以“探究滑動磨擦力的大小跟什么誘因有關”實驗為例
摘要：科學探究能力是數學學科核心素質的重要誘因，化學實驗教學是培養中學生科學探究能力重要途徑。中學中學生因為身心發展特征還沒有產生較強的化學觀念，科學思維能力也較弱，因而中學化學實驗教學須要在迸發和保持中學生探究興趣、合理的設計實驗探究過程操作難度、保證充足的實驗探究時間、注重中學生過程體驗等培養科學探究能力策略
關鍵詞：科學探究能力；化學實驗教學；策略
在當前的數學教學中，培養中學生的數學核心素質無疑是最大的亮點。中學生的數學核心素質主要包括：數學觀念、科學思維、科學探究、科學心態與責任四個要素。就數學教學過程看，化學實驗教學在培養中學生科學探究能力方面起到不可取代的作用，因而，作為小學數學班主任要明晰化學實驗教學的重要性。
一、科學探究能力
“科學探究能力是指以科學思維為核心、包含若干關鍵要素的問題解決過程。這個過程包括：提出數學問題，產生猜測與假定，設計探究活動，獲取和處理信息，基于證據得出推論并做出解釋，以及對實驗探究過程和結果進行交流、評估、反思等要素，并根據問題情景的不同而具有一定的靈活性”北京師范學院化學學郭玉英院長這樣給科學探究能力定義。
《義務教育數學課程標準(2011)》在課程理念中提出“注重采用探究式教學方式，讓中學生經歷探究過程，學習科學探究方式，培養其創新精神和實踐能力”。
由此可見，科學探究能力重視的是“實驗和實踐”。但傳統的中學化學實驗教學受困于教學時間和中學生能力的問題，通常都是趨于于方式化，尤其在應試教育的當前數學教學，基本上的流程就是：老師演示、學生模仿、老師總結實驗推論。甚至還有以講實驗替代中學生實驗的現象，這種化學實驗教學方法很難培養中學生的科學探究能力。
怎么能夠有效借助化學實驗教學來培養中學生的科學探究能力呢？
二、初中中學生在科學探究能力上存在的問題
1.中學中學生還沒有完善數學觀念。
主要彰顯在提出問題環節，不能發覺或則提出合理的數學問題，生活中的前概念或則習慣讓中學生難以發覺問題。例如引入磨擦力的大小時，讓中學生體驗了兩個活動(如圖1)，之后讓中學生思索能不能發覺哪些數學問題，普遍中學生說不下來。
她們不會從機械運動和力關系方面進行思索，或則說沒有數學觀念，只能按照自己的直覺、經驗來思索。
2.中學中學生科學思維能力較弱
科學思維能力是運用數學知識和辦法解決數學問題的必備能力。中學中學生局限于她們的成長特性，難以進行嚴謹和科學的推理以及設計。
例如在設計“探究滑動磨擦力的大小跟什么誘因有關”的環節，通過上面的引導和剖析，中學生早已曉得了磨擦力的大小跟壓力大小和接觸面的粗糙程有關，至于怎樣科學地設計探究實驗還是未能獨立完成。
3.中學中學生獲取和處理信息能力較弱
因為中學生對實驗的目的理解不深，常常只是機械的模仿班主任所演示的操作過程，至于要從實驗過程獲得什么有用的信息并記錄出來，更不曉得用哪些方式去處理那些信息，造成實驗教學目的難以達成。
例如本實驗過程中要求中學生一邊水平勻速直線帶動鐵塊運動，同時還要記錄彈簧測力計的示數，常常中學生做下來只是竭力的完成勻速帶動過程而沒有記錄數據，再重復實驗時認真讀數，常常又忽視勻速直線運動這一要素。最后雖然勉強把老師所給表格的數據填好，等老師來講如何進行數據處理。
三、通過化學實驗教學培養中學生科學探究能力的策略
1.充分迸發并保持中學生進行科學探究的興趣
興趣是最好的老師，只有當中學生對所探究的問題有了探究的興趣，就能迸發出中學生進行科學探究的欲望。
在引入“探究滑動磨擦力的大小跟什么誘因有關“實驗時，設計了一個小游戲，我打算了一個裝滿水的飲料瓶，置于一盆香皂液中，請中學生來試，看誰能用一只手把酒壺撈下來，并給獎勵。中學生紛紛上來試，氛圍挺好，中學生的興趣也很濃烈，最后提出一個問題：為何這個杯子很難撈下來？
然而從實踐中來看，中學生此時所形成的興趣不足以維持她們進行接出來要做的實驗，假如馬上就步入實驗環節，中學生的興趣也會很快消失，于是我再設計了一個全體中學生都能自己體驗的小活動。先讓中學生把手按在課桌面上，使勁下壓，往前推進手指，讓中學生體驗到磨擦力的存在(磨擦力的概念后面早已學到)，再觀察手上的胸肌形狀變化情況，從力能使物體形狀發生改變上，進一步認識磨擦力的存在。之后用同樣方式再讓中學生減小壓力，再度覺得和觀察，最后給中學生桌面上滴一滴洗潔精，再用朋友的體會一下。此時有中學生早已猜測到磨擦力的大小應當跟壓力大小和接觸面的粗糙程有關系，再借助小組討論的形式讓每位中學生都產生共識。
最后再掏出我事先打算好的小字條，演示一個小實驗，如圖2所示，用夾在書中的字條漸漸帶動書在桌面上聯通，再逐步把書降低，試一試可以帶動幾本書而字條不斷，同樣在玻璃板上試一次。設計這個實驗的目的一方面是更進一步讓中學生確認確實壓力大小和接觸面的粗糙程度會影響磨擦力的大小，同時也隱藏著為接出來引導中學生設計實驗做鋪墊。
