基于科學思維的初中物理實驗教學實踐研究

摘 要：物理作為一門重要的自然學科，實驗是其研究的基礎.在初中物理學習中，需要立足于觀察和實驗，利用科學思維，實現物理知識構建，鍛煉學生動手能力，培養物理觀念，樹立科學態度.因此，在實際的教學中，教師需基于科學思維視角切入，優化實驗教學，帶領學生通過實驗操作，讓科學思維得到很好的訓練與發展，繼而培養他們的物理核心素養.文章結合實踐案例，主要對如何基于科學思維進行初中物理實驗教學進行探討.

關鍵詞：科學思維；初中物理；實驗教學

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1008-0333（2023）17-0098-03

收稿日期：2023-03-15

作者簡介：唐慧艷，從事中學物理教學研究.

基金項目：本文系福建省石獅市級課題“基于科學思維的物理初高中銜接案例研究”結題成果（立項編號：SGC20-16）

從初中物理核心素養層面分析，科學思維主要是從物理學角度，對事物本質進行認識，感受事物的內在規律與關系，結合實際經驗，構建理想化模型，對物理過程進行概括總結，進行相應的推理、論證、分析和綜合，內化科學思維方法.實驗教學不僅是初中物理課程教學的重要構成部分，還是學生探究物理原理的有效途徑，教師應以科學思維為導向設計實驗教學，與學生一起梳理實驗邏輯，凸顯科學論證，使其反思探究過程，質疑批判與創新，培養他們的科學思維.

1 精心設計課堂實驗，培養科學探究思維

初中物理實驗課堂中，為了培養學生科學思維，教師需要調整和改進傳統的教學模式，注重實驗的科學性、自主性以及開放性，構建自主探究平臺，引導學生進行創造和積累，實現學生科學思維的培養^[1].

例如，在開展“大氣壓強”教學時，教師先演示實驗：不會癟的氣球.在礦泉水瓶里面放置一個氣球，如圖1，對著氣球吹氣，能否把氣球吹起來呢？學生思考并上臺嘗試.松開堵住瓶口的手，氣球會不會變癟？看到了不會癟的氣球，如圖2，引發思維沖突，激發探究興趣，引導學生帶著問題學習大氣壓強知識.然后取出一個空礦泉水瓶，將瓶中的空氣抽出，發現瓶子變癟，如圖3，將其放在真空罩內，變癟的瓶子又恢復了原狀，如圖4.瓶子兩次形狀的改變說明了大氣壓強的存在，學生印象深刻.在新時期教育背景下，教學主體已經由教師漸漸轉移至學生，尤其是在初中物理實驗教學中，更是要為他們創造更多親自動手設計操作實驗的機會，使其在實驗活動中極力發揮出個人主觀能動性，為科學思維的萌發創造優質條件^［2］.

2 借助直觀實驗操作，培養科學建模思維

初中學生科學思維的培養中，模型構建能力是重要的內容.物理實驗教學中，實驗方案與裝置設計都是科學思維的產物，有著豐富的科學思維培養元素，因此，教師需要從實驗操作過渡到模型構建，引導學生自主實驗與建構模型，把抽象的物理實驗設計以直觀化、形象化的物理現象呈現出來，發展他們的建模思維，使其實驗操作行為更具針對性^[3].

例如，在學習“磁場和磁感線”中，由于磁場看不見摸不著，磁感線又并非客觀存在，學生理解比較困難.可通過以下直觀的實驗器材，如圖5，從平面到立體空間，全方位地展示磁體周圍磁場的分布特征，這樣通過可見的直觀實驗建立起物理模型，把抽象實驗變得具體化形象化，減少學生理解的障礙，讓磁場變得觸手可及，磁感線也不再那么虛無，從而發展培養學生的科學建模思維.

3 創設實驗問題情境，培養科學推理思維

科學推理是研究物理知識與規律的常用方法，主要包含歸納推理、演繹推理、證據推理、邏輯推理以及類比推理等，其中證據推理在初中物理實驗教學中極為常用.這就要求初中物理教師在實驗教學中，應該結合具體實驗創設問題情境，引領學生進行對比性觀察，根據證據進行推理與解決問題，借此培養他們的科學推理思維^[4].

例如，在講授“力與運動”中，當進行“探究阻力對物體運動的影響”這一實驗時，教師可提供刻度尺、毛巾、棉布、木板、小球與小車等器材，并設計以下問題：怎樣讓物體受到阻力的大小發生改變？應該選擇運動還是靜止的物體作為研究對象？要想實現物體運動時不受力，如何創造出“不受力”這一實驗的條件？阻力對物體運動的影響怎么進行測量比較，利用什么實驗方法展開明確判斷？通過對上述一系列問題的思考，引導學生進行分析，教師同時給予學生現場指導，讓學生討論設計實驗方案，并說明理由，發展學生的科學推理思維.

