基于科學(xué)思維的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐研究

摘 要：物理作為一門重要的自然學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是其研究的基礎(chǔ).在初中物理學(xué)習(xí)中，需要立足于觀察和實(shí)驗(yàn)，利用科學(xué)思維，實(shí)現(xiàn)物理知識(shí)構(gòu)建，鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力，培養(yǎng)物理觀念，樹立科學(xué)態(tài)度.因此，在實(shí)際的教學(xué)中，教師需基于科學(xué)思維視角切入，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作，讓科學(xué)思維得到很好的訓(xùn)練與發(fā)展，繼而培養(yǎng)他們的物理核心素養(yǎng).文章結(jié)合實(shí)踐案例，主要對(duì)如何基于科學(xué)思維進(jìn)行初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探討.

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）17-0098-03

收稿日期：2023-03-15

作者簡(jiǎn)介：唐慧艷，從事中學(xué)物理教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：本文系福建省石獅市級(jí)課題“基于科學(xué)思維的物理初高中銜接案例研究”結(jié)題成果（立項(xiàng)編號(hào)：SGC20-16）

從初中物理核心素養(yǎng)層面分析，科學(xué)思維主要是從物理學(xué)角度，對(duì)事物本質(zhì)進(jìn)行認(rèn)識(shí)，感受事物的內(nèi)在規(guī)律與關(guān)系，結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建理想化模型，對(duì)物理過程進(jìn)行概括總結(jié)，進(jìn)行相應(yīng)的推理、論證、分析和綜合，內(nèi)化科學(xué)思維方法.實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是初中物理課程教學(xué)的重要構(gòu)成部分，還是學(xué)生探究物理原理的有效途徑，教師應(yīng)以科學(xué)思維為導(dǎo)向設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，與學(xué)生一起梳理實(shí)驗(yàn)邏輯，凸顯科學(xué)論證，使其反思探究過程，質(zhì)疑批判與創(chuàng)新，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維.

1 精心設(shè)計(jì)課堂實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)科學(xué)探究思維

初中物理實(shí)驗(yàn)課堂中，為了培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，教師需要調(diào)整和改進(jìn)傳統(tǒng)的教學(xué)模式，注重實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、自主性以及開放性，構(gòu)建自主探究平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造和積累，實(shí)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)^[1].

例如，在開展“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)時(shí)，教師先演示實(shí)驗(yàn)：不會(huì)癟的氣球.在礦泉水瓶里面放置一個(gè)氣球，如圖1，對(duì)著氣球吹氣，能否把氣球吹起來呢？學(xué)生思考并上臺(tái)嘗試.松開堵住瓶口的手，氣球會(huì)不會(huì)變癟？看到了不會(huì)癟的氣球，如圖2，引發(fā)思維沖突，激發(fā)探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)知識(shí).然后取出一個(gè)空礦泉水瓶，將瓶中的空氣抽出，發(fā)現(xiàn)瓶子變癟，如圖3，將其放在真空罩內(nèi)，變癟的瓶子又恢復(fù)了原狀，如圖4.瓶子兩次形狀的改變說明了大氣壓強(qiáng)的存在，學(xué)生印象深刻.在新時(shí)期教育背景下，教學(xué)主體已經(jīng)由教師漸漸轉(zhuǎn)移至學(xué)生，尤其是在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，更是要為他們創(chuàng)造更多親自動(dòng)手設(shè)計(jì)操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，使其在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中極力發(fā)揮出個(gè)人主觀能動(dòng)性，為科學(xué)思維的萌發(fā)創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)條件^［2］.

2 借助直觀實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)科學(xué)建模思維

初中學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)中，模型構(gòu)建能力是重要的內(nèi)容.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)方案與裝置設(shè)計(jì)都是科學(xué)思維的產(chǎn)物，有著豐富的科學(xué)思維培養(yǎng)元素，因此，教師需要從實(shí)驗(yàn)操作過渡到模型構(gòu)建，引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)與建構(gòu)模型，把抽象的物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以直觀化、形象化的物理現(xiàn)象呈現(xiàn)出來，發(fā)展他們的建模思維，使其實(shí)驗(yàn)操作行為更具針對(duì)性^[3].

