例談初中物理教學(xué)中學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)

陳懋

摘? ? 要：初中物理科學(xué)思維包含情境轉(zhuǎn)換、現(xiàn)象分析、證據(jù)意識(shí)、質(zhì)疑創(chuàng)新四個(gè)要素.在實(shí)際物理教學(xué)中，許多教師往往注重知識(shí)和技能的傳授，而忽視學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng).針對(duì)初中物理教材特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，以“液體蒸發(fā)”教學(xué)為例，圍繞核心素養(yǎng)這個(gè)目標(biāo)，帶著“發(fā)展學(xué)生思維”的理念，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，體驗(yàn)情境轉(zhuǎn)換;問(wèn)題引導(dǎo)，經(jīng)歷現(xiàn)象分析;稚化追問(wèn)，樹(shù)立證據(jù)意識(shí);多元評(píng)價(jià)，敢于質(zhì)疑創(chuàng)新，有效提升學(xué)生的科學(xué)思維能力.

關(guān)鍵詞：情境轉(zhuǎn)換;現(xiàn)象分析;證據(jù)意識(shí);質(zhì)疑創(chuàng)新

“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對(duì)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(shí)方式;是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建理想模型的抽象概括過(guò)程;是分析綜合、推理論證等方法的內(nèi)化.初中物理科學(xué)思維主要包括情境轉(zhuǎn)換、現(xiàn)象分析、證據(jù)意識(shí)、質(zhì)疑創(chuàng)新四個(gè)要素.[1]《義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在“過(guò)程與方法”目標(biāo)中多處涉及思維能力的培養(yǎng)，如，“學(xué)習(xí)從收集的信息中分析、歸納規(guī)律”、“有初步的分析概括能力”、“提高分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力”.在物理教學(xué)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，就是通過(guò)物理課程的教學(xué)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維方法的訓(xùn)練，改善學(xué)生的思維結(jié)構(gòu)和思維品質(zhì)，促進(jìn)他們理解知識(shí)，提高學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，以及獨(dú)立思考和創(chuàng)造性思維的能力.[2]但在實(shí)際物理教學(xué)中，由于長(zhǎng)期受應(yīng)試教學(xué)影響，許多教師往往注重知識(shí)和技能的傳授，而忽視學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng).筆者以“液體的蒸發(fā)”課堂教學(xué)片段為例，談一談如何在初中物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維，有效提升學(xué)生的科學(xué)思維能力.

一、創(chuàng)設(shè)情境，體驗(yàn)情境轉(zhuǎn)換

以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為目標(biāo)的教學(xué)，需要選擇并創(chuàng)設(shè)合理的情境，通過(guò)適當(dāng)?shù)幕顒?dòng)促進(jìn)學(xué)習(xí)發(fā)生.情境認(rèn)知理論也認(rèn)為，學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者基于特定的情境對(duì)知識(shí)主動(dòng)建構(gòu)的過(guò)程，情境是一切認(rèn)識(shí)活動(dòng)的基礎(chǔ)，而知識(shí)則鑲嵌于產(chǎn)生它的情境之中.在物理教學(xué)中，教師通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生將生活情境與物理知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系與轉(zhuǎn)換，選取恰當(dāng)?shù)奈锢碇R(shí)解決情境中出現(xiàn)的物理問(wèn)題，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也更有利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解.例如，在新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，筆者創(chuàng)設(shè)情境如下.

情境轉(zhuǎn)換1? ?無(wú)論是在冬天，還是在夏天，濕布擦過(guò)的桌面都會(huì)逐漸變干.同樣，酒精無(wú)論擦在溫暖的皮膚上，還是擦在其他冰冷物體的表面，最后都將“消失不見(jiàn)”.這些液體變成了什么呢？學(xué)生認(rèn)為變成了氣體，但無(wú)法看見(jiàn)水變成水蒸氣，只能由水量減少去推測(cè)減少的水可能變成氣體擴(kuò)散到空氣中.學(xué)生有吹氣球的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)氣球外形的變化可以實(shí)實(shí)在在地感知?dú)鈶B(tài)的存在.基于此，我們可以利用如圖1所示裝置，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在試管中裝適量水，為了縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，用酒精燈加熱，但水不能沸騰，幾分鐘后，試管內(nèi)水逐漸減少，氣球慢慢鼓起來(lái).說(shuō)明水量的減少是因?yàn)樗兂闪怂魵猓寣W(xué)生真實(shí)感受水蒸氣的產(chǎn)生.

