基于科學(xué)思維的初中科學(xué)情境化教學(xué)策略研究

葉秀強(qiáng) 趙紫扦

［摘 要］科學(xué)思維的培養(yǎng)是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的任務(wù)之一，而情境教學(xué)有助于激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維。文章基于實(shí)驗(yàn)情境、真實(shí)情境、歷史情境等教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，探索以情境為載體的體現(xiàn)科學(xué)思維的教學(xué)策略。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)思維；情境化教學(xué)；初中科學(xué)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.98? ? ? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2024）09-0052-03

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）指出，從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，選擇合適的情境素材，運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、制作等活動(dòng)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，提出有價(jià)值的問題，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)探究動(dòng)機(jī)［1］。可見，情境對(duì)激發(fā)學(xué)生探索的欲望、發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)具有很重要的作用，而依托情境載體，對(duì)科學(xué)思維進(jìn)行整合，更能拓展科學(xué)課堂的深度和廣度。

科學(xué)思維是探究實(shí)踐的基礎(chǔ)，是形成科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的前提，只有運(yùn)用科學(xué)思維才能建立正確的科學(xué)觀念。《課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出：科學(xué)思維是從科學(xué)的視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律和相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式，主要包括模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維等［2］。本文提出以情境為載體、以情境問題為任務(wù)驅(qū)動(dòng)、顯化思維過程、發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力的情境化教學(xué)策略。

一、創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，建構(gòu)物理模型

模型建構(gòu)是科學(xué)研究的核心活動(dòng)，是一種重要的科學(xué)思維方式，與科學(xué)知識(shí)的建立有密不可分的關(guān)系。模型建構(gòu)思維表現(xiàn)在能夠分析模型所涉及的各個(gè)要素及其結(jié)構(gòu)，使用模型解釋現(xiàn)象和過程，闡明概念和原理，在真實(shí)的情境中具有建構(gòu)模型的意識(shí)和能力等［3］。從情境體驗(yàn)出發(fā)，進(jìn)行猜想說理，引發(fā)認(rèn)知沖突，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，分析推理、歸納建構(gòu)模型，從而加深對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，具體模式如圖1所示。

【教學(xué)片段一】“光的折射”的模型建構(gòu)

教學(xué)環(huán)節(jié)一：情境體驗(yàn)

教師活動(dòng)：創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，出示如圖2所示裝置，簡單介紹裝置。杯中裝有一枚硬幣，請(qǐng)學(xué)生通過觀察室觀察杯中硬幣。

問題1：請(qǐng)你通過觀察室觀察杯中硬幣，記錄現(xiàn)象并思考產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因，列舉生活中能用這一原理解釋的類似現(xiàn)象。

學(xué)生活動(dòng)：左右移動(dòng)杯子，通過觀察室觀察杯中硬幣并記錄不同現(xiàn)象，思考觀察不到硬幣的原因并畫出光路圖。最終得出結(jié)論：光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。

追問：觀察不到硬幣時(shí)，在不改變觀察室和紙杯位置的前提下，你有哪些方法可以重新看到硬幣的像？為什么加入水能夠再次觀察到硬幣的像？發(fā)生偏折的點(diǎn)在哪里？有什么規(guī)律？

學(xué)生活動(dòng)：加水之后發(fā)現(xiàn)光線“彎曲”，嘗試畫出新的光路圖（如圖3），再通過小組間互評(píng)，糾正自身問題。

設(shè)計(jì)意圖：引入該簡易裝置有利于學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)中完成對(duì)“光的折射”的概念建構(gòu)，相較于其他方式的引入更具趣味性。學(xué)生通過活動(dòng)認(rèn)識(shí)到光在不同介質(zhì)中會(huì)發(fā)生“彎曲” ，通過對(duì)不同組畫法的觀察比較，歸納分析光的偏折規(guī)律。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

教師引導(dǎo)： 經(jīng)過分析可知，光線經(jīng)過不同介質(zhì)會(huì)發(fā)生偏折。假設(shè)有一條光線穿過類似水的玻璃磚，請(qǐng)同學(xué)們先對(duì)其斜射后可能的路徑進(jìn)行猜想，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

學(xué)生活動(dòng)：先進(jìn)行猜想，描出玻璃磚可能的路徑，再通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（如圖4）。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生先進(jìn)行猜想，再通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，從感性認(rèn)識(shí)向理性認(rèn)識(shí)過渡。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：模型分析

教師活動(dòng)：呈現(xiàn)“光的反射”的模型圖，讓學(xué)生猜想光的折射規(guī)律并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

學(xué)生活動(dòng)：類比“光的反射”模型，猜想“光的折射”模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

