利用問題鏈提升學生的科學思維能力
——以“光的色散實驗”教學為例

蔡海建

(江蘇省江陰初級中學,江蘇 江陰 214400)

科學思維是物理學科核心素養的重要組成部分,它是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式,是基于經驗事實建構理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等科學思維方法的內化，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑、批判,進而提出創造性見解的能力。

“問題鏈”是教師為了實現一定的教學目標,根據學生的已有知識或經驗,針對學生學習過程中可能產生的困惑,將教材知識轉換成為層次鮮明、具有系統性的一連串教學問題。

問題是思維的源泉,更是思維的動力,設計符合學生心理特點的問題鏈能有效地引領學生沿著問題情景去思考和探究,從而提升學生的科學思維能力。

在物理教學中,采用“問題鏈”的教學過程被看作是師生交往、積極互動、設疑釋疑、共同發展的動態發展過程,是教師引導學生自主進行知識回憶與建構,并與學生共同完成對新知識的探索過程,達成發展學生的獨立思考能力與創造性思維的目的，因此,問題鏈是提升學生科學思維能力的有效手段。

筆者以“光的色散的實驗教學”為例,通過兩次教學案例的對比,談談如何設計問題鏈來提升學生的科學思維能力。

1 改進前的“光的色散實驗”教學過程及其分析

1.1 教學過程

教師展示動畫:冉冉升起的紅日、自由游動的藍色水母、節假日的五彩射燈。

師:他們都是光源,這些光源發出的光有什么不同？

生:色彩不同。

師:平時我們看到的太陽光是白光,白光是最單純的光嗎？我們一起來做實驗,請第一排同學拿好手電筒,第二排同學拿好三棱鏡(教師預先固定好狹縫和三棱鏡的位置),第三排同學拿好光屏,現在請第一排的同學讓手電筒的光透過狹縫照射到三棱鏡上,第三排同學移動光屏,觀察光屏上有沒有出現彩色的光斑。

學生進行實驗、觀察實驗現象。

師:通過實驗我們看到白光通過三棱鏡可以分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的光,這種現象稱為光的色散,光的色散最早是由英國的物理學家牛頓發現的,它說明白光不是單色光,而是由七種色光復合而成的。

1.2 教學分析

(1) 教師的提問:“白光是最單純的光嗎？”問得有點突然,這只是教師依據教材內容而設置的問題,是對教材上現有知識點的簡單分解,并沒考慮到學生的認知特點,沒有創設情境引導學生去主動思考這個問題,因此這對培養學生的科學思維能力并沒有太大的幫助。

(2) 教師預先進行了詳細的實驗分工、并規定好實驗步驟,表面看來,學生能夠在較短的時間內完成實驗任務,得出實驗結論,實驗效率較高,但這樣安排僅僅是實驗現象的簡單重現,沒有讓學生體驗實驗探究的過程,學生只是機械地按照老師設計的程序去操作,這與物理課程提出的“讓學生經歷實驗探究的過程,學習科學知識和科學探究方法,提高分析問題和解決問題的能力”的要求相違背,顯然對提升學生科學思維能力的作用有限。

(3) 白光通過三棱鏡可以分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的光,是教師總結出來的,并不是由學生歸納得出,是不是每個學生都能看到七種色光？如果有學生沒有看到,那豈不是我們教師把這個結論強加給了學生？基于事實依據和科學推理得出正確的結論,也是學生科學思維能力的一種體現。

