基于學生科學思維培養的實驗課教學設計

張亞芳

聚焦中國學生發展核心素養，落實立德樹人根本任務，是當前我國基礎教育改革的主旋律。科學思維作為學生核心素養的一個重要維度，是深化教育改革的關鍵所在。物理實驗教學的核心是促進人的思維發展，學生思維發展是物理實驗教學的重要目標。

本文以《平面鏡成像》為例，借助模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新四個環節，探討科學思維培養在初中物理實驗教學中的具體應用，并分析如何通過思維教學提升學生的核心素養，為一線教師提供操作性較強的教學設計，為新課程改革和實施核心素養的物理教學提供一些有價值的借鑒。

一、基于科學思維培養的實驗課教學設計

初中物理中有許多科學思維元素散落在各個章節，教師需要認真研讀教材，深入思考，在教學設計時從情境引入、體驗感知、理性探究、問題解決、實際應用等環節深度挖掘其價值，設計出涵蓋分析綜合、比較分類、抽象概括、推理論證、質疑創新等思維方法的思維活動，將科學思維素養的培養落實到物理實驗課的教學中，并內化為學生的關鍵能力，促使學生的科學思維在物理實驗教學中獲得發展和提升。

（一）基于科學思維培養的物理實驗課教學的流程

《平面鏡成像》是學生在學習了光反射規律后的一節實驗探究課。如何讓學生在課堂學習中經歷相對完整的科學思維過程，是本節教學設計著重關注的問題。基于科學思維的培養，筆者制定了本節課的教學流程：

（二）基于科學思維培養的物理實驗課的教學設計

【情境引入】——確定思維的起點

教師活動：表演魔術《消失的硬幣》。學生活動：觀看魔術。

【環節1】平面鏡成像的特點

一是認識平面鏡，即建構模型，培養思維建構能力。教師活動：拿出一面鏡子，讓學生對著它給自己打招呼。學生活動：學生通過觀察平面鏡，發現平面鏡表面平整光滑、能成像。根據這個特點，學生列舉生活中的平面鏡。

二是探究平面鏡成像的特點，即實驗探究，培養學生科學推理、科學論證和質疑創新能力。以下是實驗探究過程：

1.提出問題。平面鏡成像時，像的大小、位置跟物體的大小、位置有什么關系？

2.設計實驗。①為了比較像與物的大小關系，應該如何操作？②為了比較像與物的位置關系，應該如何操作？利用各組器材，6人為一個小組進行討論，3分鐘后小組代表分享實驗方案。

3.進行實驗。學生小組根據所給的實驗器材和前期的預習，討論實驗方案，并由小組代表到前臺分析確定方案，進行實驗。

4.收集證據。實驗數據記錄表格如下：

5.分析論證。分析表格數據，思考以下問題：①觀察第2列結果，分析像與物的大小關系如何。②對比第3、4列數據，能得出什么結論？它能準確描述像與物的位置關系嗎？如果不能，接下來應該怎么做？學生活動：在網格紙上將像與物的標記點連線，觀察連線與鏡面的關系，從而得出物與像的連線與鏡面具有垂直關系。

6.交流與評估。①實驗中，為什么用玻璃板作為平面鏡？②玻璃板為什么要豎立放置？如果傾斜，會出現什么情況？③玻璃板選用薄的好，還是厚的好？為什么？④鏡子中的像為什么看起來近大遠小呢？學生活動：進行交流與評估，對實驗中出現的一些現象進行分析。小組討論，分享成果，突破難點。

【環節2】平面鏡成虛像

作圖分析。如左圖“人眼看物”，右圖“人眼看像”。

通過以上對比，作出“人眼看像”的光路圖，解釋虛像形成原因。學生會根據作圖的方法證明平面鏡成的像是虛像，知道平面鏡成像的原理。

【環節3】平面鏡的應用

1.平面鏡成像。教師提出問題：在生活中，有哪些應用平面鏡的事例？學生舉例：家庭中所用的穿衣鏡，練功房、理發店、服裝店里安裝的平面鏡，牙醫檢查牙齒使用的平面鏡，等等。

2.分析平面鏡改變光路的原理，如塔式太陽能電站、潛望鏡。學生活動：①利用自制潛望鏡，模擬海上偵察情境。②用兩面磁吸平面鏡平行且與水平呈45度角放置，用激光筆在黑板上顯示光路。

二、基于科學思維培養的物理實驗課的教學設計建議

《義務教育物理課程標準（2022年版）》指出，義務教育物理課程要培養全體學生的核心素養，聚焦科學思維的教學是培養學生核心素養的重要途徑。結合本文案例，筆者就如何在日常教學中改變教學策略、改進基于素養培育要求的教學設計、發展學生科學思維能力，提出如下建議：

（一）教學設計由“基于教”轉向“基于學”

“基于教”的教學設計關注教師如何教，按照知識本身的邏輯順序進行設計，形成一種固有的教學流程。按照這種教學設計組織的課堂，教師總是最先出場，課堂成了傳統的“滿堂灌”，學生的自主學習空間狹小，思維品質得不到鍛煉。

“基于學”的教學設計立足于“學生探究式學習”，以學生為中心，以學生的“學”為中心（“雙學”中心）。這種設計更加關注學生經驗、前期預習、學習需要和困難、學習風格，學生有較大的思維空間，一切“教”都基于學生中心、學習中心。

（二）由教師“一統天下”轉向以傾聽和對話為基礎的學習共同體

課堂教學不再只有教師的一個聲音，而給予學生積極參與和表達的機會，始終保持師生之間、生生之間的互動和對話。教師盡可能地“引出”而不是“堵塞”學生的真實想法，關注課堂生成，給學生提供思維碰撞的機會，尊重學生的“路徑差”和“時間差”，讓學生學會觀察、學會思考、學會表述、學會動手、學會總結。

（三）構建符合“問題解決、學生中心、自主合作”要求的高效課堂

“問題解決”是高效課堂的教學目的。教師要根據課標、學科核心素養和學情來確定素養目標，問題的設計要以培養學生核心素養、達成本節課的素養目標為主要目的，問題的解決要體現有效性、針對性、差異性等原則。

“學生中心”體現了“問題解決”的主體。學生是課堂的主體，處于“問題解決”的中心。課堂上，要讓學習時刻發生在每個學生身上，思維深度發生在每個學生頭腦中，教師要承擔指導、促進、喚醒、驅動的角色。“學生中心”是課堂教學改革的主題，教師的“教”服務于學生的“學”，“教”要處處為了方便學生的“學”而設計，以“學”為基礎定“教”的起點，以“學”的規律定“教”的內容，以“學”的目的定“教”的活動，以“學”的需要定“教”的策略，而不是為彰顯“教”的精彩而設計。

“自主合作”是“問題解決”的主要方法，是基于學生思維培養的主要學習方式，要貫穿課前、課中和課后。沒有自主為前提的合作，是潛意識的合作或低效的合作。“自主合作”讓更多學生在學習中找回自我，學習更加精準靈動，有助于發展學生學習能力，培養學生科學思維。

（責編 韓玉兵 侯心雨）