指向?qū)W生科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理插圖教學(xué)探究

摘要：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)離不開課堂教學(xué)實(shí)踐。本文基于教材中的插圖開展有效教學(xué)，重點(diǎn)從“概念簡(jiǎn)化、情境創(chuàng)設(shè)、本質(zhì)規(guī)律、圖像內(nèi)涵”四個(gè)維度進(jìn)行探討，培養(yǎng)學(xué)生“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”等思維素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；插圖教學(xué)；初中物理；素養(yǎng)

培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)是新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的重要內(nèi)容，科學(xué)思維素養(yǎng)是物理核心素養(yǎng)的重要維度之一，主要體現(xiàn)在“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑并創(chuàng)新”四個(gè)方面。物理課堂是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主場(chǎng)。實(shí)踐表明，初中物理教材中教學(xué)插圖的融入，有助于加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)與規(guī)律的理解，有助于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升。本文以初中物理課堂教學(xué)為探究載體，從物理教材中的插圖教學(xué)案例為切入點(diǎn)，重點(diǎn)探討培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的具體方法與途徑，旨在拋磚引玉，希望能夠引起教育同仁的進(jìn)一步思考與探討。

1借助插圖簡(jiǎn)化概念理解，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的思維素養(yǎng)

物理是探索自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和本質(zhì)規(guī)律的自然科學(xué)。從科學(xué)方法論的視角來看，模型構(gòu)建是科學(xué)探究的基本活動(dòng)。在初中物理學(xué)科教學(xué)中，物理模型的構(gòu)建是探究物理規(guī)律、解決物理問題的重要方法。［1］在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析、綜合、比較、分類，將研究事物簡(jiǎn)化凝練成物理模型，有助于學(xué)生在處理實(shí)際問題的過程中借助物理模型闡釋具體事物原型規(guī)律。實(shí)踐表明，構(gòu)建物理模型能夠使物理概念直觀化、形象化，可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物理概念的理解。插圖是初中物理課本教學(xué)中重要的教學(xué)資源，其本身就是一種物理模型，它的形象呈現(xiàn)能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理概念的理解。

例如，“鈾核裂變”是復(fù)雜的重核裂變過程，屬于“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，對(duì)于初中學(xué)生而言理解比較困難。如圖1所示，教材中用形象、直觀的插圖呈現(xiàn)出鈾核裂變過程中釋放能量及產(chǎn)生一些新中子，新產(chǎn)生的中子與周圍鈾核進(jìn)行碰撞，引起新的鈾核發(fā)生裂變，如此下去，鈾核的裂變像“鏈條”一樣反應(yīng)下去。運(yùn)用插圖呈現(xiàn)鈾核裂變過程，有助于加深學(xué)生對(duì)鈾核裂變反應(yīng)過程的理解，達(dá)到化繁為簡(jiǎn)、事半功倍的效果。

再如，“直流電動(dòng)機(jī)的工作原理”是物理教學(xué)的難點(diǎn)，九年級(jí)物理教材靈活設(shè)置“模擬工作原理”的插圖，如圖2所示，物理教師可以借助教材中的插圖，引導(dǎo)學(xué)生從線圈受磁場(chǎng)力的角度進(jìn)行思考。線圈受到磁場(chǎng)力（F1和F2）開始轉(zhuǎn)動(dòng)，讓學(xué)生觀察線圈轉(zhuǎn)至平衡位置時(shí)是慣性導(dǎo)致線圈繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，越過平衡位置后線圈中電流方向必須反向才可以讓線圈在磁場(chǎng)力的作用下保持持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，說明必須存在一個(gè)能及時(shí)改變電流方向的裝置——“換向器”（兩個(gè)半銅環(huán)）和電刷。顯然，教師充分利用課本中形象、直觀的插圖，讓學(xué)生感受直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜的工作原理，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)直流電動(dòng)機(jī)工作原理的理解，有助于學(xué)生構(gòu)建科學(xué)的物理模型，有助于提升學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

（a）通電線圈受安培力作用，開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

（b）線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)，無電流通過，它依靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)

（c）線圈越過平衡位置后，電流方向發(fā)生改變，線圈在磁場(chǎng)力的作用下繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

2借助插圖創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理的思維素養(yǎng)

