基于科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計路徑

【摘要】新課標(biāo)要求物理教學(xué)加強(qiáng)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)思維理解和認(rèn)識物理現(xiàn)象。文章以“平面鏡成像”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，深入探討初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計原則，以及優(yōu)化完善初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計的策略，以期加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)?！娟P(guān)鍵詞】科學(xué)思維；初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；“平面鏡成像”培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，是初中物理核心素養(yǎng)的重要目標(biāo)之一?？茖W(xué)思維不僅是學(xué)生理解和應(yīng)用物理知識的基礎(chǔ)，更是學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的關(guān)鍵能力。初中物理實(shí)驗(yàn)課作為科學(xué)教育的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生的觀察、實(shí)驗(yàn)、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(shí)驗(yàn)課為例，探討如何在實(shí)驗(yàn)課中有效落實(shí)科學(xué)思維的培養(yǎng)，希望通過針對性的教學(xué)設(shè)計，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的全面提升。一、基于科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計原則（一）教學(xué)設(shè)計由“基于教”轉(zhuǎn)向“基于學(xué)”在以往的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)設(shè)計更側(cè)重于教師如何教，強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用。這種以“教”為中心的教學(xué)設(shè)計，雖然能夠向?qū)W生傳授知識和技能，但難以有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，教師需要將教學(xué)設(shè)計的重心由“基于教”轉(zhuǎn)向“基于學(xué)”?！盎趯W(xué)”的教學(xué)設(shè)計強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和認(rèn)知特點(diǎn)，注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。在這種設(shè)計理念下，教師應(yīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和合作者，而不是單純的知識傳授者。教師應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個具有開放性、探究性的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓他們在親身參與和體驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，從而培養(yǎng)他們的科學(xué)思維［1］。具體而言，教師應(yīng)深入了解學(xué)生的已有知識和經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)他們的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)特點(diǎn)來設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和難度，確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛞l(fā)學(xué)生的興趣和好奇心。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)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(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師還應(yīng)組織學(xué)生進(jìn)行總結(jié)和反思，讓他們回顧實(shí)驗(yàn)過程、分享學(xué)習(xí)心得，從而鞏固所學(xué)知識和技能，進(jìn)一步提升科學(xué)思維能力。（二）教學(xué)模式由以教師為主導(dǎo)轉(zhuǎn)向以傾聽和對話為基礎(chǔ)在以往的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師往往在課堂上起到主導(dǎo)作用，始終掌握著教學(xué)的主導(dǎo)權(quán)，而學(xué)生則處于被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)。這種教學(xué)模式雖然在一定程度上能夠維持良好的教學(xué)秩序，但卻不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新精神。因此，教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，積極構(gòu)建以傾聽和對話為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)共同體，以更好地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。傾聽和對話是構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體的基礎(chǔ)?！皟A聽”意味著教師要關(guān)注學(xué)生的聲音，尊重他們的想法和意見，給予他們充足的表達(dá)空間。教師通過耐心地傾聽，能夠了解學(xué)生的真實(shí)想法和學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而及時調(diào)整教學(xué)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(jìn)師生之間的思想碰撞和觀點(diǎn)交融。在對話過程中，教師和學(xué)生可以就某個物理現(xiàn)象或問題進(jìn)行深入探討和分析，共同尋找解決方案和答案。（三）構(gòu)建符合“問題解決、學(xué)生中心”要求的高效課堂“問題解決”是構(gòu)建初中物理高效課堂的主要目的。教師在設(shè)計實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、達(dá)成本節(jié)課的素養(yǎng)培育目標(biāo)為導(dǎo)向來設(shè)計問題，確保問題具有有效性、針對性和差異性，能夠引導(dǎo)學(xué)生主動思考、積極探究，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力，進(jìn)而提升其科學(xué)思維水平?！皩W(xué)生中心”則是構(gòu)建初中物理高效課堂的核心理念。學(xué)生作為課堂的主體，應(yīng)始終處于課堂教學(xué)的核心地位。在課堂上，教師應(yīng)扮演好指導(dǎo)者、促進(jìn)者、喚醒者和驅(qū)動者的角色，通過引導(dǎo)學(xué)生主動參與、積極思考，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。教師應(yīng)以“學(xué)”為基礎(chǔ)確定“教”的起點(diǎn)，以“學(xué)”的規(guī)律確定“教”的內(nèi)容，以“學(xué)”的目的確定“教”的活動，以“學(xué)”的需要確定“教”的策略。總之，教師的“教”應(yīng)服務(wù)于學(xué)生的“學(xué)”，從而確保教學(xué)的針對性和有效性。二、基于科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計流程以“平面鏡成像”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例。在本節(jié)課中，筆者采用了情境創(chuàng)設(shè)法和探究實(shí)驗(yàn)法，將抽象的物理概念具象化，以增強(qiáng)學(xué)生的理解和應(yīng)用能力；通過引入魔箱、偶鏡等富有趣味性的小實(shí)驗(yàn)，更好地激發(fā)學(xué)生的好奇心；注重學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)際問題、提出解決方案并付諸實(shí)踐，使他們在解決實(shí)際物理問題的過程中不斷鍛煉和提升科學(xué)思維。具體教學(xué)流程見圖1。