基于科学思维培养的初中物理实验教学设计路径

【摘要】新课标要求物理教学加强学生探究式学习能力的培养，引导学生运用科学思维理解和认识物理现象。文章以“平面镜成像”的实验教学为例，深入探讨初中物理实验教学设计原则，以及优化完善初中物理实验教学设计的策略，以期加强学生科学思维的培养。【关键词】科学思维；初中物理；实验教学；“平面镜成像”培养学生的科学思维，是初中物理核心素养的重要目标之一。科学思维不仅是学生理解和应用物理知识的基础，更是学生独立思考和解决问题的关键能力。初中物理实验课作为科学教育的重要组成部分，在培养学生的观察、实验、分析和推理能力上具有不可替代的作用。本文以初中物理的“平面镜成像”实验课为例，探讨如何在实验课中有效落实科学思维的培养，希望通过针对性的教学设计，促进学生科学思维能力的全面提升。一、基于科学思维培养的初中物理实验教学设计原则（一）教学设计由“基于教”转向“基于学”在以往的初中物理实验教学中，教学设计更侧重于教师如何教，强调教师的主导作用。这种以“教”为中心的教学设计，虽然能够向学生传授知识和技能，但难以有效培养学生的科学思维。为了更好地培养学生的科学思维，教师需要将教学设计的重心由“基于教”转向“基于学”。“基于学”的教学设计强调以学生为中心，关注学生的学习需求和认知特点，注重激发学生的学习兴趣和主动性。在这种设计理念下，教师应成为学生学习的引导者和合作者，而不是单纯的知识传授者。教师应通过实验教学设计，为学生创设一个具有开放性、探究性的学习环境，让他们在亲身参与和体验中发现问题、解决问题，从而培养他们的科学思维［1］。具体而言，教师应深入了解学生的已有知识和经验，根据他们的认知水平和学习特点来设计实验内容和难度，确保实验能够引发学生的兴趣和好奇心。在实验过程中，教师应鼓励学生积极参与、主动探究，通过观察和操作来发现物理现象和规律。同时，教师还应引导学生对实验现象进行深入思考和分析，鼓励他们提出自己的见解和疑问，培养他们的批判性思维和创新能力。实验结束后，教师还应组织学生进行总结和反思，让他们回顾实验过程、分享学习心得，从而巩固所学知识和技能，进一步提升科学思维能力。（二）教学模式由以教师为主导转向以倾听和对话为基础在以往的初中物理实验教学中，教师往往在课堂上起到主导作用，始终掌握着教学的主导权，而学生则处于被动学习的状态。这种教学模式虽然在一定程度上能够维持良好的教学秩序，但却不利于培养学生的科学思维和创新精神。因此，教师要转变教学观念，积极构建以倾听和对话为基础的学习共同体，以更好地促进学生科学思维的发展。倾听和对话是构建学习共同体的基础。“倾听”意味着教师要关注学生的声音，尊重他们的想法和意见，给予他们充足的表达空间。教师通过耐心地倾听，能够了解学生的真实想法和学习状态，从而及时调整教学策略和方法［2］。“对话”则是一个互动和交流的过程，能够促进师生之间的思想碰撞和观点交融。在对话过程中，教师和学生可以就某个物理现象或问题进行深入探讨和分析，共同寻找解决方案和答案。（三）构建符合“问题解决、学生中心”要求的高效课堂“问题解决”是构建初中物理高效课堂的主要目的。教师在设计实验教学内容时，应以培养学生科学素养、达成本节课的素养培育目标为导向来设计问题，确保问题具有有效性、针对性和差异性，能够引导学生主动思考、积极探究，培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，进而提升其科学思维水平。“学生中心”则是构建初中物理高效课堂的核心理念。学生作为课堂的主体，应始终处于课堂教学的核心地位。在课堂上，教师应扮演好指导者、促进者、唤醒者和驱动者的角色，通过引导学生主动参与、积极思考，激发他们的学习兴趣和探究欲望。教师应以“学”为基础确定“教”的起点，以“学”的规律确定“教”的内容，以“学”的目的确定“教”的活动，以“学”的需要确定“教”的策略。总之，教师的“教”应服务于学生的“学”，从而确保教学的针对性和有效性。二、基于科学思维培养的初中物理实验教学设计流程以“平面镜成像”的实验教学为例。在本节课中，笔者采用了情境创设法和探究实验法，将抽象的物理概念具象化，以增强学生的理解和应用能力；通过引入魔箱、偶镜等富有趣味性的小实验，更好地激发学生的好奇心；注重学生问题解决能力的培养，引导学生分析实际问题、提出解决方案并付诸实践，使他们在解决实际物理问题的过程中不断锻炼和提升科学思维。具体教学流程见图1。图1基于科学思维培养的“平面镜成像”实验教学流程三、基于科学思维培养的初中物理实验教学设计环节（一）巧设情境，启发学生思维教师以魔术为导入，准备了一个构造独特的魔术箱，其上端开有缝隙，前端开口，可看到魔箱内部。当教师将一枚硬币通过缝隙塞进魔术箱时，学生们惊奇地发现，硬币消失了。这一奇妙的现象让学生充满疑惑与好奇，充分激发了他们的探索欲望。