例谈初中物理教学中学生科学思维的培养

陈懋

摘    要：初中物理科學思维包含情境转换、现象分析、证据意识、质疑创新四个要素.在实际物理教学中，许多教师往往注重知识和技能的传授，而忽视学生科学思维的培养.针对初中物理教材特点和学生的认知规律，以“液体蒸发”教学为例，围绕核心素养这个目标，带着“发展学生思维”的理念，通过创设情境，体验情境转换;问题引导，经历现象分析;稚化追问，树立证据意识;多元评价，敢于质疑创新，有效提升学生的科学思维能力.

关键词：情境转换;现象分析;证据意识;质疑创新

“科学思维”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;是基于经验事实构建理想模型的抽象概括过程;是分析综合、推理论证等方法的内化.初中物理科学思维主要包括情境转换、现象分析、证据意识、质疑创新四个要素.[1]《义务教育初中科学课程标准》在“过程与方法”目标中多处涉及思维能力的培养，如，“学习从收集的信息中分析、归纳规律”、“有初步的分析概括能力”、“提高分析问题与解决问题的能力”.在物理教学中发展学生科学思维，就是通过物理课程的教学，对学生进行思维方法的训练，改善学生的思维结构和思维品质，促进他们理解知识，提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，以及独立思考和创造性思维的能力.[2]但在实际物理教学中，由于长期受应试教学影响，许多教师往往注重知识和技能的传授，而忽视学生科学思维的培养.笔者以“液体的蒸发”课堂教学片段为例，谈一谈如何在初中物理教学培养学生科学思维，有效提升学生的科学思维能力.

一、创设情境，体验情境转换

以培养核心素养为目标的教学，需要选择并创设合理的情境，通过适当的活动促进学习发生.情境认知理论也认为，学习是学习者基于特定的情境对知识主动建构的过程，情境是一切认识活动的基础，而知识则镶嵌于产生它的情境之中.在物理教学中，教师通过引导学生将生活情境与物理知识进行联系与转换，选取恰当的物理知识解决情境中出现的物理问题，可以激发学生学习兴趣，同时也更有利于学生对所学知识的理解.例如，在新课导入环节，笔者创设情境如下.

情境转换1   无论是在冬天，还是在夏天，湿布擦过的桌面都会逐渐变干.同样，酒精无论擦在温暖的皮肤上，还是擦在其他冰冷物体的表面，最后都将“消失不见”.这些液体变成了什么呢？学生认为变成了气体，但无法看见水变成水蒸气，只能由水量减少去推测减少的水可能变成气体扩散到空气中.学生有吹气球的经验，通过气球外形的变化可以实实在在地感知气态的存在.基于此，我们可以利用如图1所示装置，引导学生自主设计实验验证，在试管中装适量水，为了缩短实验时间，用酒精灯加热，但水不能沸腾，几分钟后，试管内水逐渐减少，气球慢慢鼓起来.说明水量的减少是因为水变成了水蒸气，让学生真实感受水蒸气的产生.

情境转换2   蒸发现象主要发生在液体的哪里呢？学生先阅读教材：以分子运动的观点看，组成液体的大量分子总在不停地运动着，其中有些分子运动的速度较大.当这些分子处于液体表面时，就容易克服其他分子对它的引力，离开液面进入空气中.这只是微观推理，学生不能理解，如何用实验来“看到”变化过程呢？课本中没有设计实验来解决这个问题.我们可以利用两个试管、食用油、注射器、氨水等器材，通过演示实验来验证，具体操作如下。

如图2，将适量的氨水倒入试管1，然后用棉签沾上酚酞试液放在试管1管口，请同学观察变化情况（若棉球变红说明氨水蒸发，酚酞遇碱性变红）;将适量的食用油倒入试管2待用，用注射器取适量的氨水注入试管2中，然后用棉签沾上酚酞试液放在试管2管口，观察变化情况.（棉球没有变色表明氨水处于液体内部没有蒸发）得出结论：蒸发只发生在液体表面.

情境转换3   对照水沸腾时的现象，蒸发的剧烈程度怎样？学生认识到蒸发是比较缓慢的.综合以上情况，你能给蒸发现象下一个可操作的定义吗？学生在讨论、发言过程中逐渐完善，蒸发是在任何温度下发生，但只能在液体表面发生的缓慢汽化现象.

情境转换1来自于学生以往经历过的生活情境，每个学生都有亲身体验，并自主设计实验，必然兴趣盎然;情境转换2来自于教材，教师开展演示实验，把不可见的现象转化成可见的现象，既有挑战也有趣味;情境转换3中，联系生活中水沸腾现象，让学生比较沸腾和蒸发，完善蒸发的操作性定义，富有开放性和创新性.

