初中物理实验教学中科学思维的培养

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  【摘 要】科学思维是影响教学活动的后续推进的第一要素,在初中物理实验教学环节,客观实验现象与抽象理论知识相互配合,共同构成了学生认知物理知识的基本框架。要进一步开发物理教学的育人价值,教师必须做好科学思维的培养,使学生形成推导、质疑、总结等素养。本文对初中物理实验教学中如何培养学生的科学思维进行探析。
   【关键词】科学思维;初中物理;实验教学;培养策略
   结合现阶段的教学活动来看,科学思维的培养必须遵循以下三大原则:注重教学活动的紧密逻辑,实现归纳和演绎的统一;注重辩证分析方法和综合分析方法的应用;注重逻辑与历史的一致,确保理论与实践高度协调。在物理实验教学活动中,科学思维表现为求知、求真、求异等素养,借由多元实验计划培养学生的科学思维,才能使物理教学活动发挥出更大的作用。
   一、设计实验方案,培养科学探究思维
   要使学生在初中物理实验教学活动中形成出色的科学思维,教师必须对教学方法进行调整。强调实验教学活动的自主性、开放性、科学性,为学生提供探究、积累、创造的机会,才能进一步开发学生的物理科学思维。从物理教学的基本要求来看,在实验教学活动中,学生所采取的实验方案、实验内容与教师的实验计划完全一致,学生的独立意识、自由思想无法表现出来,其严重缺乏独立探究的良好意识。在后续的教学活动中,也无法形成自主探究、深入探究的科学思维。教师应该在物理实验教学活动中引入“甩手掌柜”思想,要求学生对自己负责,独立设计实验方案,以此来培养学生的科学探究思维,使学生在探究、反思的过程中学习物理知识。
   以苏科版初中物理八年级上册《声音的特征》的教学为例,围绕教材内容,学生了解到声音能够在不同的介质中传播、声音具有穿透力、声音通过振动产生等知识。教师可要求学生设计实验,证明有关观点,培养学生的科学探究思维。在这一过程中,学生首先对声音的特点进行选择,然后确定实验方案与实验器材,在开展实验的同时记录实验结果,思考实验结论是否成立。以“声音能够在不同的介质中传播”的证明为例,学生利用塑料软管、注射器进行证明:在日常生活中,声音通过空气进行传播;但在用注射器抽光塑料软管内的空气之后,在塑料管的另一端说话,测试学生还是能够听到声音,证明声音能够在固体中进行传播。围绕声音的不同特质,学生确定了不同的实验方案,得出了相应的实验成果。鼓励学生独立探究,培养其科学探究思维,在帮助学生形成物理素养的同时,更能够深入挖掘学生的科学意识。
   二、开展实验活动,培养科学操作思维
   部分物理实验所涉及到的实验材料与实验现象比较复杂,在教学指导活动中,学生需要学习多种实验知识,实验流程繁琐。故此,为了保障正常的教学进度,部分教师选择将实验剔除,借由语言叙述描述实验现象。在这种情况下,学生无法观察到客观的实验现象,对于教师所给出的真理依旧“存疑”。要培养学生的科学思维,必须强调物理实验教学的真实性特点,在教学活动中引导学生开展实验,才能为学生科学思维的萌发创造条件。对于一些较为复杂、繁琐的实验,教师更应该对其进行保留,锻炼学生的实验操作能力,使其形成科学思维。
   以苏科版初中物理八年级上册《透镜》的教学为例,教师可要求学生利用凸透镜、凹透镜和平面镜分别进行实验,根据不同的实验结果分析透镜的特点。学生对实验方案进行设计,并对实验细节进行规划:为探究三种透镜的特点,应该保持光源、光的入射角度、光到透镜的距离等要素完全一致,避免因人为操作而产生的误差问题。对于实验现象,可在透镜的后方、前方分别放置黑色卡纸,观察光的变化。实验发现,平面镜的前方卡纸上出现了光柱,证明平面镜反射光;凸透镜后形成了小光点,证明凸透镜汇聚了光;在凹透鏡后,卡纸上出现了较大的光圈,凹透镜发散光的特点被记录下来。在实验的过程中,为了保障实验结果的精准、科学,学生对实验操作过程进行控制,然后得出实验结论。对实验误差、实验现象等要素进行强调,帮助学生确定实验内容,能够使学生获得更为丰富的实操经验,进而逐步培养自身的科学思维。
   三、精解实验流程,培养科学互动思维
   科学思维来源于教材与教学活动。在培养学生科学思维的过程中,教师既要为学生预留独立思考的空间,又要帮助学生构建良好的互动关系,借助个人灵感、团体协作的相互配合,激发学生的科学思维。在初中物理实验过程中,学生的实验方案不同、得出的实验结果不同,最终得出的实验结论也不尽相同。当教师引导学生围绕有关实验开展互动时,学生的实验经验互相交流,将转化为新的学习灵感。在实验教学环节,可对实验流程进行精细讲解,要求学生以小组为单位,分别给出实验方案,确定实验细节。
