利用問題鏈提升學(xué)生的科學(xué)思維能力
——以“光的色散實(shí)驗(yàn)”教學(xué)為例

蔡海建

(江蘇省江陰初級中學(xué),江蘇 江陰 214400)

科學(xué)思維是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分,它是從物理學(xué)視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識方式,是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)理想模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等科學(xué)思維方法的內(nèi)化，是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判,進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力。

“問題鏈”是教師為了實(shí)現(xiàn)一定的教學(xué)目標(biāo),根據(jù)學(xué)生的已有知識或經(jīng)驗(yàn),針對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中可能產(chǎn)生的困惑,將教材知識轉(zhuǎn)換成為層次鮮明、具有系統(tǒng)性的一連串教學(xué)問題。

問題是思維的源泉,更是思維的動力,設(shè)計符合學(xué)生心理特點(diǎn)的問題鏈能有效地引領(lǐng)學(xué)生沿著問題情景去思考和探究,從而提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

在物理教學(xué)中,采用“問題鏈”的教學(xué)過程被看作是師生交往、積極互動、設(shè)疑釋疑、共同發(fā)展的動態(tài)發(fā)展過程,是教師引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行知識回憶與建構(gòu),并與學(xué)生共同完成對新知識的探索過程,達(dá)成發(fā)展學(xué)生的獨(dú)立思考能力與創(chuàng)造性思維的目的，因此,問題鏈?zhǔn)翘嵘龑W(xué)生科學(xué)思維能力的有效手段。

筆者以“光的色散的實(shí)驗(yàn)教學(xué)”為例,通過兩次教學(xué)案例的對比,談?wù)勅绾卧O(shè)計問題鏈來提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

1 改進(jìn)前的“光的色散實(shí)驗(yàn)”教學(xué)過程及其分析

1.1 教學(xué)過程

教師展示動畫:冉冉升起的紅日、自由游動的藍(lán)色水母、節(jié)假日的五彩射燈。

師:他們都是光源,這些光源發(fā)出的光有什么不同？

生:色彩不同。

師:平時我們看到的太陽光是白光,白光是最單純的光嗎？我們一起來做實(shí)驗(yàn),請第一排同學(xué)拿好手電筒,第二排同學(xué)拿好三棱鏡(教師預(yù)先固定好狹縫和三棱鏡的位置),第三排同學(xué)拿好光屏,現(xiàn)在請第一排的同學(xué)讓手電筒的光透過狹縫照射到三棱鏡上,第三排同學(xué)移動光屏,觀察光屏上有沒有出現(xiàn)彩色的光斑。

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

師:通過實(shí)驗(yàn)我們看到白光通過三棱鏡可以分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色的光,這種現(xiàn)象稱為光的色散,光的色散最早是由英國的物理學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)的,它說明白光不是單色光,而是由七種色光復(fù)合而成的。

1.2 教學(xué)分析

(1) 教師的提問:“白光是最單純的光嗎？”問得有點(diǎn)突然,這只是教師依據(jù)教材內(nèi)容而設(shè)置的問題,是對教材上現(xiàn)有知識點(diǎn)的簡單分解,并沒考慮到學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),沒有創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生去主動思考這個問題,因此這對培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力并沒有太大的幫助。

(2) 教師預(yù)先進(jìn)行了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分工、并規(guī)定好實(shí)驗(yàn)步驟,表面看來,學(xué)生能夠在較短的時間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,實(shí)驗(yàn)效率較高,但這樣安排僅僅是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的簡單重現(xiàn),沒有讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的過程,學(xué)生只是機(jī)械地按照老師設(shè)計的程序去操作,這與物理課程提出的“讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過程,學(xué)習(xí)科學(xué)知識和科學(xué)探究方法,提高分析問題和解決問題的能力”的要求相違背,顯然對提升學(xué)生科學(xué)思維能力的作用有限。

(3) 白光通過三棱鏡可以分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色的光,是教師總結(jié)出來的,并不是由學(xué)生歸納得出,是不是每個學(xué)生都能看到七種色光？如果有學(xué)生沒有看到,那豈不是我們教師把這個結(jié)論強(qiáng)加給了學(xué)生？基于事實(shí)依據(jù)和科學(xué)推理得出正確的結(jié)論,也是學(xué)生科學(xué)思維能力的一種體現(xiàn)。

基于以上分析,筆者對“光的色散實(shí)驗(yàn)”教學(xué)進(jìn)行了改進(jìn)。

2 改進(jìn)后的“光的色散實(shí)驗(yàn)”教學(xué)過程及其分析

2.1 教學(xué)過程

視頻展示:冉冉升起的紅日、自由游動的藍(lán)色水母、節(jié)假日的五彩射燈。

師:他們都是光源,這些光源發(fā)出的光有什么不同？

生:光的色彩不同。

師:是的,光有不同的色彩,當(dāng)太陽發(fā)出紅光照射到我們的眼睛,我們看到的太陽就是紅色的,當(dāng)水母發(fā)出的藍(lán)光照射到我們的眼睛,我們看到的水母就是藍(lán)色的。