著名科學(xué)家伽利略認(rèn)為：“一切推理都必須從觀察與實(shí)驗(yàn)中得來?！边@一觀點(diǎn)充分說明物理規(guī)律的探究過程離不開觀察與實(shí)驗(yàn)，觀察與實(shí)驗(yàn)也是科學(xué)推理的必備基礎(chǔ)。科學(xué)推理是一種重要的思維形式，主要是依靠一個(gè)結(jié)論或規(guī)律推理得出另一個(gè)重要的結(jié)論或規(guī)律?？茖W(xué)推理源于實(shí)際問題情境，在教學(xué)實(shí)踐中物理教師可以運(yùn)用教材插圖，靈活地創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題過程中培養(yǎng)科學(xué)思維。［2］

例如，在八年級(jí)物理教材中，引入如圖3所示的“有趣的物理現(xiàn)象”插圖，向?qū)W生提出以下問題：圖甲中是長(zhǎng)蠟燭先熄滅還是短蠟燭先熄滅？圖乙中酒精燈加熱盛水燒瓶的頸部，小金魚會(huì)發(fā)生什么情況？物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察教材插圖進(jìn)行如下的科學(xué)推理：在圖甲中，蠟燭燃燒需要氧氣助燃，玻璃罩內(nèi)燃燒產(chǎn)生溫度較高的二氧化碳（其密度小于空氣密度），漂浮于玻璃罩的上方，從而導(dǎo)致長(zhǎng)蠟燭先熄滅；在圖乙中，由于水是熱的不良導(dǎo)體，酒精燈給盛水燒瓶頸部加熱時(shí)，熱量難以在短時(shí)間內(nèi)傳遞至瓶底部分，小金魚是安然無恙的。

再如，對(duì)八年級(jí)物理教材中“探究聲音的傳播”插圖的學(xué)習(xí)（見圖4），物理教師借助于實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生知道聲音在氣體（甲）、液體（丙）和固體（乙）中都

甲：看一看，是長(zhǎng)蠟燭先滅，還是短蠟燭先滅？

乙：猜一猜，小金魚會(huì)怎么樣？

可以傳播。在丁實(shí)驗(yàn)探究中，隨著越來越多的空氣被抽出，聲音變得越來越小，此時(shí)教師可以創(chuàng)設(shè)問題情境進(jìn)行追問：若在丁圖的實(shí)驗(yàn)中瓶?jī)?nèi)空氣被抽光，外界是否能聽到電話響鈴的聲音？在教師的引導(dǎo)和啟發(fā)之下，學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到聲音可以在氣體、液體和固體中傳播，但不能在真空中傳播，聲音的傳播需要介質(zhì)。借助教材中插圖進(jìn)行問題創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)推理得出正確結(jié)論，這樣的教學(xué)方法有助于學(xué)生科學(xué)推理思維能力的培養(yǎng)與提升。

3借助插圖凸顯事實(shí)本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證的思維素養(yǎng)

科學(xué)家托馬斯·庫(kù)恩一直堅(jiān)持認(rèn)為“學(xué)生獲取知識(shí)的過程就是科學(xué)論證的過程”?？茖W(xué)論證是根據(jù)數(shù)據(jù)和科學(xué)知識(shí)對(duì)自己的觀點(diǎn)與他人的觀點(diǎn)進(jìn)行反思，提出批判與質(zhì)疑的一種高階思維活動(dòng)。在初中物理教材中存在大量插圖，這些插圖能夠凸顯物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的本質(zhì)，作為物理教師可以借助這些插圖，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證與思考，進(jìn)而獲得相關(guān)結(jié)論，讓學(xué)生在評(píng)判中提升科學(xué)論證思維素養(yǎng)。［3］

例如，在八年級(jí)物理“液體的壓強(qiáng)”教學(xué)中，教材設(shè)計(jì)如圖5所示的三幅插圖，主要讓學(xué)生體驗(yàn)液體壓強(qiáng)的存在。在圖5甲中的玻璃管上端口加入水后發(fā)現(xiàn)下端的橡皮膜向下凸起；在圖5乙中用手指壓裝滿水的塑料袋后存在明顯的壓迫感；在圖5（丙）中把下部帶有橡皮膜的玻璃管向下插入水中發(fā)現(xiàn)橡皮膜向上凸出的現(xiàn)象。教師可以根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證進(jìn)而說明液體內(nèi)部存在壓強(qiáng)。