例如，在學(xué)習(xí)“磁場(chǎng)和磁感線”中，由于磁場(chǎng)看不見摸不著，磁感線又并非客觀存在，學(xué)生理解比較困難.可通過以下直觀的實(shí)驗(yàn)器材，如圖5，從平面到立體空間，全方位地展示磁體周圍磁場(chǎng)的分布特征，這樣通過可見的直觀實(shí)驗(yàn)建立起物理模型，把抽象實(shí)驗(yàn)變得具體化形象化，減少學(xué)生理解的障礙，讓磁場(chǎng)變得觸手可及，磁感線也不再那么虛無，從而發(fā)展培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)建模思維.

3 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)問題情境，培養(yǎng)科學(xué)推理思維

科學(xué)推理是研究物理知識(shí)與規(guī)律的常用方法，主要包含歸納推理、演繹推理、證據(jù)推理、邏輯推理以及類比推理等，其中證據(jù)推理在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中極為常用.這就要求初中物理教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，應(yīng)該結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問題情境，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比性觀察，根據(jù)證據(jù)進(jìn)行推理與解決問題，借此培養(yǎng)他們的科學(xué)推理思維^[4].

例如，在講授“力與運(yùn)動(dòng)”中，當(dāng)進(jìn)行“探究阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可提供刻度尺、毛巾、棉布、木板、小球與小車等器材，并設(shè)計(jì)以下問題：怎樣讓物體受到阻力的大小發(fā)生改變？應(yīng)該選擇運(yùn)動(dòng)還是靜止的物體作為研究對(duì)象？要想實(shí)現(xiàn)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)不受力，如何創(chuàng)造出“不受力”這一實(shí)驗(yàn)的條件？阻力對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響怎么進(jìn)行測(cè)量比較，利用什么實(shí)驗(yàn)方法展開明確判斷？通過對(duì)上述一系列問題的思考，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析，教師同時(shí)給予學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，讓學(xué)生討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并說明理由，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)推理思維.

4 認(rèn)真收集實(shí)驗(yàn)事實(shí)，發(fā)展科學(xué)論證思維

科學(xué)論證指的是一種根據(jù)科學(xué)規(guī)律、概念或者事實(shí)，運(yùn)用一定的推理方法，對(duì)某一觀點(diǎn)正確與否進(jìn)行證明的科學(xué)思維.具體到初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來說，教師需要帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與收集事實(shí)，展開科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治雠c論證，使其證明出實(shí)驗(yàn)結(jié)論是否合理科學(xué)，繼而有效發(fā)展他們的科學(xué)論證思維能力^[5].

例如，研究“物體浮沉條件”時(shí)，學(xué)生會(huì)提出“上浮的物體受到的浮力大，下沉的物體受到的浮力小”這一猜想，教師可引領(lǐng)學(xué)生先從實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行驗(yàn)證，將體積相同的木塊與鐵塊同時(shí)浸沒到水中，放手后觀察發(fā)現(xiàn)，木塊上浮至水面漂浮，鐵塊下沉到底部，此時(shí)鐵塊排開液體的體積明顯大于木塊，根據(jù)阿基米德原理F_浮＝G_排＝ρ_液gV_排可知，下沉的鐵塊所受浮力大于木塊所受浮力，說明上浮的物體受到的浮力不一定大.引發(fā)學(xué)生思考：為什么受到浮力大的鐵塊反而下沉呢？接著教師引導(dǎo)學(xué)生從理論方面加以解釋，

發(fā)展他們的科學(xué)論證思維.