圖1基于科學(xué)思維培養(yǎng)的“平面鏡成像”實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程三、基于科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)（一）巧設(shè)情境，啟發(fā)學(xué)生思維教師以魔術(shù)為導(dǎo)入，準(zhǔn)備了一個構(gòu)造獨(dú)特的魔術(shù)箱，其上端開有縫隙，前端開口，可看到魔箱內(nèi)部。當(dāng)教師將一枚硬幣通過縫隙塞進(jìn)魔術(shù)箱時，學(xué)生們驚奇地發(fā)現(xiàn)，硬幣消失了。這一奇妙的現(xiàn)象讓學(xué)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?qū)W生提問：“為何平面鏡需要傾斜45°放置？”學(xué)生的好奇心被進(jìn)一步點(diǎn)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(dǎo)學(xué)生觀察桌面上的鏡子，讓學(xué)生描述其特點(diǎn)，進(jìn)而引出平面鏡的概念。這一情境創(chuàng)設(shè)環(huán)節(jié)的設(shè)計，不僅能讓學(xué)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(shè)，學(xué)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(shù)導(dǎo)入的形式不僅新穎有趣，而且能夠迅速抓住學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和熱情，引導(dǎo)他們快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，為后續(xù)科學(xué)思維的培養(yǎng)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)［3］。（二）實(shí)驗(yàn)探究，激發(fā)學(xué)生興趣教師可以通過精心設(shè)計探究性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更直觀地觀察物理現(xiàn)象，進(jìn)而理解物理規(guī)律，培養(yǎng)科學(xué)思維。以“平面鏡成像”的實(shí)驗(yàn)為例。常言道，水火不容。教師基于這一原理設(shè)計了一個別開生面的“水中燃燒的蠟燭”實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)伊始，教師將一個透明的玻璃杯置于講臺上，并在其后側(cè)點(diǎn)燃一支蠟燭。學(xué)生們立即被這一奇妙的場景所吸引，紛紛仔細(xì)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(nèi)倒水，大家認(rèn)為火焰會熄滅嗎？”學(xué)生們紛紛表達(dá)了自己的看法，大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為火焰不會熄滅。這一環(huán)節(jié)的設(shè)置旨在激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)探究做鋪墊。緊接著，教師向?qū)W生揭示實(shí)驗(yàn)背后的原理—平面鏡成像。這時學(xué)生們恍然大悟，認(rèn)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(chǔ)上，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)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(xué)生們的熱烈討論。為了驗(yàn)證學(xué)生們的猜想，教師讓兩個學(xué)生上臺親身操作實(shí)驗(yàn)，其他學(xué)生則要仔細(xì)觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)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(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)過程，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)探究過程中，學(xué)生不僅深入理解了平面鏡成像的原理和特點(diǎn)，還學(xué)會運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。同時，他們還通過親自動手實(shí)驗(yàn)以及觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)展了觀察、實(shí)驗(yàn)、分析和解決問題的能力，進(jìn)一步提升了科學(xué)思維能力。（三）解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生能力為了檢驗(yàn)學(xué)生對平面鏡成像原理的掌握，以及考查學(xué)生能否靈活應(yīng)用理論知識來解決生活實(shí)際問題，教師設(shè)計了一系列基于實(shí)際應(yīng)用的探究性學(xué)習(xí)任務(wù)。首先，教師向?qū)W生提出了一個與生活實(shí)際緊密相關(guān)的問題：“平面鏡在我們的生活中有哪些具體應(yīng)用？”這一問題的提出，旨在引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的平面鏡成像原理與實(shí)際生活建立聯(lián)系。接著，教師向?qū)W生演示了一個“偶鏡”實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望。在實(shí)驗(yàn)中，教師將兩個平面鏡以一定的角度放置，引導(dǎo)學(xué)生觀察礦泉水瓶在鏡子中所形成的像。學(xué)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(xué)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(xué)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(guān)系？”這一問題的提出，旨在引導(dǎo)學(xué)生從光的反射和成像原理出發(fā)，分析并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生們開始仔細(xì)思考，并嘗試通過繪制光路圖來揭示其中的奧秘。在學(xué)生發(fā)表各自的見解之后，教師再做進(jìn)一步的詳細(xì)解釋［4］，如強(qiáng)調(diào)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(xué)生對平面鏡成像的原理有了更深入的理解，同時也對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有了更清晰的認(rèn)識。為了進(jìn)一步幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識，教師還布置了一些拓展性的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。比如，教師讓學(xué)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(yàn)證并應(yīng)用所學(xué)的平面鏡成像原理。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，逐漸掌握了平面鏡成像的規(guī)律和應(yīng)用方法［5］。最后，教師組織學(xué)生進(jìn)行討論和總結(jié)，讓學(xué)生分享自己的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提出自己的見解和思考，使學(xué)生的科學(xué)思維得到進(jìn)一步發(fā)展。（四）注重課外拓展，提升學(xué)生思維物理學(xué)作為一門自然科學(xué)，其理論大多源于對生活的深入觀察和總結(jié)，最終回歸于服務(wù)生活實(shí)踐。因此，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師尤其要注重挖掘物理知識與實(shí)際生活和社會發(fā)展之間的緊密聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生從生活的點(diǎn)滴中發(fā)現(xiàn)物理現(xiàn)象，學(xué)會運(yùn)用物理原理解釋和理解世界。以“平面鏡成像”這一實(shí)驗(yàn)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(dǎo)學(xué)生運(yùn)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?qū)W生提問：“平面鏡成像的特點(diǎn)與規(guī)律在我們的日常生活中有哪些應(yīng)用？”這一問題旨在引導(dǎo)學(xué)生將平面鏡成像原理與實(shí)際生活相聯(lián)系。學(xué)生們紛紛回答照鏡子、測視力等。接著，教師進(jìn)一步提問：“我們照鏡子的時候，鏡子中的自己和實(shí)際的自己相比，大小關(guān)系如何？”教師要求學(xué)生課