科學方法顯性化在初中物理實驗教學中的實踐運用

陸裕仲

雖然素質教育的推進強調學生的自主學習能力，但物理教學帶有的隱性化特點和抽象化特質，也在某種程度上打擊了學生的學習信心，限制了學生物理思維的形成。科學方法顯性化，主要注重引導學生立足于科學理性的角度看待物理現象，顯性化教學依托物理實驗過程，以更直觀的方式明確學生探查物理規律的方式方法，打破傳統單一化教學束縛，保障教學落于實處。為此，有必要結合科學方法顯性化教育理念，創新初中物理實驗教學，為學生在初中物理領域的發展奠定基礎。

一、了解物理現象，掌握物理規律

初中生處于成長階段，身心發育尚未完全，并且學生在以往的學習過程中，大多未針對物理課程進行系統學習，而物理知識本身帶有的抽象化特點，限制了學生的理解。科學方法下的顯性教育區別于隱性化教學方法，其更強調在不影響學生自主思維的情況下，將物理知識和物理規律以更直觀的方式顯現，有助于學生對知識點的深化和理解。為深化學生對物理課程知識點的掌握，教師有必要改革傳統的教學方法，將科學方法顯性化理念融入到初中物理實驗教學中，以此完善教學過程，引導學生形成發現問題、分析問題、解決問題的思維模式，從而深化學生對物理課程的理解和掌握，實現物理實驗教學有效性的提升。

如在“聲音的特征”實驗教學期間，教師便可利用了解觀察法、轉換法以及控制變量法，做到科學方法顯性化。實驗開始前，教師可要求學生準備鋼尺作為儀器，同時通過理論教學明確學生實驗基本原理和實驗需要達成的目的。本課程教學重點在于，幫助學生了解聲音的特征，掌握響度和發音體之間存在的振幅關系。實際過程中，教師便可引導學生開展關于“音調和頻率直觀的關系”主題實驗。為調動學生思考，使教學過程更具顯性化，教師可先為學生提出相關問題，以提高學生的學習積極性，激發學生的物理思維，如：“同學們，你們知道產生不同高低的聲音音調具體因素是什么嗎？”在學生好奇心理逐漸被問題所調動后，教師便可基于實驗步驟，組織學生開展自主實驗。在實驗過程中，要求學生將鋼尺置于桌面，并保證其中一段伸出桌邊，隨后便可撥動鋼尺，觀察鋼尺發出的聲音，探查音調的高低，了解鋼尺振動的頻率。每位學生伸出鋼尺的位置不同，音調也將存在明顯差異，此時，學生也將由此產生一些困惑。教師便可引導學生隨意調整鋼尺的位置，注意比較不同位置下音調和振動所產生的變化。科學方法顯性化下的初中物理實驗教學，更注重學生物理思維的形成，強調學生的自主實踐能力。因此，在實驗結束后，教師無需做出過多干預，只需為學生發布學習任務，組織學生根據實驗現象自主總結物理規律即可。學生個體差異決定其自主學習成果存在明顯不同，在學生完成自主思考后，教師還可適時引導，明確學生更全面的學習方法。如：“同學們，你在實驗中具體撥動了幾次鋼尺？你是如何判斷鋼尺振動快慢和音調高低的？是否通過兩種實驗情況之間的對比形成結論？結論與其他同學是否存在偏差？”相比直接傳授給學生實驗探究方法，以追問的方式導入比較法，更有助于鍛煉學生物理思維，強化學生自主學習意識。此時，教師便可引導學生回顧自己的探究方法，考察在比較法的運用下，實驗結論是否準確。隨后，教師還可逐步引入控制變量法。控制變量法，顧名思義，主要是指在控制其他變量未產生任何變化情況下所形成的學習方法。為幫助學生了解控制變量法，教師可延伸問題范圍，詢問學生：為什么實驗中強調保留兩次撥動鋼尺時的力度不變？假設力度產生變化，實驗結果是否發生改變？由此學生也逐漸明確，在物理量探究過程中，多種因素會直接影響最終的物理量，此時需重點注意除基本研究因素外，其他變量都應保持不變。為確保實驗過程顯性化，亦為實現認知沖突外顯化，在深化學生理解的同時，幫助學生梳理知識之間的關系。教師還可設計兩種實驗，通過動手操作前后對比，將思維沖突顯化運用在實際實驗中。實際過程中，可向學生發布實驗任務，如：“上述實驗中我們采用鋼尺作為實驗器材，總結出實驗結論。假設將鋼尺換為塑料材質的尺子或是操作者換成不同人，結論是否會產生變化？”此方式不僅有助于鞏固學生對課上知識點的記憶，更利用物理實驗和規律引發學生認知沖突，有助于促進學生自主思考，實現科學方法顯性化下初中物理的教學目標。

