基于科學思維的初中科學情境化教學策略研究

葉秀強 趙紫扦

［摘 要］科學思維的培養(yǎng)是發(fā)展學生核心素養(yǎng)的任務之一，而情境教學有助于激發(fā)學生的科學思維。文章基于實驗情境、真實情境、歷史情境等教學情境的創(chuàng)設，探索以情境為載體的體現科學思維的教學策略。

［關鍵詞］科學思維；情境化教學；初中科學

［中圖分類號］? ? G633.98? ? ? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）09-0052-03

《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）指出，從學生已有的經驗出發(fā)，選擇合適的情境素材，運用觀察、實驗、調查、制作等活動創(chuàng)設教學情境，提出有價值的問題，引發(fā)認知沖突，激發(fā)探究動機［1］。可見，情境對激發(fā)學生探索的欲望、發(fā)展學生的核心素養(yǎng)具有很重要的作用，而依托情境載體，對科學思維進行整合，更能拓展科學課堂的深度和廣度。

科學思維是探究實踐的基礎，是形成科學態(tài)度與責任的前提，只有運用科學思維才能建立正確的科學觀念。《課程標準》中指出：科學思維是從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規(guī)律和相互關系的認識方式，主要包括模型建構、推理論證、創(chuàng)新思維等［2］。本文提出以情境為載體、以情境問題為任務驅動、顯化思維過程、發(fā)展學生科學思維能力的情境化教學策略。

一、創(chuàng)設實驗情境，建構物理模型

模型建構是科學研究的核心活動，是一種重要的科學思維方式，與科學知識的建立有密不可分的關系。模型建構思維表現在能夠分析模型所涉及的各個要素及其結構，使用模型解釋現象和過程，闡明概念和原理，在真實的情境中具有建構模型的意識和能力等［3］。從情境體驗出發(fā)，進行猜想說理，引發(fā)認知沖突，再通過實驗驗證，分析推理、歸納建構模型，從而加深對科學本質的理解，具體模式如圖1所示。

【教學片段一】“光的折射”的模型建構

教學環(huán)節(jié)一：情境體驗

教師活動：創(chuàng)設實驗情境，出示如圖2所示裝置，簡單介紹裝置。杯中裝有一枚硬幣，請學生通過觀察室觀察杯中硬幣。

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

學生活動：左右移動杯子，通過觀察室觀察杯中硬幣并記錄不同現象，思考觀察不到硬幣的原因并畫出光路圖。最終得出結論：光在同種均勻介質中沿直線傳播。

追問：觀察不到硬幣時，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)生偏折的點在哪里？有什么規(guī)律？

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

設計意圖：引入該簡易裝置有利于學生在任務驅動中完成對“光的折射”的概念建構，相較于其他方式的引入更具趣味性。學生通過活動認識到光在不同介質中會發(fā)生“彎曲” ，通過對不同組畫法的觀察比較，歸納分析光的偏折規(guī)律。

教學環(huán)節(jié)二：實驗驗證

教師引導： 經過分析可知，光線經過不同介質會發(fā)生偏折。假設有一條光線穿過類似水的玻璃磚，請同學們先對其斜射后可能的路徑進行猜想，再通過實驗進行驗證。

學生活動：先進行猜想，描出玻璃磚可能的路徑，再通過實驗驗證（如圖4）。

設計意圖：學生先進行猜想，再通過實驗進行驗證，從感性認識向理性認識過渡。

教學環(huán)節(jié)三：模型分析

教師活動：呈現“光的反射”的模型圖，讓學生猜想光的折射規(guī)律并用實驗驗證。

學生活動：類比“光的反射”模型，猜想“光的折射”模型，并通過實驗驗證。

設計意圖：采用類比、歸納的科學思維建立“光的折射”模型。

教學環(huán)節(jié)四：模型應用

教師引導：嘗試用今天所學的知識對生活中魚變淺、海市蜃樓等現象進行分析。

學生活動：運用所學原理進行解釋說明。

設計意圖：該環(huán)節(jié)的目的在于檢測學生對“光的折射”模型的學習成果。

評析：實驗為學生建構“光的折射”模型提供了一個感性認識，讓學生通過假設、推理逐步形成科學規(guī)律，建構模型；用光路圖來表示光的傳播，進一步闡明“光的折射”概念，整堂課以簡易裝置實驗為起始，任務難度螺旋上升，符合學生學習發(fā)展規(guī)律和思維發(fā)展規(guī)律。

二、體驗真實情境，推進推理論證

推理論證體現在：基于證據與邏輯，運用分析與綜合、比較與分類、歸納與演繹等思維方法，建立證據與解釋之間的關系并提出合理見解［4］。教師提供真實情境體驗，提出問題猜想，讓學生進行正反推理論證，獲取證據，得出科學結論，再用結論解釋真實情境的科學原理，具體模式如圖5所示。

【教學片段二】“大氣壓的存在”的邏輯推理

教學環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設體驗情境

教師活動：先展示生活中吸盤運送玻璃的圖片，讓學生演示模擬生活中利用吸盤運玻璃的實驗。

學生活動：演示實驗，初步感受大氣壓的存在，進行思考。

設計意圖：讓學生在觀察體驗中產生求知的欲望和尋求證據的欲望。

教學環(huán)節(jié)二：推理論證獲取證據1

教師活動：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發(fā)生什么現象；演示實驗，硬紙片掉落；追加問題：若在杯中裝滿水，預測會發(fā)生什么現象，并說出理由。

