在初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

譚健明

摘 要：物理核心素養(yǎng)的要求與科學(xué)思維的思想是一致的，均致力于對學(xué)生進(jìn)行思維能力的訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生在科學(xué)探究的道路上深入前進(jìn)。讓學(xué)生經(jīng)歷一次完整的實驗過程，就是對其進(jìn)行科學(xué)思維訓(xùn)練的過程。在初中物理實驗中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法如下：全程參與，調(diào)動實驗的自主性;觀察過程，引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘;利用結(jié)果，通過活動訓(xùn)練思維。

關(guān)鍵詞：初中物理;實驗教學(xué);科學(xué)思維

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》指出，初中物理的課程基本理念之一是“面向全體學(xué)生，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)”。這與物理學(xué)科核心素養(yǎng)中“培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維”的要求一致，都旨在讓學(xué)生對科學(xué)有正確的認(rèn)知，積累科學(xué)知識，習(xí)得科學(xué)研究方法，具備科學(xué)精神。初中物理實驗教學(xué)是物理教學(xué)的重要組成部分，由于物理本身就是科學(xué)知識，因此物理實驗教學(xué)中也蘊含著豐富的科學(xué)知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。這指引著教師借助物理實驗培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，既是物理學(xué)科的本質(zhì)要求也是學(xué)生發(fā)展的需要。

一、物理核心素養(yǎng)與科學(xué)思維

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受物理教育過程中逐漸形成適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科性質(zhì)的品質(zhì)。有學(xué)者結(jié)合初中物理的特點以及學(xué)生的身心發(fā)展特點提出了初中物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括形成物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。由此可見，物理核心素養(yǎng)與科學(xué)密切相關(guān)，四項素養(yǎng)中有三項與“科學(xué)”相關(guān)，其中科學(xué)思維是重要的內(nèi)容之一。既然物理學(xué)科本身就是科學(xué)，那么物理實驗就是科學(xué)的實驗，其在操作過程中必然設(shè)計科學(xué)的方法與理念，必然蘊含科學(xué)思維。

“科學(xué)思維”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力是重要的教學(xué)目標(biāo)之一?？茖W(xué)思維的形成需要土壤，對初中生進(jìn)行科學(xué)思維的培養(yǎng)離不開科學(xué)學(xué)科的教學(xué)，物理學(xué)科作為科學(xué)學(xué)科是重要載體。在初中物理實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維就是物理實驗的本質(zhì)要求。同時，物理實驗也是科學(xué)思維得以體現(xiàn)和培養(yǎng)的有利途徑。

二、科學(xué)思維在物理實驗中的體現(xiàn)

實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的可行研究方法之一，實驗需要實驗設(shè)計、精密的實驗過程、對實驗結(jié)果進(jìn)行分析與總結(jié)，其中不僅需要專業(yè)知識的支撐，還需要嚴(yán)密的邏輯和推理論證。在實驗的過程中，科學(xué)思維無處不在，讓學(xué)生經(jīng)歷完整的實驗過程，就是對其進(jìn)行科學(xué)思維訓(xùn)練的過程。

首先，物理實驗設(shè)計需要縝密的布局和安排，這就是科學(xué)思維中模型建構(gòu)的思想。在實驗設(shè)計階段學(xué)生需要做各種實驗準(zhǔn)備，為實驗的過程設(shè)計步驟，預(yù)想實驗中的不利因素等，還需要統(tǒng)籌布局實驗的環(huán)節(jié)和人員，這一過程如同建構(gòu)模型，需要縝密的科學(xué)思維。其次，在物理實驗中，學(xué)生通過實驗得出一定的數(shù)據(jù)，他們需要在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再得出結(jié)論，這一過程就是推理論證的過程，符合科學(xué)思維的科學(xué)推理和科學(xué)論證的要求。實驗中的因素和數(shù)據(jù)是推論、論證的基礎(chǔ)，然而推論也需要基于一定的認(rèn)知，需要具有科學(xué)性。最后，學(xué)生在實驗的過程中如果遇到實驗結(jié)果與預(yù)想的不同情況，就需要進(jìn)行大膽質(zhì)疑，并重新設(shè)計實驗，進(jìn)行新的驗證，這本身就是創(chuàng)新的過程，體現(xiàn)的是質(zhì)疑和創(chuàng)新精神，即科學(xué)思維中的質(zhì)疑創(chuàng)新。總之，物理實驗就是科學(xué)實驗，其中的科學(xué)思維值得學(xué)生在實驗中不斷學(xué)習(xí)與實踐。

三、在初中物理實驗中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方法

（一）全程參與，調(diào)動實驗的自主性

讓學(xué)生經(jīng)歷實驗的整個過程，可以使其明白實驗的始末，在這一過程中進(jìn)行思維的升級與改造。調(diào)動學(xué)生實驗的自主性意味著讓學(xué)生主動地參與實驗的一系列環(huán)節(jié)，親自設(shè)計、準(zhǔn)備、動手操作、總結(jié)分析等，從而經(jīng)歷科學(xué)思維的整個過程。全程參與物理實驗也意味著要拓寬物理實驗場所，讓物理實驗不僅僅局限于實驗室，還能在教室、校園、家中等場所隨時隨地展開。學(xué)生自主地、全身心投入地參與實驗的全程需要教師的引導(dǎo)與幫助，發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。