二、培養科學意識，形成物理思維

以往教學過程中，初中物理教師多以隱性教學方式，帶領學生展開探究，試圖通過此種教學方法，促進學生自主學習意識的形成。雖然鍛煉學生自主學習思維，有助于實現學生學習水平的提升，但物理實驗教學涉及內容和實驗步驟較多，假設缺乏明確的學習目標和實驗線索，也將限制學生科學思維的形成。為此，教師應以提高學生科學意識為主，結合學生認知規律，利用科學方法的顯性教育，帶領學生形成對物理知識的理想認識，以此沖破學生認知束縛，使學生在正確的引導下，逐步掌握科學學習方法，從而實現物理學習水平和科學素養的逐步提高。信息技術的發展為教師提供多種教學資源，思維導圖的教學方式也為顯性化教學提供契機，為此，教師可將信息技術和思維導圖教學融入至初中物理實驗課程中，以此發揮科學方法的顯性化教學效果。

如教師在開展“光的反射”一課實驗教學期間，需帶領學生探查光反射過程中存在的規律。針對此實驗教學方式，可采用模擬法和列表法的教學模式，深化學生理解。為保障教學效率的情況，使學生更加清晰實驗步驟，實際過程中，教師可以思維導圖的方式明確學生實驗儀器、實驗步驟等，將激光筆、平面鏡、硬紙板以及量角器等器材名稱納入思維導入中，并結合信息技術設備為學生呈現具體的實驗環節和物理理論知識。在學生形成對本課程知識的初步了解后，再以提問引導的方式，帶領學生開展實驗。首先，教師可提出：“光反射時需要遵循哪些規律？”此時學生大多已經借助思維導圖形成自我理解，該問題更能啟發學生思維，保證學生沿著正確的方向思考。在學生回答完畢后，教師便可逐步引入模型法，幫助學生了解具體的實驗步驟。如：光的反射現象在生活中隨處可見，假設行駛車輛車窗在光的照射下會產生反射，但如何更好地探查光的反射現象呢？光并非可以觸摸甚至是把握的事物，隨后教師便可引入光線概念，使學生明確光線主要為方便他人研究所創設的模型，而這種理想模型法更多地強調將抽象化的研究對象轉變為理想模型，通過簡單化和理想化處理，便于具體研究。此時，學生大多已經明確理想模型的使用條件和具體用途，此時教師便可開展具體的模擬教學。針對此部分實驗，教師可依托信息技術將實驗過程直觀化處理，也可通過具體的演示方式帶領學生開展探究。在實驗操作過程中，學生已經通過思維導圖明確實驗器材，隨后，教師便可組織學生觀察實驗裝置，并利用激光筆、平面鏡、硬紙板以及量角器等器材模擬出光的反射現象，通過實驗可以發現，光的反射并非無法把握，而是可以直接觀察和測量。不論是借助信息技術還是教師直觀實驗操作，此時學生大多已經通過顯性化教學明確具體的實驗步驟，此時教師便可對學生提出幾點猜想，組織學生自主完成實驗，并結合歸納和總結方法，記錄具體的實驗數據，并將實驗過程記錄于表格內。如：首先，要求學生記錄下物理測量的平均速度，包括時間、路程以及速度等內容；其次，排列實驗數據，直觀闡述其總體規律；最后，分析實驗過程中還包含哪些科學方法。此方式可以有效保障學生學習的完整性，真正從實驗原理上帶領學生探查物理規律，并在明確學生實驗步驟后，引導學生自主開展實驗設計和實驗驗證，最終以分析論證和結果評估的方式，保障實驗學習的規范性和科學性，有效實現科學方法顯性化理念下，初中實驗教學有效性的提升。在實驗結束后，學生大多已經掌握了光的反射原理，此時引導學生分析實驗還可采用何種方式，更能鞏固學生對實驗過程的記憶。實際過程中，教師需明確顯性化教學更強調在不影響學生自主思考的前提下，以更直觀的方式呈現教學內容。因此，教師應做到適當干預，如觀察學生實驗過程是否存在阻礙，帶領學生在實驗結束后一同分析實驗數據等，都能在發揮顯性化教學優勢的基礎上，促進學生物理思維的形成。