學生活動：第一個問題比較簡單，學生容易想到硬紙片會因為受到重力而掉落。對于第二個問題，學生討論后產生多種答案。少數學生認為硬紙片不會掉落，原因主要有水會粘住硬紙片、下方有大氣壓托住等。更多學生認為會掉落，原因是水和紙片都有重力，肯定會掉落。最后，通過實驗觀察，推理分析紙片不掉落的原因可能是存在大氣壓。

設計意圖：引導學生通過對覆杯實驗的觀察、比較、分析等推理出大氣壓的存在。

教學環(huán)節(jié)三：比較推理獲取證據2

教師活動：PPT展示圖6及3個問題，讓學生基于前兩個問題的說明和闡述，對第三個問題進行科學說理。

問題1：杯中裝滿水時為何紙片不掉落？拔掉氣門，為何紙片會掉落？

問題2：為何在大氣中，紙片單獨放置和上方放有空杯時，紙片都會掉落？

問題3：若將杯中的空氣抽走，預測會觀察到什么現象，說說你的理由。

學生活動：對比分析問題1和問題2，并對問題3中的現象進行預測與說理。

設計意圖：通過比較、分析、歸納等思維，建立證據與解釋之間的關系并提出合理的見解。

教學環(huán)節(jié)四：反向推理論證獲取證據3

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

學生活動：對實驗現象進行猜測和說理，排除是因為水把玻璃片粘住的可能因素，從而證明是大氣壓將玻璃片托住的，由此引出“大氣壓”的概念。

設計意圖：通過實驗反向驗證推理，證明大氣壓的存在。當將空氣抽走時，玻璃片掉落，以更加直觀嚴謹的方式獲取實驗證據。

教學環(huán)節(jié)五：推理論證獲取證據4

教師活動：在如圖8所示的立方體裝置中，各個方向都放置一個氣球，氣球一側與外界大氣連通，將立方體內的空氣慢慢抽出。讓學生觀察實驗現象，并嘗試解釋其原因。

學生活動：觀察實驗現象，運用所學知識解釋實驗現象。

設計意圖：讓學生直觀感受各個方向都存在大氣壓，并基于實驗現象和已經學過的知識進行推理論證。

教學環(huán)節(jié)六：科學結論

教師引導學生總結得出科學結論，然后回顧生活中吸盤運送玻璃的例子，讓學生用所學知識進行科學解釋。

設計意圖：讓學生感悟科學結論的得出需要大量的證據支持，通過解釋、說理進行知識的后測，用科學知識解決實際生活中的問題。

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

三、梳理歷史情境，發(fā)展創(chuàng)新思維

創(chuàng)新思維是科學思維的重要組成部分，其內涵是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出疑問、批判、檢驗和修正，進而提出創(chuàng)造性見解的能力和品格。質疑是創(chuàng)新的基礎，創(chuàng)新是一種意識，其核心是科學創(chuàng)造力［5］。在教學中創(chuàng)設歷史情境，滲透科學史教育，讓學生體驗科學家不斷質疑、修正的過程，引導學生大膽質疑，追求創(chuàng)新，體會科學思想，學會科學方法，形成科學態(tài)度。

【教學片段三】“地球的形狀和大小”的創(chuàng)新思維

教學環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設歷史情境，引發(fā)質疑

教師活動：提供三則科學史料（如圖9），讓學生閱讀并思考三個問題。

學生活動：基于自身經驗對三則史料進行質疑，并提出新的疑問。

設計意圖：引導學生通過質疑，提出新的見解，體驗科學家探索自然規(guī)律、發(fā)現自然規(guī)律的過程。

教學環(huán)節(jié)二：數據加成，創(chuàng)新思維

教師活動（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１：根據數據猜測赤道半徑和兩極半徑哪個大？說說你的理由。

猜測２：地球的形狀是正球體嗎？對此你有什么新的想法？

學生活動：閱讀和猜想。

設計意圖：引導學生進一步質疑古人的猜想，感受科學結論的獲得是一個不斷被質疑、修正的過程。

評析：教學中應該讓學生經歷發(fā)現、質疑、猜想、分析、設計等過程，鼓勵學生大膽地提出自己的想法，讓學生明白沒有質疑就沒有創(chuàng)新。

四、結束語

科學課程需要培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。科學思維是科學核心素養(yǎng)的內涵之一。教學中通過各種情境的創(chuàng)設，滲透科學思維方法，可避免表面化、程式化的說教，促進學生實現學習的自我構建，發(fā)展學生的思維能力，引導學生運用所學知識和方法解決真實情境中的問題，有助于學生實現應用和遷移，最終實現深度學習。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］［2］［4］? 中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準：2022年版［M］.北京： 北京師范大學出版社，2022.

［3］［5］? 馬朝華，崔琰.對物理教學中模型建構的研究與實踐［ J ］.中學物理，2019（17）：13-15.