在教学中，针对学生的认知逻辑，教者独具匠心，创设的情境从形象的生活场景到相对抽象的问题场景，对激发学生学习兴趣、调动思维积极性，可以起到“润物细无声”的效果.情境转换充分体现了初中物理“从生活走向物理，从物理走向生活”的课程理念.

二、问题导引，经历现象分析

对物理现象进行分析和推理是重要的科学思维过程.科学推理是以已有的物理知识和所给的事实与条件，进行逻辑思维推导，推出正确的判断或结论的个性心理特征.学生学习物理的过程究其实质就是提出问题、解决问题的思维获得过程，引导学生推理就是很重要的一种解决问题方式.[3]在物理教学中，通过由简单到复杂、由感性到理性的问题呈现，引导学生透过现象建立猜想;也可以在运用物理概念和规律对现象进行分析和推理基础上，得出初步结论，培养学生分析能力.

现象分析1   冬天洗澡后，我们一般都希望用浴巾擦过的身体干得快些;买来的水果干得慢些.这就涉及液体蒸发的快慢.你能对液体蒸发快慢的影响因素建立合理的假设吗？考虑到学生每天都要洗脸用毛巾，联系晾晒毛巾的经验，也许能够得到启示，提示：湿毛巾撑开晾晒比堆在一起晾晒干得快;在太阳光下晒比在阴凉处晾干得快;在通风处晾晒比无风处晾晒干得快.学生分析撑开和堆在一起的不同是表面积，太阳光下和阴凉处的不同是温度，在通风处和无风处的不同是空气流动的快慢，这样学生建立如下假设：①可能跟液体表面积的大小有关;②可能跟温度的高低有关;③可能跟液体表面空气流动的快慢有关.

现象分析2   除了這些因素以外，结合晾毛巾这个事例，你认为影响蒸发快慢的因素还有哪些？

不同的液体，毛巾干得快慢不同，蒸发快慢与液体的种类有关;南风天潮湿的天气，毛巾不容易干，蒸发快慢与空气的湿度有关;毛巾拧干，或者用洗衣机脱水后干得快，冬天的浴巾很厚不容易干，毛巾上有大量的水，干得慢，少量的水，干得快，蒸发快慢与水的多少有关.针对最后一个猜想，笔者引导学生分析，蒸发快慢是指相同时间内蒸发的液体体积，没拧干的毛巾，干得慢，主要原因是本身含水多，单位时间内蒸发的量是相等的，所以他们蒸发快慢与液体的多少没有关系.

现象分析1中，学生对生活中的晾毛巾现象，运用对照比较分析问题，建立猜想，也暴露自己的迷思概念，尽管思维处于感性的模糊阶段，但已经为后续实验探究埋下伏笔;现象分析2中，研究的对象还是生活中的毛巾，研究的问题不断深化，并且在分析和推理的基础上纠正错误前概念，学生解决问题的科学思维水平也上升到一定高度.

在课堂上教师是为了“课堂效率”直接告知，还是引导他们进行自我现象分析.实践证明，我们采用问题导引，学生经历现象分析，并利用事实说话，可以培养他们实事求是的精神，同时也培养他们善于发现，深入思考的能力，提高科学分析能力.

三、稚化追问，树立证据意识

证据意识是指具有收集实验数据、图示图表、生活实例和故事、学生活动与操作记录、语言和文字表达等证据的良好习惯，据此得出初步结论并能清晰地表达自己的观点.物理推理能力是以已有的物理知识和所给的事实与条件，进行逻辑推导，推出正确的判断或结论的个性心理特征.在物理教学中，教师进行稚化追问，鼓励学生大胆表达，仔细倾听同伴的建议，小心求证.以下以探究影响蒸发快慢影响因素的实例来说明如何通过实验设计培养证据意识.

根据现有的实验器材：玻璃片（2块）、滴管、酒精、水、酒精灯、木夹、硬纸片，如何设计实验验证你的假设？实验应采用怎样的科学方法？在学生设计实验的基础上，教师追问：这个实验要注意什么？学生讨论得出，考虑到酒精易燃，加热时间不能太长，也不能沸腾，否则酒精燃烧，玻璃片碎裂，最终形成如下实验方案，如图3所示.

设计记录表格：

[影响液体蒸发快慢的因素 实验次数 液体温度（高低） 液体表面积（大小） 液体表面空气流速（快慢） 蒸发快慢 1 2 3 ]

分小组汇报，交流评价：①其他条件相同时，液体表面积越大，液体先消失;②其他条件相同时，液体温度越高，液体先消失;③其他条件相同时，液体表面空气流速越大，液体先消失.