以上的引入設計從中學生生活入手，再逐步把中學生的注意力引向本次實驗教學的目的，層層深入，目標逐漸清晰，增加了中學生思索難度，迸發并保持中學生進行科學探究的興趣。
2.通過合理設計，也減少中學生實驗操作的難度
中學生進行實驗探究的目的是通過實驗來學習數學，經歷探究過程探究二力平衡實驗反思，思維過程，培養科學探究能力，之后在探究過程中建立數學觀念，由此而提高數學學科核心素質。
高中中學生的設計和動手探究能力都有限，所以在進行實驗探究時，重點是給中學生滲透科學思想、方法，培養科學探究能力。因而在實驗教學中以下幾個方面須要注意。
第一：要充分注重實驗設計環節
通過小組討論、老師的合理引導讓中學生認識到為何要進行這個探究實驗？應當如何能夠完成探究活動？須要在探究活動中獲得什么信息等等。
在本次實驗學生很快討論完并告訴我：這個實驗須要探究磨擦力和壓力大小、接觸面的粗糙程度是否有關。之后我設計一系列的問題：
問題1：如何檢測磨擦力？(后面早已學過，目的是加強)
問題2：磨擦力既跟壓力大小有關，也跟接觸面的粗糙程度有關，要如何探究才科學合理？
問題3：如何改變壓力大小？要做幾次？為何？
問題4：如何改變接觸面的粗糙程度？要做幾次？為何？
問題5：實驗中要觀察哪些現象？要記錄哪些數據？如何記錄？
問題6：最后如何剖析數據能夠得出推論？
只有當中學生全部消化這種問題以后，才算是對這個實驗有了真正的理解，能夠達成培養科學探究能力的目的。
第二：合理設計教學，增加實驗操作的難度
本次實驗中最大難度是拉鐵塊運動時要做到勻速直線，對于中學生來講很難做到，常常等鐵塊靜止時讀數。按照中學的器材，我把實驗器材稍做改動(如圖3)，改過以后，稍容易操作，實驗療效好了好多。
其次我把實驗借助任務卡的讓中學生完成，未完成一項任務后，再發放下一項的任務卡。
任務一：合理推測滑動磨擦力的大小跟什么誘因有關，并給出理由。
任務二：設計一個探究滑動磨擦力大小實驗方案。
任務三：選擇器材。
任務四：探究滑動磨擦力的大小跟壓力大小的關系。
任務五：探究滑動磨擦力的大小跟接觸面的粗糙程度的關系。
任務六：剖析處理所記錄的數據。
任務七：總結歸納。
通過這些方法，分解了整個實驗探究過程，從中學生角度看，完成一項任務才能體驗到成功樂趣，也照料到了中學生之間的差別，同時也迸發她們進一步探究的意識，讓她們能更積極主動的參與到探究過程中。
第三：不要過于指出考試的考點
我們傳統的實驗方式如圖4中甲，但外出聽課常常可以看見老師們會掏出圖4中乙，甚至丙的實驗方式，很顯著就是把考試的考點強硬的加進來，表面上看上去可能中學生懂了探究二力平衡實驗反思，實際上療效還是要打個大問號。教材經過這么多次更改，為何傳統的實驗方式依舊保留？自然有其中的道理。比如在圖4乙中，想要弄明白為何要采用這些方式要用到：二力平衡的知識、相對運動的知識、作用力與反斥力的知識，丙圖中還要用到定滑輪的知識，除了那些知識還沒有學過，雖然學過要應用這種知識解決這個問題，一節課的時間都不夠。
對于高中中學生，要想能保持她們科學探究的興趣，必須基于她們的能力來設計和進行實驗，引導中學生自己發覺、提出、探究解決問題，指出中學生的親身體驗過程，真研究。盡管傳統實驗方式可能偏差較大，但簡單、直觀、易操作，容易激勵中學生參與到這個探究活動中來，只有這樣就能把學生的科學探究能力培養落到實處。
3.給中學生充足的探究實驗時間
對于小學中學生，從猜測與假定到最后的評估與交流各個環節都要留給中學生充足的思索、活動時間，否則沒有經過思想的探究都是輕浮的。中學生被老師牽著走馬觀花，漸漸喪失興趣，也喪失了數學探究實驗應有的功能。倘若能保證中學生充分經歷實驗、體會到本實驗的科學思想方式，這么她們的數學觀念會在實驗探究過程產生，科學探究能力素質就會漸漸提高。
4.尊重中學生的個體差別，重視過程評價
化學實驗教學的目的是通過參與，讓中學生感受化學規律的是怎樣通過實驗研究，怎么搜集、處理信息。因而學會在生活中去發覺、處理問題的方式和能力，使自己的核心素質建構上去。不同的中學生，通過實驗探究體驗，達到了數學觀念、科學思維能力的提高、科學探究能力的提升，實驗教學的目的也就達到了。
四、結束語
科學探究能力培養似乎不局限于化學實驗教學，但化學實驗教學是培養中學生科學探究能力最主要的陣地。作為老師首先要理解化學實驗教學的功能，它并不是由于考試占的分數多才重要；其次老師也要深入研究每位化學實驗的原理和本質，設計出更能迸發和保持中學生探究興趣、培養中學生科學探究能力的教學方案。有了以上的認識，化學實驗教學能夠實現從考點教學轉移到科學探究能力培養，落實數學學科核心素質的培養上來。
參考文獻：
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[2]郭玉英，姚建欣，張玉峰.基于中學生核心素質的數學學科能力研究[M]，上海師范學院出版社，2017年9月
[3]彭前程.談對“學生發展核心素質及化學學科核心素質”的理解[J].小學數學教學參考,2017,46(19):1-4.
