利用问题链提升学生的科学思维能力——以“光的色散实验”教学为例

蔡海建

(江苏省江阴初级中学,江苏 江阴 214400)

科学思维是物理学科核心素养的重要组成部分,它是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式,是基于经验事实建构理想模型的抽象概括过程，是分析综合、推理论证等科学思维方法的内化，是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判,进而提出创造性见解的能力。

“问题链”是教师为了实现一定的教学目标,根据学生的已有知识或经验,针对学生学习过程中可能产生的困惑,将教材知识转换成为层次鲜明、具有系统性的一连串教学问题。

问题是思维的源泉,更是思维的动力,设计符合学生心理特点的问题链能有效地引领学生沿着问题情景去思考和探究,从而提升学生的科学思维能力。

在物理教学中,采用“问题链”的教学过程被看作是师生交往、积极互动、设疑释疑、共同发展的动态发展过程,是教师引导学生自主进行知识回忆与建构,并与学生共同完成对新知识的探索过程,达成发展学生的独立思考能力与创造性思维的目的，因此,问题链是提升学生科学思维能力的有效手段。

笔者以“光的色散的实验教学”为例,通过两次教学案例的对比,谈谈如何设计问题链来提升学生的科学思维能力。

1 改进前的“光的色散实验”教学过程及其分析

1.1 教学过程

教师展示动画:冉冉升起的红日、自由游动的蓝色水母、节假日的五彩射灯。

师:他们都是光源,这些光源发出的光有什么不同？

生:色彩不同。

师:平时我们看到的太阳光是白光,白光是最单纯的光吗？我们一起来做实验,请第一排同学拿好手电筒,第二排同学拿好三棱镜(教师预先固定好狭缝和三棱镜的位置),第三排同学拿好光屏,现在请第一排的同学让手电筒的光透过狭缝照射到三棱镜上,第三排同学移动光屏,观察光屏上有没有出现彩色的光斑。

学生进行实验、观察实验现象。

师:通过实验我们看到白光通过三棱镜可以分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光,这种现象称为光的色散,光的色散最早是由英国的物理学家牛顿发现的,它说明白光不是单色光,而是由七种色光复合而成的。

1.2 教学分析

(1) 教师的提问:“白光是最单纯的光吗？”问得有点突然,这只是教师依据教材内容而设置的问题,是对教材上现有知识点的简单分解,并没考虑到学生的认知特点,没有创设情境引导学生去主动思考这个问题,因此这对培养学生的科学思维能力并没有太大的帮助。

(2) 教师预先进行了详细的实验分工、并规定好实验步骤,表面看来,学生能够在较短的时间内完成实验任务,得出实验结论,实验效率较高,但这样安排仅仅是实验现象的简单重现,没有让学生体验实验探究的过程,学生只是机械地按照老师设计的程序去操作,这与物理课程提出的“让学生经历实验探究的过程,学习科学知识和科学探究方法,提高分析问题和解决问题的能力”的要求相违背,显然对提升学生科学思维能力的作用有限。

(3) 白光通过三棱镜可以分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光,是教师总结出来的,并不是由学生归纳得出,是不是每个学生都能看到七种色光？如果有学生没有看到,那岂不是我们教师把这个结论强加给了学生？基于事实依据和科学推理得出正确的结论,也是学生科学思维能力的一种体现。

基于以上分析,笔者对“光的色散实验”教学进行了改进。

2 改进后的“光的色散实验”教学过程及其分析

2.1 教学过程

视频展示:冉冉升起的红日、自由游动的蓝色水母、节假日的五彩射灯。

师:他们都是光源,这些光源发出的光有什么不同？

生:光的色彩不同。

师:是的,光有不同的色彩,当太阳发出红光照射到我们的眼睛,我们看到的太阳就是红色的,当水母发出的蓝光照射到我们的眼睛,我们看到的水母就是蓝色的。

教师展示一些生活中常见的五彩斑斓的图片,如红花、绿叶等等。

师:太阳光是白光,为什么我们会看到红色的花朵、绿色的树叶呢？

生:可能白光中有红光、绿光。

师:如果白光中有其他色光,我们如何把它们分离出来？同学们能否从自然现象中获得灵感？

教师展示图片:雨后彩虹。

学生讨论后回答:彩虹往往出现在雨后,此时空气中的水分比较多,是不是白光照射到小水珠上会分解成其他颜色的光？

师:我们就以手电筒充当太阳,三棱镜充当小水珠,同学们根据教材上的图片提示,小组讨论,尝试去做一做,看看能不能找到不同颜色的光？

学生进行实验,利用手电筒、三棱镜、光屏寻找彩色的光斑,教师进行适当指导。

学生展示实验现象,并归纳出实验结论。

生:我们找到了彩色光斑,有红、黄、紫色。

生:我们也找到了彩色光斑,比他们多一种绿色……

师:不同的实验小组看到的实验现象可能会有所差异,同学们能否从这些实验现象中归纳出结论？

生:不管白光可以分解成多少种色光,至少可以说明:白光可以分解成其他色光。

师:的确如此,如果我们的实验器材更精密一些,同学们就可以看到彩色的光斑有七种色光,分别是红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。最早英国物理学家牛顿最早发现了这个现象，并在此基础上通过实验进一步把七种色光又混合形成了白光。由此可以说明什么？

生:说明了白光不是单色光,它是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光复合而成的。

师:白光通过三棱镜分解成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光,这种现象称为光的色散。

2.2 教学分析

在光的色散实验的教学过程中,改进后的教学设计思路如图1所示。

教师通过视频、图片、生活场景、学生实验等资源载体设计了一系列的问题,这些问题并不是对教材现有知识点的简单分解,更不是依据教材内容布设的问题阵,而是围绕“白光能不能分解”这个中心展开。

问题1:不同光源发出的光有什么不同？先让学生观看视频,基于事实证据进行思考,这不仅让学生知道光有色彩,同时也让学生明白:我们看到物体呈现红色,是因为有红光照射到我们的眼睛。

问题2:太阳光是白光,我们为什么会看到红光、绿光？与学生的前概念形成冲突,引起学生兴趣,激发学生思考:白光中可能会有红光、绿光吗？

问题3:如何把不同色光分离出来？结合自然现象——雨后彩虹,用手电筒替代太阳,用三棱镜替代小水珠,进行实验尝试。

问题4:从这些实验现象中可以得出什么结论？让学生能够尊重实验事实,养成实事求是的科学精神,同时培养了学生的归纳总结能力。

问题5:七种色光又能混合形成白光,这又可以说明什么？通过师生的分析综合、推理论证等科学思维活动，最终得出了白光是由七种色光复合而成。

图1

5个问题由浅入深,层层推进。前一个问题是后一个问题的基础,后一个问题是前一个问题的深化,每一问都使学生的思维产生一次飞跃,符合学生的认知规律,能够激发学生的求知欲望,发挥学生的主观能动性,从而提升学生的科学思维能力。

3 结语

通过科学探究,提升学生的科学思维能力,形成物理观念,是物理教学的目标。而对于学生的学习来说,科学思维能力的提升尤为重要,思维起源于问题,在问题情境中学习,会激起学生对自然的好奇,从而积极主动地去思考。当然问题链的设计并不是几个问题的简单叠加,它必须根据学生的认知特点,根据教学内容的特点和内在联系,同时关注学生的情绪和精神需要，使学生能在良好的精神状态下积极思考,从而真正有效地培养学生的科学思维能力。