基于以上分析,筆者對“光的色散實驗”教學進行了改進。

2 改進后的“光的色散實驗”教學過程及其分析

2.1 教學過程

視頻展示:冉冉升起的紅日、自由游動的藍色水母、節假日的五彩射燈。

師:他們都是光源,這些光源發出的光有什么不同？

生:光的色彩不同。

師:是的,光有不同的色彩,當太陽發出紅光照射到我們的眼睛,我們看到的太陽就是紅色的,當水母發出的藍光照射到我們的眼睛,我們看到的水母就是藍色的。

教師展示一些生活中常見的五彩斑斕的圖片,如紅花、綠葉等等。

師:太陽光是白光,為什么我們會看到紅色的花朵、綠色的樹葉呢？

生:可能白光中有紅光、綠光。

師:如果白光中有其他色光,我們如何把它們分離出來？同學們能否從自然現象中獲得靈感？

教師展示圖片:雨后彩虹。

學生討論后回答:彩虹往往出現在雨后,此時空氣中的水分比較多,是不是白光照射到小水珠上會分解成其他顏色的光？

師:我們就以手電筒充當太陽,三棱鏡充當小水珠,同學們根據教材上的圖片提示,小組討論,嘗試去做一做,看看能不能找到不同顏色的光？

學生進行實驗,利用手電筒、三棱鏡、光屏尋找彩色的光斑,教師進行適當指導。

學生展示實驗現象,并歸納出實驗結論。

生:我們找到了彩色光斑,有紅、黃、紫色。

生:我們也找到了彩色光斑,比他們多一種綠色……

師:不同的實驗小組看到的實驗現象可能會有所差異,同學們能否從這些實驗現象中歸納出結論？

生:不管白光可以分解成多少種色光,至少可以說明:白光可以分解成其他色光。

師:的確如此,如果我們的實驗器材更精密一些,同學們就可以看到彩色的光斑有七種色光,分別是紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫。最早英國物理學家牛頓最早發現了這個現象，并在此基礎上通過實驗進一步把七種色光又混合形成了白光。由此可以說明什么？

生:說明了白光不是單色光,它是由紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種色光復合而成的。

師:白光通過三棱鏡分解成紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫七種顏色的光,這種現象稱為光的色散。

2.2 教學分析

在光的色散實驗的教學過程中,改進后的教學設計思路如圖1所示。

教師通過視頻、圖片、生活場景、學生實驗等資源載體設計了一系列的問題,這些問題并不是對教材現有知識點的簡單分解,更不是依據教材內容布設的問題陣,而是圍繞“白光能不能分解”這個中心展開。

問題1:不同光源發出的光有什么不同？先讓學生觀看視頻,基于事實證據進行思考,這不僅讓學生知道光有色彩,同時也讓學生明白:我們看到物體呈現紅色,是因為有紅光照射到我們的眼睛。

問題2:太陽光是白光,我們為什么會看到紅光、綠光？與學生的前概念形成沖突,引起學生興趣,激發學生思考:白光中可能會有紅光、綠光嗎？

問題3:如何把不同色光分離出來？結合自然現象——雨后彩虹,用手電筒替代太陽,用三棱鏡替代小水珠,進行實驗嘗試。

問題4:從這些實驗現象中可以得出什么結論？讓學生能夠尊重實驗事實,養成實事求是的科學精神,同時培養了學生的歸納總結能力。

問題5:七種色光又能混合形成白光,這又可以說明什么？通過師生的分析綜合、推理論證等科學思維活動，最終得出了白光是由七種色光復合而成。

圖1

5個問題由淺入深,層層推進。前一個問題是后一個問題的基礎,后一個問題是前一個問題的深化,每一問都使學生的思維產生一次飛躍,符合學生的認知規律,能夠激發學生的求知欲望,發揮學生的主觀能動性,從而提升學生的科學思維能力。

3 結語

通過科學探究,提升學生的科學思維能力,形成物理觀念,是物理教學的目標。而對于學生的學習來說,科學思維能力的提升尤為重要,思維起源于問題,在問題情境中學習,會激起學生對自然的好奇,從而積極主動地去思考。當然問題鏈的設計并不是幾個問題的簡單疊加,它必須根據學生的認知特點,根據教學內容的特點和內在聯系,同時關注學生的情緒和精神需要，使學生能在良好的精神狀態下積極思考,從而真正有效地培養學生的科學思維能力。