例如，在教學(xué)浮力這一節(jié)內(nèi)容時，筆者讓學(xué)生做“如何讓雞蛋和橡皮泥漂浮在水面上”的實驗。在實驗前，學(xué)生需要掌握有關(guān)浮力的知識，準(zhǔn)備做實驗的材料和工具，并設(shè)計實驗環(huán)節(jié)。在實驗中，筆者讓學(xué)生自己動手實驗，感受浮力的存在及其大小。由于這一實驗非常有趣，學(xué)生參與的自主性比較高。他們做好一切準(zhǔn)備工作，并在操作的過程中積極地全身心地參與。在實驗后，筆者讓學(xué)生說一說讓物理漂浮起來的原理以及方法，學(xué)生通過實驗驗證了浮力與密度和面積等因素相關(guān)，并能夠從這些原理性的知識中得到浮力大小的啟示。學(xué)生通過參與全程的實驗經(jīng)歷了整個科學(xué)過程，其科學(xué)思維也隨著實驗的進(jìn)行而逐漸發(fā)展，得到了鍛煉。

（二）觀察過程，引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘

在觀察過程階段，要求教師在學(xué)生進(jìn)行實驗的過程中作為觀察者觀察學(xué)生的實驗過程，并在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī)對學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，讓其深入挖掘?qū)嶒瀮?nèi)容，啟發(fā)學(xué)生在最近發(fā)展區(qū)內(nèi)不斷提升。學(xué)生在實驗中進(jìn)行探究問題時，教師需要在觀察中幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)新的探究問題，讓學(xué)生在實驗中根據(jù)生成的探究問題進(jìn)行深入研究。學(xué)習(xí)是一個自主建構(gòu)的過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)中只有不斷地解決自己遇到的問題，才能建構(gòu)起屬于自己的知識。

例如，在教學(xué)浮力這一節(jié)內(nèi)容時，學(xué)生要做的實驗是“讓雞蛋和橡皮泥漂浮起來”。然而，學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)：給盛雞蛋的容器中加鹽，水的密度變大，雞蛋能夠漂浮起來;用同樣的方法，在盛橡皮泥的容器中加入鹽，無論加多少，橡皮泥還是漂浮不起來，這是為什么呢？這一問題就是學(xué)生在實驗的過程中生成的問題，教師在觀察的過程中要引導(dǎo)學(xué)生想辦法解決問題。在本案例中，筆者順著學(xué)生的思路，讓學(xué)生思考與浮力有關(guān)的因素，有浸入液體的體積、浸入液體的深度及密度。學(xué)生在思考這些因素后，從這三個因素出發(fā)尋找橡皮泥不能漂浮的原因，思考與體積、深度、密度哪個因素有關(guān)。有學(xué)生經(jīng)過思考后說明了這一現(xiàn)象的原因，由于橡皮泥的密度比水的密度大得多，往水里加再多鹽也不能改變，因此加鹽不能讓橡皮泥漂浮起來。而可通過改變橡皮泥的體積，如捏成片狀或做成小船，這樣橡皮泥就可以漂浮起來了。這位學(xué)生的分析非常到位，不僅解釋了問題還給出了解決問題的方法。這一過程是學(xué)生進(jìn)行問題解決的過程也是學(xué)生利用科學(xué)思維推理的過程，整個過程有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

（三）利用結(jié)果，通過活動訓(xùn)練思維

實驗結(jié)果是教師可利用的訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維的重要材料。無論學(xué)生實驗成功還是失敗，實驗的結(jié)果都可以成為學(xué)生學(xué)習(xí)的動力。教師可以讓學(xué)生通過實驗結(jié)果回溯實驗過程，分享得出實驗結(jié)果的歷程，在學(xué)生分享的過程中引導(dǎo)學(xué)生，讓其通過科學(xué)的解釋闡述問題，進(jìn)而能更深入思考問題。教師還可以通過結(jié)果驗證法，讓學(xué)生重復(fù)實驗，引導(dǎo)學(xué)生在再一次的實驗中思考與總結(jié)。例如，在教學(xué)壓強(qiáng)這一節(jié)內(nèi)容時，筆者讓學(xué)生做筷子提米的實驗，實驗結(jié)果是學(xué)生可以用一根筷子提起裝滿米的杯子。利用這一結(jié)果，筆者先讓做實驗的學(xué)生講一講自己的實驗過程和思考。有的學(xué)生不僅說出了其中的原理，還講述了自己做實驗中的遇到的困難與思考。然后，筆者引領(lǐng)學(xué)生在教室里重復(fù)這一實驗，學(xué)生在動手操作的過程中思考方法，解決問題，提升了科學(xué)思維的能力。因此，合理地利用實驗結(jié)果訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維能力，讓學(xué)生通過結(jié)果再思考，是可行且有效的科學(xué)思維訓(xùn)練的方法。

四、小結(jié)

總之，在初中物理實驗中訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維能力是實驗教學(xué)的要求也是推動學(xué)生思維發(fā)展的要求，更是學(xué)生物理核心素養(yǎng)養(yǎng)成的要求。當(dāng)然，這需要得到教師的重視，教師要相信學(xué)生，讓學(xué)生充分地自主參與實驗并在實驗中進(jìn)行科學(xué)思維的訓(xùn)練。

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