基于科學思維培養(yǎng)的初中物理實驗教學設計路徑

【摘要】新課標要求物理教學加強學生探究式學習能力的培養(yǎng)，引導學生運用科學思維理解和認識物理現(xiàn)象。文章以“平面鏡成像”的實驗教學為例，深入探討初中物理實驗教學設計原則，以及優(yōu)化完善初中物理實驗教學設計的策略，以期加強學生科學思維的培養(yǎng)。【關鍵詞】科學思維；初中物理；實驗教學；“平面鏡成像”培養(yǎng)學生的科學思維，是初中物理核心素養(yǎng)的重要目標之一?？茖W思維不僅是學生理解和應用物理知識的基礎，更是學生獨立思考和解決問題的關鍵能力。初中物理實驗課作為科學教育的重要組成部分，在培養(yǎng)學生的觀察、實驗、分析和推理能力上具有不可替代的作用。本文以初中物理的“平面鏡成像”實驗課為例，探討如何在實驗課中有效落實科學思維的培養(yǎng)，希望通過針對性的教學設計，促進學生科學思維能力的全面提升。一、基于科學思維培養(yǎng)的初中物理實驗教學設計原則（一）教學設計由“基于教”轉向“基于學”在以往的初中物理實驗教學中，教學設計更側重于教師如何教，強調教師的主導作用。這種以“教”為中心的教學設計，雖然能夠向學生傳授知識和技能，但難以有效培養(yǎng)學生的科學思維。為了更好地培養(yǎng)學生的科學思維，教師需要將教學設計的重心由“基于教”轉向“基于學”?！盎趯W”的教學設計強調以學生為中心，關注學生的學習需求和認知特點，注重激發(fā)學生的學習興趣和主動性。在這種設計理念下，教師應成為學生學習的引導者和合作者，而不是單純的知識傳授者。教師應通過實驗教學設計，為學生創(chuàng)設一個具有開放性、探究性的學習環(huán)境，讓他們在親身參與和體驗中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而培養(yǎng)他們的科學思維［1］。具體而言，教師應深入了解學生的已有知識和經(jīng)驗，根據(jù)他們的認知水平和學習特點來設計實驗內容和難度，確保實驗能夠引發(fā)學生的興趣和好奇心。在實驗過程中，教師應鼓勵學生積極參與、主動探究，通過觀察和操作來發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象和規(guī)律。同時，教師還應引導學生對實驗現(xiàn)象進行深入思考和分析，鼓勵他們提出自己的見解和疑問，培養(yǎng)他們的批判性思維和創(chuàng)新能力。實驗結束后，教師還應組織學生進行總結和反思，讓他們回顧實驗過程、分享學習心得，從而鞏固所學知識和技能，進一步提升科學思維能力。（二）教學模式由以教師為主導轉向以傾聽和對話為基礎在以往的初中物理實驗教學中，教師往往在課堂上起到主導作用，始終掌握著教學的主導權，而學生則處于被動學習的狀態(tài)。這種教學模式雖然在一定程度上能夠維持良好的教學秩序，但卻不利于培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新精神。因此，教師要轉變教學觀念，積極構建以傾聽和對話為基礎的學習共同體，以更好地促進學生科學思維的發(fā)展。傾聽和對話是構建學習共同體的基礎?！皟A聽”意味著教師要關注學生的聲音，尊重他們的想法和意見，給予他們充足的表達空間。教師通過耐心地傾聽，能夠了解學生的真實想法和學習狀態(tài)，從而及時調整教學策略和方法［2］?！皩υ挕眲t是一個互動和交流的過程，能夠促進師生之間的思想碰撞和觀點交融。在對話過程中，教師和學生可以就某個物理現(xiàn)象或問題進行深入探討和分析，共同尋找解決方案和答案。（三）構建符合“問題解決、學生中心”要求的高效課堂“問題解決”是構建初中物理高效課堂的主要目的。