5 走出全盤接受模式，鼓勵(lì)科學(xué)質(zhì)疑思維

在初中物理課程教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)主要包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)與探究性實(shí)驗(yàn)兩大類，不過一般都是對(duì)已有物理結(jié)論的分析與接受，要想進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，教師就要讓他們走出以往對(duì)固有實(shí)驗(yàn)全盤接受的模式，鼓勵(lì)學(xué)生提出質(zhì)疑，使他們批判性地接受.因此，初中物理教師在日常教學(xué)中應(yīng)該圍繞具體實(shí)驗(yàn)提出疑難設(shè)想，引領(lǐng)學(xué)生對(duì)原有實(shí)驗(yàn)器材、數(shù)據(jù)、結(jié)論、方法進(jìn)行質(zhì)疑和思考，使其通過實(shí)驗(yàn)操作加以證實(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的批判性科學(xué)思維^[6].

例如，在“科學(xué)探究：電流的熱效應(yīng)”教學(xué)實(shí)踐中，探究焦耳定律實(shí)驗(yàn)時(shí)，在完成教材中安排的實(shí)驗(yàn)以后，教師詢問：大家還想知道什么？有什么設(shè)想？如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)？鼓勵(lì)學(xué)生暢所欲言，使其積極表述個(gè)人想法.如：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量大小為什么和電流的平方而非一次方成正比關(guān)系？電流通過導(dǎo)體所產(chǎn)生的熱量和電壓大小有無關(guān)系？

針對(duì)這些疑問，教師需給予高度重視，組織學(xué)生積極探究，通過實(shí)驗(yàn)操作的方式加以證實(shí).

6 注重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象延伸，培養(yǎng)科學(xué)歸納思維

在傳統(tǒng)的初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，當(dāng)實(shí)驗(yàn)操作完畢以后，獲得相應(yīng)的物理結(jié)論，就表示實(shí)驗(yàn)教學(xué)正式結(jié)束，其實(shí)還要對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行適當(dāng)?shù)难由欤⒅匾龑?dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行拓展，培養(yǎng)他們的科學(xué)歸納思維，使其進(jìn)一步深刻理解物理實(shí)驗(yàn).

例如，在“測(cè)量小燈泡電功率”的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)收集整理數(shù)據(jù)，利用P=UI計(jì)算出小燈泡在不同情況下的電功率，此時(shí)實(shí)驗(yàn)完成，得出結(jié)論.實(shí)驗(yàn)雖然完成，但觀察到燈泡的亮度也發(fā)生了變化，教師此時(shí)要抓住機(jī)會(huì)追問：燈泡的亮度到底是由什么決定？學(xué)生在回答時(shí)出現(xiàn)了不同的答案，有的認(rèn)為是實(shí)際電壓，有的認(rèn)為是實(shí)際電流，有的認(rèn)為是實(shí)際功率，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中燈泡亮度變化的同時(shí)，這三個(gè)物理量都在發(fā)生變化.

教師這時(shí)再不失時(shí)機(jī)地讓學(xué)生對(duì)剛才的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行延伸，設(shè)計(jì)出研究燈泡亮度與電壓、電流關(guān)系的電路，引導(dǎo)學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)無論串聯(lián)或并聯(lián)，兩盞燈泡的亮度都不同，如圖6和圖7.

說明燈泡的亮度不是單純由電壓或電流決定的，推翻了學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步讓學(xué)生明確燈泡的亮度會(huì)受到實(shí)際電壓和實(shí)際電流的共同影響，是由實(shí)際功率決定的，從而培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)歸納思維.

總之，在初中物理課堂教學(xué)中，教師需要有效把握教學(xué)時(shí)機(jī)，加強(qiáng)學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)，結(jié)合物理學(xué)科知識(shí)的特點(diǎn)，盡可能為他們制造和提供更多親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì).適當(dāng)提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度，由之前的淺層學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變至深度學(xué)習(xí)，使其結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象進(jìn)行深入探究，發(fā)現(xiàn)物理學(xué)科的奧秘所在，讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)到物理實(shí)驗(yàn)的魅力與樂趣，提高他們的科學(xué)思維能力.

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［責(zé)任編輯：李 璟］