設(shè)計(jì)意圖：采用類比、歸納的科學(xué)思維建立“光的折射”模型。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：模型應(yīng)用

教師引導(dǎo)：嘗試用今天所學(xué)的知識(shí)對(duì)生活中魚變淺、海市蜃樓等現(xiàn)象進(jìn)行分析。

學(xué)生活動(dòng)：運(yùn)用所學(xué)原理進(jìn)行解釋說明。

設(shè)計(jì)意圖：該環(huán)節(jié)的目的在于檢測(cè)學(xué)生對(duì)“光的折射”模型的學(xué)習(xí)成果。

評(píng)析：實(shí)驗(yàn)為學(xué)生建構(gòu)“光的折射”模型提供了一個(gè)感性認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生通過假設(shè)、推理逐步形成科學(xué)規(guī)律，建構(gòu)模型；用光路圖來表示光的傳播，進(jìn)一步闡明“光的折射”概念，整堂課以簡易裝置實(shí)驗(yàn)為起始，任務(wù)難度螺旋上升，符合學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展規(guī)律和思維發(fā)展規(guī)律。

二、體驗(yàn)真實(shí)情境，推進(jìn)推理論證

推理論證體現(xiàn)在：基于證據(jù)與邏輯，運(yùn)用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理見解［4］。教師提供真實(shí)情境體驗(yàn)，提出問題猜想，讓學(xué)生進(jìn)行正反推理論證，獲取證據(jù)，得出科學(xué)結(jié)論，再用結(jié)論解釋真實(shí)情境的科學(xué)原理，具體模式如圖5所示。

【教學(xué)片段二】“大氣壓的存在”的邏輯推理

教學(xué)環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)體驗(yàn)情境

教師活動(dòng)：先展示生活中吸盤運(yùn)送玻璃的圖片，讓學(xué)生演示模擬生活中利用吸盤運(yùn)玻璃的實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生活動(dòng)：演示實(shí)驗(yàn)，初步感受大氣壓的存在，進(jìn)行思考。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在觀察體驗(yàn)中產(chǎn)生求知的欲望和尋求證據(jù)的欲望。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：推理論證獲取證據(jù)1

教師活動(dòng)：先將杯子倒放，再將硬紙片放在杯口處，猜想放手后硬紙片會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象；演示實(shí)驗(yàn)，硬紙片掉落；追加問題：若在杯中裝滿水，預(yù)測(cè)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象，并說出理由。

學(xué)生活動(dòng)：第一個(gè)問題比較簡單，學(xué)生容易想到硬紙片會(huì)因?yàn)槭艿街亓Χ袈洹?duì)于第二個(gè)問題，學(xué)生討論后產(chǎn)生多種答案。少數(shù)學(xué)生認(rèn)為硬紙片不會(huì)掉落，原因主要有水會(huì)粘住硬紙片、下方有大氣壓托住等。更多學(xué)生認(rèn)為會(huì)掉落，原因是水和紙片都有重力，肯定會(huì)掉落。最后，通過實(shí)驗(yàn)觀察，推理分析紙片不掉落的原因可能是存在大氣壓。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)覆杯實(shí)驗(yàn)的觀察、比較、分析等推理出大氣壓的存在。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：比較推理獲取證據(jù)2

教師活動(dòng)：PPT展示圖6及3個(gè)問題，讓學(xué)生基于前兩個(gè)問題的說明和闡述，對(duì)第三個(gè)問題進(jìn)行科學(xué)說理。

問題1：杯中裝滿水時(shí)為何紙片不掉落？拔掉氣門，為何紙片會(huì)掉落？

問題2：為何在大氣中，紙片單獨(dú)放置和上方放有空杯時(shí)，紙片都會(huì)掉落？

問題3：若將杯中的空氣抽走，預(yù)測(cè)會(huì)觀察到什么現(xiàn)象，說說你的理由。

學(xué)生活動(dòng)：對(duì)比分析問題1和問題2，并對(duì)問題3中的現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)與說理。

設(shè)計(jì)意圖：通過比較、分析、歸納等思維，建立證據(jù)與解釋之間的關(guān)系并提出合理的見解。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：反向推理論證獲取證據(jù)3

教師活動(dòng)：展示如圖7所示的裝置，中間吊置一個(gè)下方裝有玻璃片的杯子，杯子中裝滿橙色的水，將杯子外側(cè)大塑料盒中的空氣抽出。讓學(xué)生先進(jìn)行現(xiàn)象猜測(cè)和說理，再觀察現(xiàn)象并思考其產(chǎn)生的原因。

