淺談初中物理實驗教學中科學思維的培養
——以“光的直線傳播”教學為例

(重慶市育才中學校,重慶 400050)

1 引言

科學思維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物理模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判、進行檢驗和修正、進而提出創造性見解的能力與品格。筆者結合“光的直線傳播”的教學，探討初中物理實驗教學中科學思維的培養策略。

2 利用實驗創設情景，構建物理模型

物理學很多概念和規律是從實際生活場景中總結、簡化、抽象出來的，在課堂上利用實驗創設生活中學生熟悉的、與物理概念和規律相關的生活情景，讓學生有目的地審視生活中的情景，在此基礎上進一步將生活情景簡化，抽象、構建出物理模型時，進而逐步建立概念和規律。

例1：光線的教學

“光線”是初中物理教學中一個非常重要的物理模型，是為了描述光的直線傳播而建立的一種理想化的物理模型，構建光線模型的過程對學生科學思維的培養有著重要作用。筆者在這一部分知識的教學中，首先展示激光在生活中常見的固、液、氣三種狀態中的傳播情景，讓學生感知光的直線傳播在實際生活中的普遍性。在此基礎上引導學生分析這種光的傳播現象的共性，將這種共性進行簡化處理，并用數學中的帶箭頭的直線來描述光的直線傳播這種特性，進而引出光線的概念。

如圖1所示，利用實驗構建物理模型時，首先利用實驗創設情景，加深學生的感知和直觀感受，并對比分析這些生活情景，尋找共性。緊接著嘗試抓住主要因素，忽略次要因素，將情景簡化，突出主要特征。最后借助數學工具等方式嘗試描述這種現象，構建物理模型，并在物理模型構建過程中注重學生科學思維能力的培養。

圖1

3 開展學生自主實驗，引導學生進行科學推理

學生自主實驗包括學生在課堂上或在家中動手完成的實驗，引導學生經歷設計實驗、準備材料、動手制作、觀察現象、推導結論的過程，這對學生科學推理能力的培養有著重要的作用。

例2：小孔成像的教學

小孔成像是光的直線傳播典型的應用之一，筆者在這部分內容教學時采用學生自主實驗探究的方式。首先給每組學生準備紙杯、半透膜(保鮮膜)、蠟燭、火柴、牙簽等材料，讓學生動手制作一個小孔成像儀，并觀察像的特點。

學生通過動手實驗，制作了小孔成像儀，觀察了成像情況，發現蠟燭燭焰通過小孔在光屏上成倒立的像。此時教師引導學生運用剛剛所學的直線傳播知識，提出問題：物體通過小孔成倒立像的原因是什么？能否用光線描述小孔成像的原理？像的形狀與孔的形狀是否有關？像的大小可能與哪些因素有關？通過追問，引導學生結合實驗現象和物理知識進行推理，最終總結小孔成像的原理和成像的特點。

學生在家中動手實驗，還可以進一步推理，從探究1個孔成像規律，再到3個孔，再到5個孔，在半透膜上依次看到1個、3個、5個倒立的蠟燭像(如圖2)。學生經過自己動手實驗，推理猜想，并進一步實驗驗證，科學推理助推了創新想法的產生。

圖2

4 巧用演示實驗，培養學生質疑創新能力

演示實驗有利于培養學生的觀察思考能力，在新課引入、激發學生興趣、突破教學重難點上都有著重要的作用。通過演示實驗，教師在學生認真觀察的基礎上，通過追問的方式引導，能有效培養學生的質疑創新能力。

例3：光在不均勻介質中傳播的演示實驗

學生通過分析生活中光沿直線傳播的大量實例，得出了光沿直線傳播的結論。在此基礎上教師進一步追問：是不是在所有的介質中光都會沿直線傳播呢？光的直線傳播需要條件嗎？如果需要，需要什么樣的條件呢？進而引發學生對已有的認知進行不斷地反思和質疑。學生不熟悉光在不均勻的介質中傳播情景，很多人都沒有見過，即使見過也未進行過深入思考和分析。此時在課堂上教師可以通過演示實驗展示光在不均勻介質中的傳播情況(如圖3)。學生在不斷反思、質疑的過程中，再加上在演示實驗中觀察到的光在不均勻介質中的現象，從而對原有認知進行重建，進而理解光的直線傳播是需要條件的，光在同種均勻介質中才能沿直線傳播。教師在此基礎上再進一步聯系生活實際，介紹太陽發出的光是怎樣到達地球的相關知識。太陽發出的光穿過地球周圍的大氣層到達地球，由于大氣層的分布不均勻，所以從太陽到達地球的光會發生彎曲，其本質原因可以用以后學到的光的折射規律解釋。

圖3

這樣的演示實驗，不僅培養了學生的反思、質疑的能力，同時促進了學生認知的重建，促進了學生的創造性思維的培養。教師在做演示實驗時，可以鼓勵學生根據實驗現象，大膽、合理猜想，對常規現象進行反思和質疑，并通過自己的認真觀察，努力尋求新的發現，從而找到規律，真正促進學生質疑創新能力的提升。

在初中物理教學中應結合具體的教學內容，利用物理實驗創設情景，開展學生自主實驗，精心設計演示實驗，并通過啟發式追問，引導學生觀察，對現象進行反思，以培養學生的科學思維，進而有效促進學生的全面發展，為學生的終身學習和發展奠定基礎。