三、確保實驗外顯，深化學生理解

新課標政策的出臺強調學生主體地位，更要求教師應以發展的眼光看待學生，物理教學既不可拘泥于當下，也不應被應試教育所束縛，而是需要以學生終身發展為基礎，完善教學計劃。因此，教師在實施顯性化教學過程中，應合理協調教學和學習之間的關系，在保障教學有效性的同時，為學生提供自主實踐空間，在深化學生基礎知識理解的基礎上，通過物理實驗實現學生對物理現象的探查和物理理論知識的積累，以此發揮顯性化教學作用，促進物理教學有效性的提升。

如在“凸透鏡成像的規律”一課實驗教學期間，教師可先為學生介紹實驗儀器，包括凸透鏡、光屏、蠟燭、光具座。因本課程教學目標，不只在于幫助學生掌握凸透鏡成像的規律，更希望學生能夠借助實驗步驟實現合作、探究、實踐等各方面學習能力的提升。為此，教師需將本課程知識點以信息技術的方式開展顯性化教學，在學生形成對凸透鏡成像的概念理解后，再提出關于實驗的猜想，引發學生深思。如：凸透鏡成像中是否存在一些規律？像的大小、虛實等現象之間是否存在一些關聯？以此問題啟發學生思維，調動學生學習積極性。雖然此時學生對物理現象產生好奇，但對實驗步驟了解并未清晰。針對于此，教師可利用信息技術設備為學生進行實驗演示，并將實驗注意事項呈現于動態視頻內，以此明確學生實驗步驟，深化學生對實驗過程的記憶。在顯性化教學下，學生已經掌握實驗規律，此時教師便可為學生提出實驗任務，引導學生自主開展實驗。如：如何通過實驗保障蠟燭的像能夠立足于光屏中央？假設像處于光屏上下方，又需要如何調整高度？凸透鏡的焦距是否能夠通過實驗進行具體測量？此實驗過程中均會出現哪些數據和現象？通過此類實驗任務，鍛煉學生自主設計能力，真正讓學生在顯性化教學下，實現自我理解和自主實踐掌握。

初中物理一直屬于初中各學科教育的重點和難點。因物理知識存在許多抽象化理論，學生在初期接觸物理知識時，所達成的學習效果并不明顯，這也在某種程度上影響了學生物理學習的進程。科學方法顯性化，主要以明確學生學習目標、學習內容和學習途徑的方式，使學生更有效地獲得科學學習方法，并在掌握學習技巧后，通過訓練提高學生科學素養和物理素養，真正達到因材施教的目的。為此，教師有必要基于科學方法顯性化教學原則，完善實驗教學過程，深化學生課程理解，為學生物理學習水平和物理素養的提升奠定基礎。

本文系作者江蘇省教育科學“十四五”規劃課題《學以致表：初中物理實驗顯化教學的實踐研究》（D/2021/02/105）階段性研究成果。