再如，在八年級(jí)物理“浮力”教學(xué)中，教材設(shè)計(jì)如圖6所示的四幅插圖來探究影響浮力大小的因素。浮力是初中物理課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，物理教師在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生觀察教材插圖中彈簧測(cè)力計(jì)的讀數(shù)及變化，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理性分析，獲取大量的數(shù)據(jù)和信息，對(duì)提出的猜想和假設(shè)進(jìn)行科學(xué)論證，從而形成正確的觀點(diǎn)：浮力大小等于排開液體的重力，有效驗(yàn)證阿基米德原理。借助教材插圖讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證并取得有效成果，有助于提升學(xué)生的科學(xué)論證思維能力與素養(yǎng)。

4借助插圖挖掘圖像內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑并創(chuàng)新的思維素養(yǎng)

質(zhì)疑是發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的重要手段，質(zhì)疑并創(chuàng)新是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要保障，質(zhì)疑是創(chuàng)新的前提條件，創(chuàng)新是質(zhì)疑的進(jìn)一步深化。顯然，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑并創(chuàng)新的能力是初中物理課堂教學(xué)的重要任務(wù)。在初中物理教材中存在一些插圖資源，這些資源有助于教師構(gòu)建問題情境，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)呈現(xiàn)的現(xiàn)象或結(jié)論提出疑問，發(fā)表自己的見解，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的物理規(guī)律與本質(zhì)。此過程有助于學(xué)生質(zhì)疑并創(chuàng)新思維素養(yǎng)的形成與發(fā)展。［4］

例如，在九年級(jí)物理“電流的磁場(chǎng)”教學(xué)中，教材設(shè)置如圖7所示“鐵釘吸引大頭針”的實(shí)驗(yàn)插圖。學(xué)生產(chǎn)生疑惑：為什么繞在鐵釘上的線圈通電后，鐵釘能吸引大頭針后還能吸引其他的大頭針？物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析與思考，在探索過程中逐步認(rèn)識(shí)到現(xiàn)象內(nèi)在的本質(zhì)規(guī)律：通電線圈周圍能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)吸引大頭針后使其“磁化”，磁化后的大頭針又能吸引其他的大頭針，讓學(xué)生明白磁化的基本規(guī)律與現(xiàn)象。

再如，在九年級(jí)物理“電流的磁場(chǎng)”教學(xué)中，教材在“課后習(xí)題”欄目中設(shè)置如圖8所示“人工心臟泵工作示意圖”，這是一幅融合一定科學(xué)技術(shù)的插圖，具有一定的創(chuàng)新性、先進(jìn)性。從線圈的A、B端交替流入電流后，通電線圈相當(dāng)于“電磁鐵”與永久磁體發(fā)生相互作用，從而帶動(dòng)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使得S1打開和S2關(guān)閉（或S1關(guān)閉和S2打開）。物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)插圖深度剖析其原理，拓展其應(yīng)用，讓學(xué)生在探索過程中不斷提升創(chuàng)新思維素養(yǎng)。

5結(jié)語(yǔ)

總而言之，科學(xué)思維是培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要方式，學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)依賴于客觀事實(shí)和科學(xué)的邏輯推理。初中物理教材中的插圖能夠提供大量“客觀事實(shí)和邏輯推理”的合適素材。物理教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課本插圖進(jìn)行深度剖析，讓學(xué)生明白插圖中蘊(yùn)藏的內(nèi)涵，揭示其內(nèi)在的本質(zhì)與規(guī)律，讓學(xué)生在探索中不斷提升科學(xué)思維素養(yǎng)，進(jìn)而促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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［2］吳立東.初中物理教學(xué)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力的實(shí)踐研究——以“牛頓第一定律”為例［J］.中學(xué)物理，2022，40（6）：11-14．

［3］劉學(xué)山，韓國(guó)法.找準(zhǔn)起點(diǎn)、抓住要點(diǎn)、生成亮點(diǎn)——談蘇科版初中物理教材插圖教學(xué)［J］.中學(xué)物理，2023，41（2）：36-40．

［4］賈洪波，張愛霞，郝書勛.巧借教材插圖讓復(fù)習(xí)課“活”起來［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2022，51（18）：14-16．