學(xué)生活動(dòng)：對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行猜測(cè)和說理，排除是因?yàn)樗巡Ａ匙〉目赡芤蛩兀瑥亩C明是大氣壓將玻璃片托住的，由此引出“大氣壓”的概念。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)反向驗(yàn)證推理，證明大氣壓的存在。當(dāng)將空氣抽走時(shí)，玻璃片掉落，以更加直觀嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆绞将@取實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

教學(xué)環(huán)節(jié)五：推理論證獲取證據(jù)4

教師活動(dòng)：在如圖8所示的立方體裝置中，各個(gè)方向都放置一個(gè)氣球，氣球一側(cè)與外界大氣連通，將立方體內(nèi)的空氣慢慢抽出。讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并嘗試解釋其原因。

學(xué)生活動(dòng)：觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生直觀感受各個(gè)方向都存在大氣壓，并基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行推理論證。

教學(xué)環(huán)節(jié)六：科學(xué)結(jié)論

教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出科學(xué)結(jié)論，然后回顧生活中吸盤運(yùn)送玻璃的例子，讓學(xué)生用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)解釋。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生感悟科學(xué)結(jié)論的得出需要大量的證據(jù)支持，通過解釋、說理進(jìn)行知識(shí)的后測(cè)，用科學(xué)知識(shí)解決實(shí)際生活中的問題。

評(píng)析：在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，并以問題串作為支架，讓學(xué)生通過比較分析、邏輯推理等思維解釋和解決生活中的實(shí)際問題，將抽象的“大氣壓”概念更加直觀化。基于證據(jù)鏈的推理論證，不但使大氣壓的存在更有說服力，而且體現(xiàn)了課堂的科學(xué)性。

三、梳理歷史情境，發(fā)展創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是科學(xué)思維的重要組成部分，其內(nèi)涵是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出疑問、批判、檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力和品格。質(zhì)疑是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，創(chuàng)新是一種意識(shí)，其核心是科學(xué)創(chuàng)造力［5］。在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)歷史情境，滲透科學(xué)史教育，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家不斷質(zhì)疑、修正的過程，引導(dǎo)學(xué)生大膽質(zhì)疑，追求創(chuàng)新，體會(huì)科學(xué)思想，學(xué)會(huì)科學(xué)方法，形成科學(xué)態(tài)度。

【教學(xué)片段三】“地球的形狀和大小”的創(chuàng)新思維

教學(xué)環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)歷史情境，引發(fā)質(zhì)疑

教師活動(dòng)：提供三則科學(xué)史料（如圖9），讓學(xué)生閱讀并思考三個(gè)問題。

學(xué)生活動(dòng)：基于自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)三則史料進(jìn)行質(zhì)疑，并提出新的疑問。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生通過質(zhì)疑，提出新的見解，體驗(yàn)科學(xué)家探索自然規(guī)律、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的過程。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：數(shù)據(jù)加成，創(chuàng)新思維

教師活動(dòng)（提供PPT資料）：欽博拉索峰（位于赤道附近）海拔為6310 m，從地心到山峰峰頂為6384.1 km；珠穆朗瑪峰海拔為8848.86 m，從地心到山峰峰頂為6382.0 km。

猜測(cè)１：根據(jù)數(shù)據(jù)猜測(cè)赤道半徑和兩極半徑哪個(gè)大？說說你的理由。

猜測(cè)２：地球的形狀是正球體嗎？對(duì)此你有什么新的想法？

學(xué)生活動(dòng)：閱讀和猜想。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步質(zhì)疑古人的猜想，感受科學(xué)結(jié)論的獲得是一個(gè)不斷被質(zhì)疑、修正的過程。

評(píng)析：教學(xué)中應(yīng)該讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)、質(zhì)疑、猜想、分析、設(shè)計(jì)等過程，鼓勵(lì)學(xué)生大膽地提出自己的想法，讓學(xué)生明白沒有質(zhì)疑就沒有創(chuàng)新。

四、結(jié)束語

科學(xué)課程需要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。科學(xué)思維是科學(xué)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵之一。教學(xué)中通過各種情境的創(chuàng)設(shè)，滲透科學(xué)思維方法，可避免表面化、程式化的說教，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的自我構(gòu)建，發(fā)展學(xué)生的思維能力，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和方法解決真實(shí)情境中的問題，有助于學(xué)生實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和遷移，最終實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

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［1］［2］［4］? 中華人民共和國教育部.義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2022年版［M］.北京： 北京師范大學(xué)出版社，2022.

［3］［5］? 馬朝華，崔琰.對(duì)物理教學(xué)中模型建構(gòu)的研究與實(shí)踐［ J ］.中學(xué)物理，2019（17）：13-15.