情境轉(zhuǎn)換2? ?蒸發(fā)現(xiàn)象主要發(fā)生在液體的哪里呢？學(xué)生先閱讀教材：以分子運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)看，組成液體的大量分子總在不停地運(yùn)動(dòng)著，其中有些分子運(yùn)動(dòng)的速度較大.當(dāng)這些分子處于液體表面時(shí)，就容易克服其他分子對(duì)它的引力，離開(kāi)液面進(jìn)入空氣中.這只是微觀推理，學(xué)生不能理解，如何用實(shí)驗(yàn)來(lái)“看到”變化過(guò)程呢？課本中沒(méi)有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題.我們可以利用兩個(gè)試管、食用油、注射器、氨水等器材，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，具體操作如下。

如圖2，將適量的氨水倒入試管1，然后用棉簽沾上酚酞試液放在試管1管口，請(qǐng)同學(xué)觀察變化情況（若棉球變紅說(shuō)明氨水蒸發(fā)，酚酞遇堿性變紅）;將適量的食用油倒入試管2待用，用注射器取適量的氨水注入試管2中，然后用棉簽沾上酚酞試液放在試管2管口，觀察變化情況.（棉球沒(méi)有變色表明氨水處于液體內(nèi)部沒(méi)有蒸發(fā)）得出結(jié)論：蒸發(fā)只發(fā)生在液體表面.

情境轉(zhuǎn)換3? ?對(duì)照水沸騰時(shí)的現(xiàn)象，蒸發(fā)的劇烈程度怎樣？學(xué)生認(rèn)識(shí)到蒸發(fā)是比較緩慢的.綜合以上情況，你能給蒸發(fā)現(xiàn)象下一個(gè)可操作的定義嗎？學(xué)生在討論、發(fā)言過(guò)程中逐漸完善，蒸發(fā)是在任何溫度下發(fā)生，但只能在液體表面發(fā)生的緩慢汽化現(xiàn)象.

情境轉(zhuǎn)換1來(lái)自于學(xué)生以往經(jīng)歷過(guò)的生活情境，每個(gè)學(xué)生都有親身體驗(yàn)，并自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，必然興趣盎然;情境轉(zhuǎn)換2來(lái)自于教材，教師開(kāi)展演示實(shí)驗(yàn)，把不可見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)的現(xiàn)象，既有挑戰(zhàn)也有趣味;情境轉(zhuǎn)換3中，聯(lián)系生活中水沸騰現(xiàn)象，讓學(xué)生比較沸騰和蒸發(fā)，完善蒸發(fā)的操作性定義，富有開(kāi)放性和創(chuàng)新性.

在教學(xué)中，針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知邏輯，教者獨(dú)具匠心，創(chuàng)設(shè)的情境從形象的生活場(chǎng)景到相對(duì)抽象的問(wèn)題場(chǎng)景，對(duì)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)思維積極性，可以起到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的效果.情境轉(zhuǎn)換充分體現(xiàn)了初中物理“從生活走向物理，從物理走向生活”的課程理念.

二、問(wèn)題導(dǎo)引，經(jīng)歷現(xiàn)象分析

對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行分析和推理是重要的科學(xué)思維過(guò)程.科學(xué)推理是以已有的物理知識(shí)和所給的事實(shí)與條件，進(jìn)行邏輯思維推導(dǎo)，推出正確的判斷或結(jié)論的個(gè)性心理特征.學(xué)生學(xué)習(xí)物理的過(guò)程究其實(shí)質(zhì)就是提出問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維獲得過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生推理就是很重要的一種解決問(wèn)題方式.[3]在物理教學(xué)中，通過(guò)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由感性到理性的問(wèn)題呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象建立猜想;也可以在運(yùn)用物理概念和規(guī)律對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分析和推理基礎(chǔ)上，得出初步結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生分析能力.