4 認真收集實驗事實，發展科學論證思維

科學論證指的是一種根據科學規律、概念或者事實，運用一定的推理方法，對某一觀點正確與否進行證明的科學思維.具體到初中物理實驗教學中來說，教師需要帶領學生認真觀察實驗現象與收集事實，展開科學嚴謹的分析與論證，使其證明出實驗結論是否合理科學，繼而有效發展他們的科學論證思維能力^[5].

例如，研究“物體浮沉條件”時，學生會提出“上浮的物體受到的浮力大，下沉的物體受到的浮力小”這一猜想，教師可引領學生先從實驗方面進行驗證，將體積相同的木塊與鐵塊同時浸沒到水中，放手后觀察發現，木塊上浮至水面漂浮，鐵塊下沉到底部，此時鐵塊排開液體的體積明顯大于木塊，根據阿基米德原理F_浮＝G_排＝ρ_液gV_排可知，下沉的鐵塊所受浮力大于木塊所受浮力，說明上浮的物體受到的浮力不一定大.引發學生思考：為什么受到浮力大的鐵塊反而下沉呢？接著教師引導學生從理論方面加以解釋，

發展他們的科學論證思維.

5 走出全盤接受模式，鼓勵科學質疑思維

在初中物理課程教學中，實驗主要包括驗證性實驗與探究性實驗兩大類，不過一般都是對已有物理結論的分析與接受，要想進一步培養學生的科學思維能力，教師就要讓他們走出以往對固有實驗全盤接受的模式，鼓勵學生提出質疑，使他們批判性地接受.因此，初中物理教師在日常教學中應該圍繞具體實驗提出疑難設想，引領學生對原有實驗器材、數據、結論、方法進行質疑和思考，使其通過實驗操作加以證實，培養學生的批判性科學思維^[6].

例如，在“科學探究：電流的熱效應”教學實踐中，探究焦耳定律實驗時，在完成教材中安排的實驗以后，教師詢問：大家還想知道什么？有什么設想？如何改進實驗？鼓勵學生暢所欲言，使其積極表述個人想法.如：電流通過導體產生的熱量大小為什么和電流的平方而非一次方成正比關系？電流通過導體所產生的熱量和電壓大小有無關系？

針對這些疑問，教師需給予高度重視，組織學生積極探究，通過實驗操作的方式加以證實.

6 注重實驗現象延伸，培養科學歸納思維

在傳統的初中物理實驗教學中，當實驗操作完畢以后，獲得相應的物理結論，就表示實驗教學正式結束，其實還要對實驗教學進行適當的延伸，注重引導學生對實驗成果進行拓展，培養他們的科學歸納思維，使其進一步深刻理解物理實驗.

例如，在“測量小燈泡電功率”的實驗中，學生分組實驗收集整理數據，利用P=UI計算出小燈泡在不同情況下的電功率，此時實驗完成，得出結論.實驗雖然完成，但觀察到燈泡的亮度也發生了變化，教師此時要抓住機會追問：燈泡的亮度到底是由什么決定？學生在回答時出現了不同的答案，有的認為是實際電壓，有的認為是實際電流，有的認為是實際功率，因為在實驗中燈泡亮度變化的同時，這三個物理量都在發生變化.

教師這時再不失時機地讓學生對剛才的實驗進行延伸，設計出研究燈泡亮度與電壓、電流關系的電路，引導學生觀察發現無論串聯或并聯，兩盞燈泡的亮度都不同，如圖6和圖7.

說明燈泡的亮度不是單純由電壓或電流決定的，推翻了學生的錯誤認識，進一步讓學生明確燈泡的亮度會受到實際電壓和實際電流的共同影響，是由實際功率決定的，從而培養了學生的科學歸納思維.

總之，在初中物理課堂教學中，教師需要有效把握教學時機，加強學生科學思維培養，結合物理學科知識的特點，盡可能為他們制造和提供更多親自動手操作實驗的機會.適當提升實驗教學的深度，由之前的淺層學習轉變至深度學習，使其結合實驗操作及現象進行深入探究，發現物理學科的奧秘所在，讓學生切實體會到物理實驗的魅力與樂趣，提高他們的科學思維能力.

參考文獻：

［1］盧萍.基于科學思維培養的初中物理實驗教學“悟理”路徑探討[J].理科愛好者，2022（06）：66-68.

[2] 曹麗.例談初中物理實驗教學中科學思維培養的策略[J].中學科技，2022（19）：45-46，49.

[3] 葛肖肖.淺析在初中物理實驗教學中培養學生科學素養的有效策略[J].天天愛科學（教育前沿），2022（05）：169-170.

[4] 李有苗.初中物理實驗教學中科學思維的培養策略分析[J].知識文庫，2022（06）：121-123.

[5] 肖珍香.初中物理實驗教學中培養學生科學思維能力策略[J].試題與研究，2022（01）：114-116.

[6] 林俊英.例談初中物理實驗教學中如何培養學生的科學思維[J].考試周刊，2021（43）：143-144.

［責任編輯：李 璟］