教師在設計實驗教學內容時，應以培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)、達成本節(jié)課的素養(yǎng)培育目標為導向來設計問題，確保問題具有有效性、針對性和差異性，能夠引導學生主動思考、積極探究，培養(yǎng)學生運用所學知識解決實際問題的能力，進而提升其科學思維水平?！皩W生中心”則是構建初中物理高效課堂的核心理念。學生作為課堂的主體，應始終處于課堂教學的核心地位。在課堂上，教師應扮演好指導者、促進者、喚醒者和驅動者的角色，通過引導學生主動參與、積極思考，激發(fā)他們的學習興趣和探究欲望。教師應以“學”為基礎確定“教”的起點，以“學”的規(guī)律確定“教”的內容，以“學”的目的確定“教”的活動，以“學”的需要確定“教”的策略?？傊處煹摹敖獭睉沼趯W生的“學”，從而確保教學的針對性和有效性。二、基于科學思維培養(yǎng)的初中物理實驗教學設計流程以“平面鏡成像”的實驗教學為例。在本節(jié)課中，筆者采用了情境創(chuàng)設法和探究實驗法，將抽象的物理概念具象化，以增強學生的理解和應用能力；通過引入魔箱、偶鏡等富有趣味性的小實驗，更好地激發(fā)學生的好奇心；注重學生問題解決能力的培養(yǎng)，引導學生分析實際問題、提出解決方案并付諸實踐，使他們在解決實際物理問題的過程中不斷鍛煉和提升科學思維。具體教學流程見圖1。圖1基于科學思維培養(yǎng)的“平面鏡成像”實驗教學流程三、基于科學思維培養(yǎng)的初中物理實驗教學設計環(huán)節(jié)（一）巧設情境，啟發(fā)學生思維教師以魔術為導入，準備了一個構造獨特的魔術箱，其上端開有縫隙，前端開口，可看到魔箱內部。當教師將一枚硬幣通過縫隙塞進魔術箱時，學生們驚奇地發(fā)現(xiàn)，硬幣消失了。這一奇妙的現(xiàn)象讓學生充滿疑惑與好奇，充分激發(fā)了他們的探索欲望。這時，教師適時引出本課的主題—“平面鏡成像”，并向學生提問：“為何平面鏡需要傾斜45°放置？”學生的好奇心被進一步點燃，他們紛紛提出各種猜想，有的說是為了對稱，還有的說是為了穩(wěn)定。隨后，教師引導學生觀察桌面上的鏡子，讓學生描述其特點，進而引出平面鏡的概念。這一情境創(chuàng)設環(huán)節(jié)的設計，不僅能讓學生直觀地了解平面鏡的外觀特征，更重要的是通過這一情境的創(chuàng)設，學生的思考能力能夠被充分激活，他們開始主動思考、探索平面鏡成像的原理。這種魔術導入的形式不僅新穎有趣，而且能夠迅速抓住學生的注意力，激發(fā)他們的學習興趣和熱情，引導他們快速進入學習狀態(tài)，為后續(xù)科學思維的培養(yǎng)奠定堅實的基礎［3］。（二）實驗探究，激發(fā)學生興趣教師可以通過精心設計探究性實驗，讓學生更直觀地觀察物理現(xiàn)象，進而理解物理規(guī)律，培養(yǎng)科學思維。以“平面鏡成像”的實驗為例。常言道，水火不容。教師基于這一原理設計了一個別開生面的“水中燃燒的蠟燭”實驗。實驗伊始，教師將一個透明的玻璃杯置于講臺上，并在其后側點燃一支蠟燭。學生們立即被這一奇妙的場景所吸引，紛紛仔細觀察并描述觀察到的現(xiàn)象。隨后，教師提出一個引人深思的問題：“如果我往玻璃杯內倒水，大家認為火焰會熄滅嗎？”學生們紛紛表達了自己的看法，大多數(shù)學生認為火焰不會熄滅。這一環(huán)節(jié)的設置旨在激發(fā)學生的好奇心和探究欲望，為后續(xù)的實驗探究做鋪墊。緊接著，教師向學生揭示實驗背后的原理—平面鏡成像。這時學生們恍然大悟，認識到原來這種奇妙的視覺效果是由平面鏡造成的。在此基礎上，教師進一步引導學生思考：“我們在日常生活中看到的像往往能在屏幕上顯現(xiàn)，那么蠟燭的像能否在屏幕上顯現(xiàn)呢？”