在初中物理實驗教學中培養學生的科學思維

譚健明

摘 要：物理核心素養的要求與科學思維的思想是一致的，均致力于對學生進行思維能力的訓練，引導學生在科學探究的道路上深入前進。讓學生經歷一次完整的實驗過程，就是對其進行科學思維訓練的過程。在初中物理實驗中培養學生科學思維的方法如下：全程參與，調動實驗的自主性;觀察過程，引導學生深入挖掘;利用結果，通過活動訓練思維。

關鍵詞：初中物理;實驗教學;科學思維

《義務教育物理課程標準（2011年版）》指出，初中物理的課程基本理念之一是“面向全體學生，提高學生科學素養”。這與物理學科核心素養中“培養學生的科學思維”的要求一致，都旨在讓學生對科學有正確的認知，積累科學知識，習得科學研究方法，具備科學精神。初中物理實驗教學是物理教學的重要組成部分，由于物理本身就是科學知識，因此物理實驗教學中也蘊含著豐富的科學知識，有利于培養學生的科學思維。這指引著教師借助物理實驗培養學生的科學思維，既是物理學科的本質要求也是學生發展的需要。

一、物理核心素養與科學思維

物理學科的核心素養是指學生在接受物理教育過程中逐漸形成適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，是學生通過物理學習內化的帶有物理學科性質的品質。有學者結合初中物理的特點以及學生的身心發展特點提出了初中物理學科的核心素養包括形成物理觀念、科學思維、科學探究、科學態度與責任。由此可見，物理核心素養與科學密切相關，四項素養中有三項與“科學”相關，其中科學思維是重要的內容之一。既然物理學科本身就是科學，那么物理實驗就是科學的實驗，其在操作過程中必然設計科學的方法與理念，必然蘊含科學思維。

“科學思維”主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素，發展學生的科學思維能力是重要的教學目標之一。科學思維的形成需要土壤，對初中生進行科學思維的培養離不開科學學科的教學，物理學科作為科學學科是重要載體。在初中物理實驗教學中培養學生的科學思維就是物理實驗的本質要求。同時，物理實驗也是科學思維得以體現和培養的有利途徑。

二、科學思維在物理實驗中的體現

實驗是培養學生科學思維的可行研究方法之一，實驗需要實驗設計、精密的實驗過程、對實驗結果進行分析與總結，其中不僅需要專業知識的支撐，還需要嚴密的邏輯和推理論證。在實驗的過程中，科學思維無處不在，讓學生經歷完整的實驗過程，就是對其進行科學思維訓練的過程。

首先，物理實驗設計需要縝密的布局和安排，這就是科學思維中模型建構的思想。在實驗設計階段學生需要做各種實驗準備，為實驗的過程設計步驟，預想實驗中的不利因素等，還需要統籌布局實驗的環節和人員，這一過程如同建構模型，需要縝密的科學思維。其次，在物理實驗中，學生通過實驗得出一定的數據，他們需要在分析數據的基礎上再得出結論，這一過程就是推理論證的過程，符合科學思維的科學推理和科學論證的要求。實驗中的因素和數據是推論、論證的基礎，然而推論也需要基于一定的認知，需要具有科學性。最后，學生在實驗的過程中如果遇到實驗結果與預想的不同情況，就需要進行大膽質疑，并重新設計實驗，進行新的驗證，這本身就是創新的過程，體現的是質疑和創新精神，即科學思維中的質疑創新。總之，物理實驗就是科學實驗，其中的科學思維值得學生在實驗中不斷學習與實踐。

三、在初中物理實驗中培養學生科學思維的方法

（一）全程參與，調動實驗的自主性

讓學生經歷實驗的整個過程，可以使其明白實驗的始末，在這一過程中進行思維的升級與改造。調動學生實驗的自主性意味著讓學生主動地參與實驗的一系列環節，親自設計、準備、動手操作、總結分析等，從而經歷科學思維的整個過程。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。學生自主地、全身心投入地參與實驗的全程需要教師的引導與幫助，發揮學生在學習中的主體地位。

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

（二）觀察過程，引導學生深入挖掘

在觀察過程階段，要求教師在學生進行實驗的過程中作為觀察者觀察學生的實驗過程，并在恰當的時機對學生進行引導，讓其深入挖掘實驗內容，啟發學生在最近發展區內不斷提升。學生在實驗中進行探究問題時，教師需要在觀察中幫助學生發現新的探究問題，讓學生在實驗中根據生成的探究問題進行深入研究。學習是一個自主建構的過程，學生在學習中只有不斷地解決自己遇到的問題，才能建構起屬于自己的知識。

例如，在教學浮力這一節內容時，學生要做的實驗是“讓雞蛋和橡皮泥漂浮起來”。然而，學生在實驗中發現：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學生想辦法解決問題。在本案例中，筆者順著學生的思路，讓學生思考與浮力有關的因素，有浸入液體的體積、浸入液體的深度及密度。學生在思考這些因素后，從這三個因素出發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。有學生經過思考后說明了這一現象的原因，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。這一過程是學生進行問題解決的過程也是學生利用科學思維推理的過程，整個過程有助于培養學生的科學思維。

（三）利用結果，通過活動訓練思維

實驗結果是教師可利用的訓練學生科學思維的重要材料。無論學生實驗成功還是失敗，實驗的結果都可以成為學生學習的動力。教師可以讓學生通過實驗結果回溯實驗過程，分享得出實驗結果的歷程，在學生分享的過程中引導學生，讓其通過科學的解釋闡述問題，進而能更深入思考問題。教師還可以通過結果驗證法，讓學生重復實驗，引導學生在再一次的實驗中思考與總結。例如，在教學壓強這一節內容時，筆者讓學生做筷子提米的實驗，實驗結果是學生可以用一根筷子提起裝滿米的杯子。利用這一結果，筆者先讓做實驗的學生講一講自己的實驗過程和思考。有的學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，筆者引領學生在教室里重復這一實驗，學生在動手操作的過程中思考方法，解決問題，提升了科學思維的能力。因此，合理地利用實驗結果訓練學生的科學思維能力，讓學生通過結果再思考，是可行且有效的科學思維訓練的方法。

四、小結

總之，在初中物理實驗中訓練學生的科學思維能力是實驗教學的要求也是推動學生思維發展的要求，更是學生物理核心素養養成的要求。當然，這需要得到教師的重視，教師要相信學生，讓學生充分地自主參與實驗并在實驗中進行科學思維的訓練。

參考文獻：

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