工程思维助力科学素养提升

张银华

思维的本质是一种认识活动。从唯物主义辩证观来看，人类的认识是客观见之于主观的一种活动，客观与主观之间的联系则是通过实践建立起来的。人的思维活动与实践活动又是密切联系在一起的，有什么样的实践方式，就有相对应的思维方式。所以，人类改造自然界、构建人工自然的活动，就自然形成了工程实践，也对应形成了工程思维。

在实际的物理教学中，教师要借助工程思维，帮助学生树立物理观念、提高科学素养；要通过实验探究，帮助学生增强实践意识、养成严谨的科学态度。现以初中滑动摩擦力知识教学、焦耳定律演示实验为例，交流自己的教学心得。

（一）借助工程思维，开展实验探究，提高学生创造性，提高科学素养

1.梳理学习滑动摩擦力知识点后存在的疑惑

课本上的滑动摩擦力实验，只探究了滑动摩擦力的两个影响因素：压力和接触面的粗糙程度，滑动摩擦力是否还跟其他因素有关？教师将问题抛出，留给学生足够的思考时间，由学生自己去把窗户纸捅破，学生对滑动摩擦力的影响因素进行深入的揣摩和思考后，主要存在以下三个疑惑：一是物体接触面的大小是否影响滑动摩擦力大小；二是物体运动速度的大小是否影响滑动摩擦力大小；三是滑动摩擦力大小与物体所受压力大小有何定量关系。

2.由学生针对影响滑动摩擦力大小的有关因素进行实验探究

（1）探究滑动摩擦力大小与接触面大小的关系。利用控制变量法，用弹簧测力计拉着长宽高不同的同一长方体木块的不同侧面与相同的长木板接触，做匀速直线运动。如图：

对比前后两次实验，发现弹簧测力计的示数相等，由此探究出滑动摩擦力大小与接触面大小无关的实验结论。(www.xing528.com)

（2）探究滑动摩擦力大小与所受压力大小的定量关系。在上述实验基础上，改变金属块的重力大小，获得多组测量数据，利用比较法对各组数据进行分析，得出在接触面粗糙程度不变的情况下，滑动摩擦力大小与压力大小成正比。

（3）探究滑动摩擦力大小与运动速度大小的关系。利用控制变量法，在压力和接触面粗糙程度不变的情况下，改变拖动长木板的速度，发现长木板速度不同的情况下，弹簧测力计示数不变，得出滑动摩擦力大小与运动速度大小无关的实验结论。如图：

做上述实验的过程中，学生又开始了新一轮的思考，为什么长木板可以不做匀速直线运动？学生对实验进行分析发现，实验中采取让木块下面的木板运动，只要木块与木板之间有相对运动，木块与木板之间接触面的粗糙程度不变，木块对木板的压力不变，滑动摩擦力的大小就不会发生变化。这样就避开了让木块很难实现的匀速直线运动，同时容易对弹簧测力计进行读数，降低实验难度，得到的实验数据也更加准确，用此实验代替传统实验，优点多多。

引导学生对实验影响因素进行猜想，设计实验，分析实验，最后又可以对实验进行改进，培养了学生的创造力，提高了他们的科学素养。

（二）基于物理观念，开展实验探究，验证科学定律

在用温度传感器定量演示焦耳定律实验中，学生借助温度传感器（两支）、数据采集器、电脑设备、镍铬合金电阻（两个不同阻值）、学生电源、单刀开关、导线等实验器材设计实验。将两个电阻分别放在集气瓶中，再把两支温度传感器插入瓶中，用橡皮塞子密封好；分别接入数据采集器，将采集器连接到电脑上；将两个电阻串联起来，接在8V的电源上。通过数据分析，精确地展示出了电热跟电阻成正比，跟电流的平方成正比的定量关系。

通过教学目标审视学生此次滑动摩擦力学习和焦耳定律演示实验过程，该过程是学生不断猜想与反思的过程，是学生构建核心知识的过程，是学生应用物理知识解决真实情境问题的过程。

借助工程思维开展物理教学和实验探究，能够帮助学生有效构建物理观念，提升创造力，提高科学素养。