追问：科学研究是一个由表象到本质，由宏观到微观的过程，同学们能否利用所学的分子运动的知识，说出你寻找的微观证据.学生讨论得出，液体表面积越大，分子从液体表面跑出来越多，蒸发越快;温度越高，分子运动越剧烈，蒸发越快;液体表明空气流动越快，分子从液面跑出来越快，蒸发越快.

上述片段中，教师引导学生依据收集到的证据，大胆表达自己的观点，从宏观到微观，使研究的问题不断深化.当然，也可借助反证、实例、理论来阐明自己的观点，并且在分析和推理基础上得出结论.在教学中能坚持“证据意识”的培养，对学生科学思维能力的提升将不无裨益.

四、多元评价，敢于质疑创新

质疑创新是科学发展的动力，是科学思维的重要特征.质疑是指经过充分分析后提出疑问，体现出善于发现问题、提出疑问并进行解释的思维批判能力.而创新就是要突出已有知识的局限性，提出新概念或发现新规律，构建新的理论模型.[4]在物理教学中，教师进行多元评价，保护学生的好奇心，鼓励他们多提问、多质疑，培养多角度思考问题的习惯，促进创新思维的达成.

质疑创新1   在课堂上笔者在一些同学的手背上涂些酒精，他们发现，不一会酒精“没有了”，同时手背上涂酒精处感觉到有点凉，这是什么原因呢？

有同学预习了新课，认为酒精蒸发，需要吸热，有致冷作用;也有同学提出了质疑，认为由于酒精本来是冷的，所以手背会觉得凉冰冰的.笔者追问学生：那你们如何用实验来证明他们的解释是否正确呢？立即有同学提出，在手背上涂一些“温”酒精，其蒸发时手背感觉比正常降温更快一些，说明酒精蒸发确实有致冷作用，顿时全班同学给予他热烈的掌声.

为了使学生确认这一点，我让学生做如图4的实验：将温度计先浸入酒精中，然后从酒精中提出，观察温度计读数的变化.学生看到的现象是温度计的读数降低.这是因为液体蒸发时，本身温度要降低，从而也说明液体蒸发时，会从外界吸收热量.

实验之后，我问学生：在实验中你们看到什么现象？大家都说温度计的读数变小了.我又追问：谁能解释温度计的读数为什么会变小？

生1：因为酒精蒸发时，吸收了室内空气的热量，使室温降低了.

生2：解释不合理，因为就那么一点点酒精蒸发，不可能使那么多的空气温度降低得那么多.

师：你们能够用实验来证明他们的解释是否正确吗？

生3：只要用两支温度计就行了.其中一支的玻璃泡是干的，将另一支从酒精中取出后，看看两支温度计的读数是不是都会变小.

学生开始活动，发现干的温度计读数没有变化，湿的温度计读数先下降后不变，说明酒精蒸发时吸收了温度计的热量，导致温度计的示数下降.

质疑创新2   扇扇子为什么会使人感到凉快？学生认为，扇扇子的过程中，加快空气流通速度，蒸发加快，吸收的热量加快，使人的体温下降;也有学生认为，扇扇子的过程中，产生了风，风是凉的，风使人的体温下降.笔者追问学生：那你们如何用实验来证明他的解释是否正确呢？立即有学生提出，用电风扇对着干燥的温度计扇，观察温度计的读数会不会降低.学生开始活动，他们发现温度计的读数没有变化，说明扇扇子使人感到凉快的原因是加快了身体表面汗液蒸发，蒸发致冷.

质疑创新1中，教师并不是采用单纯的推理方法，或单纯的实验方法，而是让学生先体验，再做合情质疑推理，再设计实验进行检验.这给学生一个重要的启示：科学需要质疑，科学更需要实证.质疑创新2中，针对生活中的吹电风扇现象，引导学生互相质疑，启发智慧，在创新活动后，学生豁然开朗，好奇心得以满足，享受到科学思维的乐趣，体验到物理学科的独特魅力.

总之，教育的本质是教会我们思考.教师根据教学内容，围绕核心素养这个目标，带着“发展学生思维”的理念，创设真实的情境，指导学生开展实验探究，让思维训练贯穿整个教学过程，真正感受、理解知识的产生和发展过程，让思考成为学生的习惯，相信我们的物理课会产生更大的效益，定能为孩子终身的幸福奠下坚实的基础.

参考文献：

[1]丁加旗.初中物理科学思维水平划分与提升学生思维能力途径探讨——以运动的相对性一课为例[J].中学物理教学参考，2018（3）：1.

[2]郑青岳.郑青岳科学教育讲演录[M].杭州：浙江教育出版社，2015：32.

[3]沈伟云.基于科学思维培养的初中物理教学策略[J].物理教师，2018（10）：47.

[4]沈伟云.基于科学精神培养的物理实验教学实践与探索[J].教学月刊·中学版（教学参考），2018（10）：63.