基于科學思維能力培養的初中物理教學設計——以“光的折射”為例

高世棟

1 問題的提出

科學思維是物理學及物理課程中理性精神的重要體現和重要載體，而理性精神是現代科學兩大支柱之一。八年級開始學習物理，有的學生在學習過程中采用死記硬背的方法，結果事倍功半，長此以往，這些學生對物理學習的興趣就會受到影響。科學思維是整個學習過程的主線，在物理教學中，可以采用情境創設、實驗探究、創新拓展等方式，培養學生思維能力、認知能力、實踐能力和創新能力等。下面筆者以人教版物理八年級上冊第四章第四節“光的折射”一節為例進行教學設計與實踐，以提高學生學習物理的積極性，同時培養學生的科學思維能力。

2 基于科學思維能力培養的的教學設計

2.1教學目標設定

我們物理組結合《義務教育物理課程標準（2022版）》的要求，設計了“光的折射”這一節的科學思維目標，如表1。

2.2教學設計

2.2.1 培養學生模型建構思維

教師：在探究光的折射規律實驗中，怎樣畫出入射光線和折射光線呢？

學生：在折射光線和入射光線的傳播方向選取兩個點，用刻度尺將其連起來，這就是畫出折射光線和入射光線。

教師：在黑板上展示光從空氣斜射入水中、玻璃中的光路。

學生：根據光的折射光路畫出光路圖。

設計意圖：利用數學知識兩點確定一條直線的方法，在光的入射和折射傳播過程中取兩點并用一條直線連接即可確定入射光線、折射光線，培養學生建構物理模型的能力。

2.2.2 培養學生科學推理能力

教師：光線斜射入水或玻璃中（1-4組斜射入水中，5-8組斜射入半圓形玻璃磚中），同時改變入射角大小，畫出折射光線和入射光線，最少改變三次角度，請觀察折射角的大小變化，并記錄折射角與入射角度數。

學生分組實驗完成探究，觀察實驗現象，一組學生展示實驗成果，其他小組補充。

教師：將收集來的數據進行交流討論，請同學們歸納得出結論。

學生：在光的折射現象中，折射角隨入射角的增大而增大。

教師：實驗中，光從空氣中斜射向水或玻璃時，折射角與入射角哪個大？

學生：光從空氣中斜射向水或玻璃時，折射角小于入射角。

教師：實驗中，光從水或玻璃中斜射向空氣時，折射角與入射角哪個大？

學生：光從水或玻璃中斜射向空氣時，折射角大于入射角。

師生共同歸納得出：光的折射現象中，折射角隨入射角的增大而增大；光從空氣斜射入水或其他介質時，折射光線靠近法線折射，折射角小于入射角。光從水或其他介質斜射入空氣中時，折射光線遠離法線折射，折射角大于入射角。

設計意圖：探究光的折射規律這個實驗中收集各個小組的實驗數據，讓學生學會分析數據、歸納總結光的折射規律。通過探究實驗，培養學生的實驗探究能力和科學思維。通過小組合作及上臺展示，培養學生的團隊意識及表達能力。

2.2.3 培養學生科學論證能力

教師提出問題：在光的反射現象中，光路是可逆的，在光的折射現象中光路可逆嗎？

學生通過實驗論證：拿另一只不同顏色的激光筆逆著折射光線射入，觀察到折射光線與原來的入射光線重合，改變角度和介質種類，都能得出，在光的折射現象中，光路是可逆的。

設計意圖：科學論證是面對未確定的科學問題，基于通過觀察、測量、實驗等手段獲得的數據和證據，為各自的觀點提供支持，并批駁相異觀點，以解決問題并獲取知識的活動。本實驗通過實驗手段為光的折射現象中光路是可逆的這一觀點提供支持。

2.2.4 培養質疑創新能力

教師：觀察人教版八年級上冊物理教材圖4.4-3，同學們對這幅圖的有沒有疑議？如圖1。

學生：入射光線沒有箭頭。

學生：一條折射光線的反向延長線不能相交于一點。

學生：……

教師：根據你們提出的修改意見，重新畫出光路圖。

設計意圖：引導學生勇于、善于、樂于質疑，不滿足于教材上的一些結論及教師的講解，要提出自己的問題和思考。

3 結束語

培養學生科學思維的主要陣地是課堂，因此學生在學習中要經歷模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等思維過程，這樣有利于發展學生的科學思維能力，提升學生的物理核心素養。