这时，教师适时引出本课的主题—“平面镜成像”，并向学生提问：“为何平面镜需要倾斜45°放置？”学生的好奇心被进一步点燃，他们纷纷提出各种猜想，有的说是为了对称，还有的说是为了稳定。随后，教师引导学生观察桌面上的镜子，让学生描述其特点，进而引出平面镜的概念。这一情境创设环节的设计，不仅能让学生直观地了解平面镜的外观特征，更重要的是通过这一情境的创设，学生的思考能力能够被充分激活，他们开始主动思考、探索平面镜成像的原理。这种魔术导入的形式不仅新颖有趣，而且能够迅速抓住学生的注意力，激发他们的学习兴趣和热情，引导他们快速进入学习状态，为后续科学思维的培养奠定坚实的基础［3］。（二）实验探究，激发学生兴趣教师可以通过精心设计探究性实验，让学生更直观地观察物理现象，进而理解物理规律，培养科学思维。以“平面镜成像”的实验为例。常言道，水火不容。教师基于这一原理设计了一个别开生面的“水中燃烧的蜡烛”实验。实验伊始，教师将一个透明的玻璃杯置于讲台上，并在其后侧点燃一支蜡烛。学生们立即被这一奇妙的场景所吸引，纷纷仔细观察并描述观察到的现象。随后，教师提出一个引人深思的问题：“如果我往玻璃杯内倒水，大家认为火焰会熄灭吗？”学生们纷纷表达了自己的看法，大多数学生认为火焰不会熄灭。这一环节的设置旨在激发学生的好奇心和探究欲望，为后续的实验探究做铺垫。紧接着，教师向学生揭示实验背后的原理—平面镜成像。这时学生们恍然大悟，认识到原来这种奇妙的视觉效果是由平面镜造成的。在此基础上，教师进一步引导学生思考：“我们在日常生活中看到的像往往能在屏幕上显现，那么蜡烛的像能否在屏幕上显现呢？”这一问题引发了学生们的热烈讨论。为了验证学生们的猜想，教师让两个学生上台亲身操作实验，其他学生则要仔细观察并记录实验现象。通过实验验证，学生们发现蜡烛的像无法在屏幕上显现，这种像被称为“虚像”。在实验环节结束后，教师引导学生回顾实验过程，并结合实验现象总结实验规律。在实验探究过程中，学生不仅深入理解了平面镜成像的原理和特点，还学会运用所学知识解决实际问题。同时，他们还通过亲自动手实验以及观察和分析实验现象，发展了观察、实验、分析和解决问题的能力，进一步提升了科学思维能力。（三）解决实际问题，培养学生能力为了检验学生对平面镜成像原理的掌握，以及考查学生能否灵活应用理论知识来解决生活实际问题，教师设计了一系列基于实际应用的探究性学习任务。首先，教师向学生提出了一个与生活实际紧密相关的问题：“平面镜在我们的生活中有哪些具体应用？”这一问题的提出，旨在引导学生将所学的平面镜成像原理与实际生活建立联系。接着，教师向学生演示了一个“偶镜”实验，进一步激发学生的好奇心和探究欲望。在实验中，教师将两个平面镜以一定的角度放置，引导学生观察矿泉水瓶在镜子中所形成的像。学生们惊奇地发现，矿泉水瓶在镜子中竟然形成了无数个像。这一现象引发了学生们的热烈讨论，他们纷纷猜测这一现象产生的原因。为了促使学生深入思考，教师提问：“为什么矿泉水瓶在镜子中会形成无数个像？这与平面镜成像的原理有什么关系？”这一问题的提出，旨在引导学生从光的反射和成像原理出发，分析并解释实验现象。学生们开始仔细思考，并尝试通过绘制光路图来揭示其中的奥秘。在学生发表各自的见解之后，教师再做进一步的详细解释［4］，如强调光线在两面镜子之间发生多次反射的重要性，并解释镜子之间的夹角对成像数量的影响。通过教师的讲解，学生对平面镜成像的原理有了更深入的理解，同时也对实验现象有了更清晰的认识。为了进一步帮助学生巩固所学知识，教师还布置了一些拓展性的实验任务。比如，教师让学生利用手头上的平面镜装置，通过改变镜子的夹角和观察不同物体的成像情况，来验证并应用所学的平面镜成像原理。在实验过程中，学生们积极动手、互相交流，不断尝试新的方法和思路。他们通过绘制光路图、记录实验数据和分析实验结果，逐渐掌握了平面镜成像的规律和应用方法［5］。最后，教师组织学生进行讨论和总结，让学生分享自己的实验发现，提出自己的见解和思考，使学生的科学思维得到进一步发展。（四）注重课外拓展，提升学生思维物理学作为一门自然科学，其理论大多源于对生活的深入观察和总结，最终回归于服务生活实践。因此，在物理实验教学中，教师尤其要注重挖掘物理知识与实际生活和社会发展之间的紧密联系，引导学生从生活的点滴中发现物理现象，学会运用物理原理解释和理解世界。以“平面镜成像”这一实验为例。这一物理现象在日常生活中极为常见，因此教师引导学生运用平面镜成像知识来解释生活中的一些常见现象。例如，教师向学生提问：“平面镜成像的特点与规律在我们的日常生活中有哪些应用？”这一问题旨在引导学生将平面镜成像原理与实际生活相联系。学生们纷纷回答照镜子、测视力等。接着，教师进一步提问：“我们照镜子的时候，镜子中的自己和实际的自己相比，大小关系如何？”教师要求学生课