這一問題引發(fā)了學生們的熱烈討論。為了驗證學生們的猜想，教師讓兩個學生上臺親身操作實驗，其他學生則要仔細觀察并記錄實驗現(xiàn)象。通過實驗驗證，學生們發(fā)現(xiàn)蠟燭的像無法在屏幕上顯現(xiàn)，這種像被稱為“虛像”。在實驗環(huán)節(jié)結束后，教師引導學生回顧實驗過程，并結合實驗現(xiàn)象總結實驗規(guī)律。在實驗探究過程中，學生不僅深入理解了平面鏡成像的原理和特點，還學會運用所學知識解決實際問題。同時，他們還通過親自動手實驗以及觀察和分析實驗現(xiàn)象，發(fā)展了觀察、實驗、分析和解決問題的能力，進一步提升了科學思維能力。（三）解決實際問題，培養(yǎng)學生能力為了檢驗學生對平面鏡成像原理的掌握，以及考查學生能否靈活應用理論知識來解決生活實際問題，教師設計了一系列基于實際應用的探究性學習任務。首先，教師向學生提出了一個與生活實際緊密相關的問題：“平面鏡在我們的生活中有哪些具體應用？”這一問題的提出，旨在引導學生將所學的平面鏡成像原理與實際生活建立聯(lián)系。接著，教師向學生演示了一個“偶鏡”實驗，進一步激發(fā)學生的好奇心和探究欲望。在實驗中，教師將兩個平面鏡以一定的角度放置，引導學生觀察礦泉水瓶在鏡子中所形成的像。學生們驚奇地發(fā)現(xiàn)，礦泉水瓶在鏡子中竟然形成了無數(shù)個像。這一現(xiàn)象引發(fā)了學生們的熱烈討論，他們紛紛猜測這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。為了促使學生深入思考，教師提問：“為什么礦泉水瓶在鏡子中會形成無數(shù)個像？這與平面鏡成像的原理有什么關系？”這一問題的提出，旨在引導學生從光的反射和成像原理出發(fā)，分析并解釋實驗現(xiàn)象。學生們開始仔細思考，并嘗試通過繪制光路圖來揭示其中的奧秘。在學生發(fā)表各自的見解之后，教師再做進一步的詳細解釋［4］，如強調光線在兩面鏡子之間發(fā)生多次反射的重要性，并解釋鏡子之間的夾角對成像數(shù)量的影響。通過教師的講解，學生對平面鏡成像的原理有了更深入的理解，同時也對實驗現(xiàn)象有了更清晰的認識。為了進一步幫助學生鞏固所學知識，教師還布置了一些拓展性的實驗任務。比如，教師讓學生利用手頭上的平面鏡裝置，通過改變鏡子的夾角和觀察不同物體的成像情況，來驗證并應用所學的平面鏡成像原理。在實驗過程中，學生們積極動手、互相交流，不斷嘗試新的方法和思路。他們通過繪制光路圖、記錄實驗數(shù)據(jù)和分析實驗結果，逐漸掌握了平面鏡成像的規(guī)律和應用方法［5］。最后，教師組織學生進行討論和總結，讓學生分享自己的實驗發(fā)現(xiàn)，提出自己的見解和思考，使學生的科學思維得到進一步發(fā)展。（四）注重課外拓展，提升學生思維物理學作為一門自然科學，其理論大多源于對生活的深入觀察和總結，最終回歸于服務生活實踐。因此，在物理實驗教學中，教師尤其要注重挖掘物理知識與實際生活和社會發(fā)展之間的緊密聯(lián)系，引導學生從生活的點滴中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象，學會運用物理原理解釋和理解世界。以“平面鏡成像”這一實驗為例。這一物理現(xiàn)象在日常生活中極為常見，因此教師引導學生運用平面鏡成像知識來解釋生活中的一些常見現(xiàn)象。例如，教師向學生提問：“平面鏡成像的特點與規(guī)律在我們的日常生活中有哪些應用？”這一問題旨在引導學生將平面鏡成像原理與實際生活相聯(lián)系。學生們紛紛回答照鏡子、測視力等。接著，教師進一步提問：“我們照鏡子的時候，鏡子中的自己和實際的自己相比，大小關系如何？”教師要求學生課