現(xiàn)象分析1? ?冬天洗澡后，我們一般都希望用浴巾擦過(guò)的身體干得快些;買(mǎi)來(lái)的水果干得慢些.這就涉及液體蒸發(fā)的快慢.你能對(duì)液體蒸發(fā)快慢的影響因素建立合理的假設(shè)嗎？考慮到學(xué)生每天都要洗臉用毛巾，聯(lián)系晾曬毛巾的經(jīng)驗(yàn)，也許能夠得到啟示，提示：濕毛巾?yè)伍_(kāi)晾曬比堆在一起晾曬干得快;在太陽(yáng)光下曬比在陰涼處晾干得快;在通風(fēng)處晾曬比無(wú)風(fēng)處晾曬干得快.學(xué)生分析撐開(kāi)和堆在一起的不同是表面積，太陽(yáng)光下和陰涼處的不同是溫度，在通風(fēng)處和無(wú)風(fēng)處的不同是空氣流動(dòng)的快慢，這樣學(xué)生建立如下假設(shè)：①可能跟液體表面積的大小有關(guān);②可能跟溫度的高低有關(guān);③可能跟液體表面空氣流動(dòng)的快慢有關(guān).

現(xiàn)象分析2? ?除了這些因素以外，結(jié)合晾毛巾這個(gè)事例，你認(rèn)為影響蒸發(fā)快慢的因素還有哪些？

不同的液體，毛巾干得快慢不同，蒸發(fā)快慢與液體的種類(lèi)有關(guān);南風(fēng)天潮濕的天氣，毛巾不容易干，蒸發(fā)快慢與空氣的濕度有關(guān);毛巾擰干，或者用洗衣機(jī)脫水后干得快，冬天的浴巾很厚不容易干，毛巾上有大量的水，干得慢，少量的水，干得快，蒸發(fā)快慢與水的多少有關(guān).針對(duì)最后一個(gè)猜想，筆者引導(dǎo)學(xué)生分析，蒸發(fā)快慢是指相同時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的液體體積，沒(méi)擰干的毛巾，干得慢，主要原因是本身含水多，單位時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)的量是相等的，所以他們蒸發(fā)快慢與液體的多少?zèng)]有關(guān)系.

現(xiàn)象分析1中，學(xué)生對(duì)生活中的晾毛巾現(xiàn)象，運(yùn)用對(duì)照比較分析問(wèn)題，建立猜想，也暴露自己的迷思概念，盡管思維處于感性的模糊階段，但已經(jīng)為后續(xù)實(shí)驗(yàn)探究埋下伏筆;現(xiàn)象分析2中，研究的對(duì)象還是生活中的毛巾，研究的問(wèn)題不斷深化，并且在分析和推理的基礎(chǔ)上糾正錯(cuò)誤前概念，學(xué)生解決問(wèn)題的科學(xué)思維水平也上升到一定高度.

在課堂上教師是為了“課堂效率”直接告知，還是引導(dǎo)他們進(jìn)行自我現(xiàn)象分析.實(shí)踐證明，我們采用問(wèn)題導(dǎo)引，學(xué)生經(jīng)歷現(xiàn)象分析，并利用事實(shí)說(shuō)話(huà)，可以培養(yǎng)他們實(shí)事求是的精神，同時(shí)也培養(yǎng)他們善于發(fā)現(xiàn)，深入思考的能力，提高科學(xué)分析能力.

三、稚化追問(wèn)，樹(shù)立證據(jù)意識(shí)

證據(jù)意識(shí)是指具有收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、圖示圖表、生活實(shí)例和故事、學(xué)生活動(dòng)與操作記錄、語(yǔ)言和文字表達(dá)等證據(jù)的良好習(xí)慣，據(jù)此得出初步結(jié)論并能清晰地表達(dá)自己的觀點(diǎn).物理推理能力是以已有的物理知識(shí)和所給的事實(shí)與條件，進(jìn)行邏輯推導(dǎo)，推出正確的判斷或結(jié)論的個(gè)性心理特征.在物理教學(xué)中，教師進(jìn)行稚化追問(wèn)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽表達(dá)，仔細(xì)傾聽(tīng)同伴的建議，小心求證.以下以探究影響蒸發(fā)快慢影響因素的實(shí)例來(lái)說(shuō)明如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)證據(jù)意識(shí).