   以苏科版初中物理八年级下册《气体的压强》的教学为例,在设计实验的过程中,学生可能会产生意见上的分歧:部分学生认为,气体是不存在压强的,因为气体的质量、密度极低,所产生的压强可以忽略不计。部分学生则根据实验提出反对意见:准备打气筒与气球,当不断对打气筒打气时,气球不断碰撞,最后炸裂,因为气球的内部压强大于外部压强,气体的压强撑破了气球。学生则认为,排气管受到了力产生气体,是这种“力”撑破了气球。学生持有不同的意见,对实验流程进行重新规划,根据“气体的压强”这一话题提出新的实验方案。在互动的过程中,部分学生的观点是错误的,其将压强、力等概念混淆起来,导致给出了错误的结论。但作为学生的引导者,教师应避免直接给出结论,而是要引导学生在争论、证明的过程中主动反思错误。借由互动,学生的观点互相碰撞,学生在推敲个人观点的同时检验他人的意见,科学思维正在逐步提升。
   四、反思实验成果,培养科学归纳思维
   物理实验不应该仅在某一单元的教学活动中发挥作用,在实验教学环节,学生所积累的经验、操作都应该成为未来的物理学习灵感。发挥物理实验“承上启下”的作用,才能进一步开发物理实验的教学管理价值。在尝试借助物理实验培养学生的科学思维的过程中,教师必须带领学生及时回顾以往的实验流程,积累实验经验,完成科学思维的培养任务。    以苏科版初中物理八年级上册《光的直线传播》的教学为例,直线传播是光的基本特质,但对于“直线”这一概念,学生可能会产生疑问,认为光存在曲线传播现象,教师可尝试利用平面镜开展实验教学活动,引导学生设计实验方案。结合《光的色彩、颜色》板块的有关实验,学生会对实验现象、物理知识进行讲解:当光被透镜分散之后,分散出来的各色光依旧呈直线状态,可以说,光是沿直线传播的;部分学生则认为,是透镜改变了光的传播状态,与光相互作用的材料不同,光的入射角度也不同。结合推理,学生配合平面镜、凸透镜等材料开展物理实验。在实验的过程中,对光的入射方向、反射方向、光穿过镜面之后的方向进行测量、记录,研究发现,光只存在被汇聚、被发散的基本特点,在镜面处于同一平面的情况下,光确实是沿直线进行传播的。当物理实验活动进入瓶颈时,教师可结合以往的实验经验帮助学生分析相关知识,鼓励学生归纳实验结论,在落实教学工作的同时,学生的科学思维将随着实验经验同步增长。
   五、归纳实验结果,培养科学类比思维
   物理板块的教学知识存在着一定的相似性,培养学生的科学类比思维,使学生学会举一反三,能够加快学生吸收物理知识的速度,提高实验教学活动的科学性。在培养学生科学思维的过程中,教师应对物理实验的相似性特点投入足够的关注,借由多个实验验明同一主题,提高学生的物理学习兴趣。
   以苏科版初中物理八年级下册《力、弹力》的教学为例,学生认为,弹力是物体在弹起时所受到的力,在下落的过程中,物体本身具有的力已经传导给了大地,由此,物体本身是不具有力的,弹力来源于接触面。在实验教学活动中,学生的实验目的以“证明弹力不存在”为目标。教师可结合不同的材料引导学生进行实验,在实验中推导科学结论:准备体积完全相等的铁球与橡胶球,在同样的高度使其自由落地,实验结果表明,铁球并不会有弹起的现象,但橡胶球能够反复做弹跳运动。结合材质、受力等因素,学生提出:物体是会受到弹力的,物体的材质是导致其受到弹力的重要因素,材质不同,弹力大小不同,物体也就存在彈起与不弹起之间的区别。结合这一实验结论,学生开始尝试设计新的实验方案:物体的弹力是存在差异的,但对于不同材质的物体,其弹力是否仅受到自身材质的影响?接触面的弹性、接触时的瞬间作用力,这些因素会不会对弹力的最终现象产生影响?在提出实验方案的同时,教师为学生准备铁球、橡胶球、木板、弹力网等材料,引导学生控制实验中的变量,结合自己的理论发起进一步的实验探究活动。借由循序渐进的实验活动,学生在新的实验结果中获得灵感,然后为科学思维的发展创造条件。
   总之,科学思维包含归纳、实操、分析、求知等多种重要素质,培养学生的科学思维,对于学生的顺利发展、教学活动的顺利落实有着不可忽视的重要意义。教师可对实验教学活动进行优化,借由自主设计、小组合作、归纳反思、实验精解等渠道重新规划教学活动,开发学生的智力与能力,使其在犯错、改正、尝试、积累的过程中获得物理学习经验,为科学思维的发展提供助力。
   【参考文献】
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   [2]张炳发.初中物理教学中如何培养学生的科学思维[J].文理导航(中旬),2020(07):49-50.
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