時，用相機頻閃模式拍得兩張照片A和B，教師向學生展示照片，照片A拍攝的是質量相同的紙片和紙團從同一高度下落，照片B拍攝的是體積相等的鉛球和木球從同一高度下落，引導學生討論照片中觀察到的現象。

教師：引導學生思考什么樣的物體可以看成自由落體：

地球表面附近有大氣層，當一個物體從高處落下時，它會受到空氣阻力。因此，嚴格地說，在現實生活中，只受重力的自由落體運動是不存在的。

如果一個物體下落時，所受的阻力和重力小得多，它的下落就可以看作是自由下落。例如，固體金屬球、硬幣、小石頭等，在其運動速度較小的情況下，可以忽略空氣阻力的影響，將其自由落體視為自由落體運動。

但如果它們從很高的地方開始下落，情況就不同了。當它們的速度增大到一定程度時，空氣阻力就不能忽視了，所以它們運動的整個過程就不能被認為是自由落體。

對于其他物體，如紙、棉花、羽毛等，從空中落下時，與重力相比，空氣阻力的作用太大，不容忽視，其運動不能視為自由落體。

五、論證自由落體運動的規律是勻加速直線運動，估算自由落體加速度

教師：自由下落的物體位置的變化很快，憑眼睛觀察記錄難以準確。其實，用數碼相機連拍功能可以記錄重物的下落過程。實驗中使用的照相具有運動連拍模式或多次曝光模式（要求每秒10楨以上）?？蓪⒔饘偾蛑糜谝粋€高2米的刻度尺前自由下落，連續多次拍攝質量不等的3個小金屬球的自由下落的過程。

引導學生分組實驗，并將實驗結果討論分析，提示學生注意觀察運動的軌跡、關注速度與時間的關系、位移與時間的關系、誤差原因等要素。得出自由落體運動的規律，要求學生在每個組的白板上，寫出觀察和分析的結果。下圖為某組學生使用相機連拍功能的小球的自由落體圖片。

結論1：自由落體運動的軌跡是一直線。

結論2：重物做自由落體運動的過程中，其速度越來越大。

結論3：位移與時間平方成正比。

結論4：影響實驗精確度的因素主要是阻力。

實驗探究結果：自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

師：介紹自由落體儀，然后測量數據（演示實驗）。

結論1：自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

結論2：在同一地點，一切物體在自由落體運動中的加速度都相同。

結論3：自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。

六、就學生分組探究的部分進行反思與交流

討論：在現實資料中顯示，雨滴大約在1.5 km左右的高空形成并開始下落，計算一下，若該雨滴做自由落體運動，到達地面時的速度是多大？遇到過這樣快速的雨滴嗎？據資料顯示，落到地面的雨滴速度一般不超過8 m/s。為什么它們的差別會這么大？

七、完成科學探究報告

將科學研究報告的模板發放給學生，要求學生課后，按模板完成研究報告，要求報告中應包括探究目的、探究方法，科學論證過程以及探究的結論。完成科學探究報告的目的，是幫助學生更加深入理解論證過程與論證方法。

八、同行評議階段

報告完成之后組織進行同行評審，學生分享和批判其他同學的論證過程，按教師提供的評分標準進行評價。評審階段也是科學論證的一部分，讓學生進行角色扮演，模仿科學家基于評分標準為其他同學提供評價反饋，確定同行研究報告中的優點和不足，提出合理的改進建議。

九、修改報告

最后，學生根據同學的反饋和評分修改報告，提交給老師。

科學思維是科學素養的重要組成部分。將科學論證過程合理地融入物理教學中，可以培養學生的科學思維，提高學生的核心素養。

參考文獻：

[1]張春麗，袁光秀.提升學生科學論證能力的課堂教學實踐案例[J].物理教學探討2018，36（9）：4-7.

[2]馬亞鵬，伏雅潔.科學論證取向的高中物理歐姆定律教學研究[J].中學物理教學參考，2019，48（3）：8-11.

[3]鄭穎，梁平，張軍朋.高中物理科學論證能力的內涵及其認知表現層次[J].物理教師，2018，39（5）：6-9.

[4]張春麗，陳穎.關于高中物理實施“科學論證教學”的調研與思考[J]，物理教師，2018，39（5）：2-9.

◎編輯 張 慧