根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材：玻璃片（2塊）、滴管、酒精、水、酒精燈、木夾、硬紙片，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的假設(shè)？實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用怎樣的科學(xué)方法？在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教師追問(wèn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)要注意什么？學(xué)生討論得出，考慮到酒精易燃，加熱時(shí)間不能太長(zhǎng)，也不能沸騰，否則酒精燃燒，玻璃片碎裂，最終形成如下實(shí)驗(yàn)方案，如圖3所示.

設(shè)計(jì)記錄表格：

[影響液體蒸發(fā)快慢的因素 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 液體溫度（高低） 液體表面積（大小） 液體表面空氣流速（快慢） 蒸發(fā)快慢 1 2 3 ]

分小組匯報(bào)，交流評(píng)價(jià)：①其他條件相同時(shí)，液體表面積越大，液體先消失;②其他條件相同時(shí)，液體溫度越高，液體先消失;③其他條件相同時(shí)，液體表面空氣流速越大，液體先消失.

追問(wèn)：科學(xué)研究是一個(gè)由表象到本質(zhì)，由宏觀到微觀的過(guò)程，同學(xué)們能否利用所學(xué)的分子運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，說(shuō)出你尋找的微觀證據(jù).學(xué)生討論得出，液體表面積越大，分子從液體表面跑出來(lái)越多，蒸發(fā)越快;溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，蒸發(fā)越快;液體表明空氣流動(dòng)越快，分子從液面跑出來(lái)越快，蒸發(fā)越快.

上述片段中，教師引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)收集到的證據(jù)，大膽表達(dá)自己的觀點(diǎn)，從宏觀到微觀，使研究的問(wèn)題不斷深化.當(dāng)然，也可借助反證、實(shí)例、理論來(lái)闡明自己的觀點(diǎn)，并且在分析和推理基礎(chǔ)上得出結(jié)論.在教學(xué)中能堅(jiān)持“證據(jù)意識(shí)”的培養(yǎng)，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的提升將不無(wú)裨益.

四、多元評(píng)價(jià)，敢于質(zhì)疑創(chuàng)新

質(zhì)疑創(chuàng)新是科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力，是科學(xué)思維的重要特征.質(zhì)疑是指經(jīng)過(guò)充分分析后提出疑問(wèn)，體現(xiàn)出善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出疑問(wèn)并進(jìn)行解釋的思維批判能力.而創(chuàng)新就是要突出已有知識(shí)的局限性，提出新概念或發(fā)現(xiàn)新規(guī)律，構(gòu)建新的理論模型.[4]在物理教學(xué)中，教師進(jìn)行多元評(píng)價(jià)，保護(hù)學(xué)生的好奇心，鼓勵(lì)他們多提問(wèn)、多質(zhì)疑，培養(yǎng)多角度思考問(wèn)題的習(xí)慣，促進(jìn)創(chuàng)新思維的達(dá)成.

質(zhì)疑創(chuàng)新1? ?在課堂上筆者在一些同學(xué)的手背上涂些酒精，他們發(fā)現(xiàn)，不一會(huì)酒精“沒(méi)有了”，同時(shí)手背上涂酒精處感覺(jué)到有點(diǎn)涼，這是什么原因呢？

有同學(xué)預(yù)習(xí)了新課，認(rèn)為酒精蒸發(fā)，需要吸熱，有致冷作用;也有同學(xué)提出了質(zhì)疑，認(rèn)為由于酒精本來(lái)是冷的，所以手背會(huì)覺(jué)得涼冰冰的.筆者追問(wèn)學(xué)生：那你們?nèi)绾斡脤?shí)驗(yàn)來(lái)證明他們的解釋是否正確呢？立即有同學(xué)提出，在手背上涂一些“溫”酒精，其蒸發(fā)時(shí)手背感覺(jué)比正常降溫更快一些，說(shuō)明酒精蒸發(fā)確實(shí)有致冷作用，頓時(shí)全班同學(xué)給予他熱烈的掌聲.