教師展示一些生活中常見的五彩斑斕的圖片,如紅花、綠葉等等。

師:太陽光是白光,為什么我們會看到紅色的花朵、綠色的樹葉呢？

生:可能白光中有紅光、綠光。

師:如果白光中有其他色光,我們?nèi)绾伟阉鼈兎蛛x出來？同學(xué)們能否從自然現(xiàn)象中獲得靈感？

教師展示圖片:雨后彩虹。

學(xué)生討論后回答:彩虹往往出現(xiàn)在雨后,此時空氣中的水分比較多,是不是白光照射到小水珠上會分解成其他顏色的光？

師:我們就以手電筒充當(dāng)太陽,三棱鏡充當(dāng)小水珠,同學(xué)們根據(jù)教材上的圖片提示,小組討論,嘗試去做一做,看看能不能找到不同顏色的光？

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),利用手電筒、三棱鏡、光屏尋找彩色的光斑,教師進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)。

學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并歸納出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

生:我們找到了彩色光斑,有紅、黃、紫色。

生:我們也找到了彩色光斑,比他們多一種綠色……

師:不同的實(shí)驗(yàn)小組看到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能會有所差異,同學(xué)們能否從這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中歸納出結(jié)論？

生:不管白光可以分解成多少種色光,至少可以說明:白光可以分解成其他色光。

師:的確如此,如果我們的實(shí)驗(yàn)器材更精密一些,同學(xué)們就可以看到彩色的光斑有七種色光,分別是紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫。最早英國物理學(xué)家牛頓最早發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步把七種色光又混合形成了白光。由此可以說明什么？

生:說明了白光不是單色光,它是由紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種色光復(fù)合而成的。

師:白光通過三棱鏡分解成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫七種顏色的光,這種現(xiàn)象稱為光的色散。

2.2 教學(xué)分析

在光的色散實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中,改進(jìn)后的教學(xué)設(shè)計思路如圖1所示。

教師通過視頻、圖片、生活場景、學(xué)生實(shí)驗(yàn)等資源載體設(shè)計了一系列的問題,這些問題并不是對教材現(xiàn)有知識點(diǎn)的簡單分解,更不是依據(jù)教材內(nèi)容布設(shè)的問題陣,而是圍繞“白光能不能分解”這個中心展開。

問題1:不同光源發(fā)出的光有什么不同？先讓學(xué)生觀看視頻,基于事實(shí)證據(jù)進(jìn)行思考,這不僅讓學(xué)生知道光有色彩,同時也讓學(xué)生明白:我們看到物體呈現(xiàn)紅色,是因?yàn)橛屑t光照射到我們的眼睛。

問題2:太陽光是白光,我們?yōu)槭裁磿吹郊t光、綠光？與學(xué)生的前概念形成沖突,引起學(xué)生興趣,激發(fā)學(xué)生思考:白光中可能會有紅光、綠光嗎？

問題3:如何把不同色光分離出來？結(jié)合自然現(xiàn)象——雨后彩虹,用手電筒替代太陽,用三棱鏡替代小水珠,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)嘗試。

問題4:從這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中可以得出什么結(jié)論？讓學(xué)生能夠尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí),養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)精神,同時培養(yǎng)了學(xué)生的歸納總結(jié)能力。

問題5:七種色光又能混合形成白光,這又可以說明什么？通過師生的分析綜合、推理論證等科學(xué)思維活動，最終得出了白光是由七種色光復(fù)合而成。

圖1

5個問題由淺入深,層層推進(jìn)。前一個問題是后一個問題的基礎(chǔ),后一個問題是前一個問題的深化,每一問都使學(xué)生的思維產(chǎn)生一次飛躍,符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,能夠激發(fā)學(xué)生的求知欲望,發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,從而提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3 結(jié)語

通過科學(xué)探究,提升學(xué)生的科學(xué)思維能力,形成物理觀念,是物理教學(xué)的目標(biāo)。而對于學(xué)生的學(xué)習(xí)來說,科學(xué)思維能力的提升尤為重要,思維起源于問題,在問題情境中學(xué)習(xí),會激起學(xué)生對自然的好奇,從而積極主動地去思考。當(dāng)然問題鏈的設(shè)計并不是幾個問題的簡單疊加,它必須根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)和內(nèi)在聯(lián)系,同時關(guān)注學(xué)生的情緒和精神需要，使學(xué)生能在良好的精神狀態(tài)下積極思考,從而真正有效地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。