以學生自主創新實驗為載體發展學生科學思維

彭建平

【摘要】物理學是以實驗為基礎的學科，要想做好實驗必須具備科學思維能力.實踐是認識發展知識的動力，讓學生以自主創新的方式在物理實驗中展開實踐，勢必起到發展科學思維的作用.

【關鍵詞】初中物理；光學；實驗教學

初中物理實驗傳統教學模式多以教師演示和學生復現并討論為主，自主創新內容較少.這種實驗教學模式雖然穩妥，但不利于學生科學思維的發展.學生自主創新實驗是初中物理實驗教學的一種新方式，同時兼顧了學生在實驗中的自主性和創新性，是促進學生科學思維發展的有效手段.光學實驗是初中物理中的重點，以學生自主創新實驗為載體，來推動學生科學思維在不同層面的發展.

1 以自主創新實驗“目標”為載體，發展探索思維

有了明確的目標，探索才能更有效率.推動學生開展自主創新實驗，選擇合適的實驗目標，可以磨煉學生駕馭探索思維的熟練程度.日常生活中，存在大量與光學有關的有趣現象.這些光學現象可以成為自主創新實驗目標的來源.

例如 光是沒有任何形狀的，但當夜晚打開手電筒向夜空中照射時，卻常可以看到光的“形狀”.對光的“丁達爾效應”有所了解后可以明白，這是光束透過膠體時所產生的散射現象.蘇教版初中物理八年級上冊在“光的直線傳播”中提及了“光在水中傳播”“林間的光柱”等現象，但沒有說明以上現象的原理.那么是否可以通過實驗來驗證這種現象呢？答案是肯定的.只需在干凈的水中加入幾滴鮮牛奶，使液體略顯乳白色，再用激光筆照射液體，就能看到光在傳播過程中的“形狀”（如圖1）.

2 以自主創新實驗“方案”為載體，發展系統思維

系統思維是科學思維中的“指揮官”，這種思維是以全局的眼光縱覽整個事物，完成從整體到局部、再綜合到整體的過程.學生在設計自主創新實驗方案過程中，對實驗展開通盤考慮，系統思維會得到很好的鍛煉.

例如 太陽光是一種白色或無色的光，平時生活中從太陽光中很少能看到其他色彩.蘇教版初中物理八年級上冊在“光的色彩、顏色”一節中提到了白色太陽光是一種混合光.雖然牛頓曾用玻璃三棱鏡將太陽光分解成了不同顏色的“彩色”光，生活中有時也可以在雨后的天空中看見“彩虹”，但單色光現象在生活中頗為罕見.那么如何通過實驗來獲得單色光呢？要設計一項將太陽光分解成不同單色光的實驗需要做的工作很多，首先要了解光的色散理論，明白光的顏色與光的頻率和波長的相關性，以及不同頻率的光在同一介質下的折射率存在不同的原理；其次還要選擇合適的實驗材料，并設計出合適的實驗裝置，實驗裝置不能太復雜，太復雜的材料、設備成本高，不具有可行性，比如，可以用礦泉水瓶制作出一個簡易的陽光色散裝置（如圖2）.

3 以自主創新實驗“過程”為載體，發展實踐思維

學生開展自主創新物理實驗本身就是實踐思維的一種外在表現，通過實踐將思維轉化為具體的行動，在行動中體驗更能加深對實踐思維的理解.

例如 光學顯微鏡價格相對昂貴.可不可以利用生活中常見的材料制作一款簡易的顯微鏡呢？雖然實驗室中的透鏡是玻璃材質的，但其實水等透明物質也可以作為制作透鏡的材料.教師可以稍作提示，只需讓學生想辦法把水匯聚成凸透鏡的形狀，再通過這個“凸透鏡”觀察細小物體，就可以實現放大的效果（如圖3）.

4 以自主創新實驗“分析”為載體，發展學生批判思維

批判思維是科學思維中的“檢察官”，運用這種思維可以從多個角度觀察事物，并形成有價值的評價.批判思維能夠在學生對自主創新實驗進行分析與論證的過程中被強化，以此獲得發展.

例如 蘇教版初中物理八年級上冊第三章在“光現象”一章中提到了一個有趣的光現象.當陽光透過樹葉的縫隙照射到地面上時，會呈現出各種各樣的形狀，如果細心的話可以發現，這些形狀有的是規則的，有的是不規則的，有的是模糊的，也有的是清晰的.那么光斑的形狀取決于什么呢？教材中給出了詳細的實驗設計方案，并詳細說明了實驗探究的過程（圖4）.學生提出猜想時，認為光斑的形狀是光孔的形狀決定的.但實驗過程中可以發現，當光孔越小時，光斑的形狀開始變得模糊起來，最后甚至變成了一個圓形的光斑.實驗結果并不完全符合最初的猜想.因此需要對實驗過程展開分析，看哪些因素發生了變化.根據觀察，實驗過程中縫隙的大小發生了變化，因此，可以判斷光斑的形狀可能與縫隙的大小有關.但這種判斷也并不完全正確，因為當小孔相對較大時，光斑的形狀確實是由光孔的形狀決定的，但當小孔足夠小時，光斑的形狀不一定與光孔形狀一致.

5 以自主創新實驗“評價”為載體，發展分享思維

物理學的發展離不開諸多學者對自己學術成果的無私分享.推動學生開展自主創新實驗，還可以借助實驗評價方式來發展分享思維.

例如 蘇教版初中物理八年級上冊第四章第二節“透鏡”和第三節“凸透鏡成像的規律”提到了光的折射現象在生活中的應用，分析和闡述了“透鏡”這一光學元件的原理、參數，并在“學生實驗”部分對凸透鏡成像的規律展開了深入探討.教材上的實驗設計中規中矩，是利用蠟燭作為光源展開實驗的.學生在進行自主創新實驗時，可以不拘泥于教材上的示例，分別替換不同類型的光源、透鏡和光屏.光源可以替換為窗外的風景（室內光線要調暗）等，透鏡可以替換為老花鏡等，光屏可以替換為鏡面等.這種情況下依然可以對凸透鏡的成像規律展開研究，不但操作起來更靈活，給人的印象也會更深刻，達到的效果可能會更好.

6 結語

綜上所述，拓展學生的科學思維廣度和提升學生的科學思維水平是物理教育的重要目標.學生自主創新實驗是物理教學的一項有效措施.在初中物理知識體系中，存在大量值得深入探索的光學現象和規律.將自主創新實驗作為學生了解光學知識，研究光學現象，掌握光學規律的載體，可以有效助力學生科學思維的全面發展，打造以人為本的創新型教育模式.

參考文獻：

[1]楊鏈.自主創新小實驗在初中物理教學中的作用[J].理科愛好者，2023（03）：85-87.

[2]蔣德明，劉海惠，湯金波.初中物理學生自主創新實驗的實踐研究[J].理科考試研究，2021（08）：46-48.