為了使學(xué)生確認(rèn)這一點(diǎn)，我讓學(xué)生做如圖4的實(shí)驗(yàn)：將溫度計(jì)先浸入酒精中，然后從酒精中提出，觀察溫度計(jì)讀數(shù)的變化.學(xué)生看到的現(xiàn)象是溫度計(jì)的讀數(shù)降低.這是因?yàn)橐后w蒸發(fā)時(shí)，本身溫度要降低，從而也說(shuō)明液體蒸發(fā)時(shí)，會(huì)從外界吸收熱量.

實(shí)驗(yàn)之后，我問(wèn)學(xué)生：在實(shí)驗(yàn)中你們看到什么現(xiàn)象？大家都說(shuō)溫度計(jì)的讀數(shù)變小了.我又追問(wèn)：誰(shuí)能解釋溫度計(jì)的讀數(shù)為什么會(huì)變??？

生1：因?yàn)榫凭舭l(fā)時(shí)，吸收了室內(nèi)空氣的熱量，使室溫降低了.

生2：解釋不合理，因?yàn)榫湍敲匆稽c(diǎn)點(diǎn)酒精蒸發(fā)，不可能使那么多的空氣溫度降低得那么多.

師：你們能夠用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明他們的解釋是否正確嗎？

生3：只要用兩支溫度計(jì)就行了.其中一支的玻璃泡是干的，將另一支從酒精中取出后，看看兩支溫度計(jì)的讀數(shù)是不是都會(huì)變小.

學(xué)生開(kāi)始活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)干的溫度計(jì)讀數(shù)沒(méi)有變化，濕的溫度計(jì)讀數(shù)先下降后不變，說(shuō)明酒精蒸發(fā)時(shí)吸收了溫度計(jì)的熱量，導(dǎo)致溫度計(jì)的示數(shù)下降.

質(zhì)疑創(chuàng)新2? ?扇扇子為什么會(huì)使人感到?jīng)隹?？學(xué)生認(rèn)為，扇扇子的過(guò)程中，加快空氣流通速度，蒸發(fā)加快，吸收的熱量加快，使人的體溫下降;也有學(xué)生認(rèn)為，扇扇子的過(guò)程中，產(chǎn)生了風(fēng)，風(fēng)是涼的，風(fēng)使人的體溫下降.筆者追問(wèn)學(xué)生：那你們?nèi)绾斡脤?shí)驗(yàn)來(lái)證明他的解釋是否正確呢？立即有學(xué)生提出，用電風(fēng)扇對(duì)著干燥的溫度計(jì)扇，觀察溫度計(jì)的讀數(shù)會(huì)不會(huì)降低.學(xué)生開(kāi)始活動(dòng)，他們發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)的讀數(shù)沒(méi)有變化，說(shuō)明扇扇子使人感到?jīng)隹斓脑蚴羌涌炝松眢w表面汗液蒸發(fā)，蒸發(fā)致冷.

質(zhì)疑創(chuàng)新1中，教師并不是采用單純的推理方法，或單純的實(shí)驗(yàn)方法，而是讓學(xué)生先體驗(yàn)，再做合情質(zhì)疑推理，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn).這給學(xué)生一個(gè)重要的啟示：科學(xué)需要質(zhì)疑，科學(xué)更需要實(shí)證.質(zhì)疑創(chuàng)新2中，針對(duì)生活中的吹電風(fēng)扇現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生互相質(zhì)疑，啟發(fā)智慧，在創(chuàng)新活動(dòng)后，學(xué)生豁然開(kāi)朗，好奇心得以滿(mǎn)足，享受到科學(xué)思維的樂(lè)趣，體驗(yàn)到物理學(xué)科的獨(dú)特魅力.

總之，教育的本質(zhì)是教會(huì)我們思考.教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，圍繞核心素養(yǎng)這個(gè)目標(biāo)，帶著“發(fā)展學(xué)生思維”的理念，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，指導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，讓思維訓(xùn)練貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，真正感受、理解知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程，讓思考成為學(xué)生的習(xí)慣，相信我們的物理課會(huì)產(chǎn)生更大的效益，定能為孩子終身的幸福奠下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

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