关注科学思维能力发展的初中物理单元教学设计——以“光现象”为例

章 强

(江苏省南菁高级中学，江苏 无锡 214437)

八年级是学生物理学习的起始阶段，很多学生在初学物理时往往采用背记的方法，不能适应物理学科的思维模式，造成学习困难，导致部分学生逐渐失去学习物理的兴趣。笔者在“光现象”单元教学中，尝试融合单元教材内容、单元实验、课堂提问和单元评价等进行整体设计，注重培养学生的科学思维，激发学生的学习兴趣，提升学生的科学思维能力。

1 科学思维与初中物理单元教学设计

1.1 科学思维

科学思维是从科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；是建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同信息、观点和结论进行质疑和批判，予以检验和修正，进而提出创造性见解的品格与能力。科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。在初中物理教学中需要培养和提高学生科学思维的能力，而课堂教学内容、学生实验、课堂问题、课后和单元评价、综合实践活动等是培养科学思维的重要载体。在教学实施过程中，从单元目标到课时目标、从活动板块到问题设计、从实验内容到操作细节、从单元评价到课后习题，都可以从科学思维的视角对教材内容进行有效的整合，培养学生的模型建构能力、逻辑思维能力、实验和理论探究能力、创新能力等，而不是机械地记住结论，真正提升学生解决问题的能力，培养他们的物理学习兴趣，为以后的学习打下坚实的基础。

1.2 物理单元教学设计

苏科版初中物理教科书注重学生的感知和体验，学习内容相对具体，例如：声现象、物态变化、光现象、运动和相互作用、能量等。在教科书的编排上，除小部分单元有一定关联外，大部分相对独立。而一个单元基本由4—5节内容和1个综合实践活动组成，每节内容主要以活动形式相串联。同时，单元内还包含学生实验、信息快递、生活·物理·社会、方法·技巧、WWW、小节与评价、信息库等栏目，科学思维是物理学科核心素养的重要方面，也是学生长远发展的必备能力，因此，在单元教学设计中应重点关注科学思维的培养目标。

根据教材的编排，从学生认知特点出发，为了培养学生的科学思维能力，在单元教学设计前，教师应该关注以下几点：(1) 不同单元课题之间的逻辑关系；(2) 单元内需要学生建构的物理模型和需要设计的探究实验；(3) 学生现有的认知水平与教学预设达到的思维能力之间的差距。

2 初中物理单元教学的实施过程

按照课程标准的要求，笔者将教学实施过程归纳为“四阶段五层次”(图1)，其中四个阶段为：(1) 分析课标中的内容要求；(2) 根据学生的认知水平，从科学思维视角将教材内容进行有效整合和整体设计；(3) 对每节教学内容进行活动设计，具体到提问、例题、实验和课后作业等；(4) 通过同步练习和单元检测的反馈，提升学生的科学思维能力。在单元的整体设计和规划中又包含了课题关系、课时安排、实验设计、综合实践和单元检测等五个层面。

图1

3 教学设计分析

3.1 课标要求和整体设计

《义务教育物理课程标准(2011年版)》中关于“光现象”的内容要求为：通过实验，了解白光的组成和不同色光混合的现象。通过实验，探究并了解光的反射定律。通过实验，探究平面镜成像时像与物的关系，知道平面镜成像的特点及应用。本章教材内容为“光的色彩颜色”“人眼看不见的光”“光的直线传播”“平面镜”“光的反射”和综合实践活动。从知识联系上来看，本章的知识可归纳为两大主题：一是“光的特性”(第一、第二节)，二是“光的传播特点”(第三至第五节)。在内容编排上，从最常见的光现象入手，提出问题进行研究，介绍光在生产和生活中的应用。从培养学生科学思维角度来看，本章是通过主题一的学习和体验，让学生逐步建立“光线”这一抽象的物理模型，并通过这一物理模型发现与光特性相关的物理现象，并由此得出结论，“光线”也是解决光的直线传播和反射的基础，本章整体教学设计如图2。

图2

3.2 实验选择和教学安排

本章实验主要由学生实验、演示实验和综合实践活动三类组成，学生实验包括探究平面镜成像的特点和探究光的反射规律，演示实验包括分解太阳光、观察白光透过有色玻璃纸的现象、色光的混合、观察彩色图片、手影、光在水中传播等，综合实践活动有较多的选择，一般有自制小孔成像仪、探究树荫下的光斑、制作简易潜望镜和光学魔箱等。

实验选择和编排应该体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，在帮助学生提升科学思维能力的同时，还应着重引导学生理清物理问题解决的思路，通过生活现象和小实验发现并提出蕴含“光”的物理问题，建立“光线”模型，利用物理模型探究深层次问题，激发学生的探究热情，推动学生主动开展综合实践活动，感受科学技术的力量，实验安排如图3所示。

图3

3.3 教学问题设计

“光现象”一章内容由多个教学活动组成，在主题一“光的特性”中有分解太阳光、色光的混合、物体的颜色和人眼看不见的光，各部分之间既横向相对独立又有纵向递进关系，在逻辑关系上是按照分解、混合、应用和推理的顺序。教师在授课过程中需注重培养学生的科学推理能力，在问题设计时也需关注“问题串”的逻辑关系。

现以“物体的颜色”为例，展示“问题串”的设计，创设的教学情境为：学校的校服是红色外套和蓝色运动裤，小明用蓝色玻璃滤光片观察穿校服的小东。

师：太阳光中可见光部分是由哪几种颜色光组成的？

生：是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成的。

师：太阳光照射到校服上，会发生什么现象？

生：红色外套反射红光，蓝色运动裤反射蓝光，其他颜色的光都被吸收。

师：蓝色玻璃滤光片具有什么光学特点？

生：蓝色玻璃滤光片只能透过蓝光。

师：小明用蓝色玻璃滤光片观察穿校服的小东，小明看到了什么？

生：小明看到小东的上衣是黑色，运动裤是蓝色。

师：那么小明看到的小东的头发是什么颜色？为什么？

生：黑色，因为小东头发是黑色的，吸收了所有颜色的光，没有光线反射进入小明的眼睛。

本章内容还包含多个具有逻辑关系的问题，例如：人眼看不见光的发现、平面镜成像实验的具体操作、光的反射定律的探究等。如果教师在教学设计中注重问题的逻辑性，学生通过这种训练就可以提升科学推理能力。

3.4 优化教学评价

教学评价一般是通过课后作业和单元检测的反馈进行的。为了更好地评价学生在单元学习中科学思维提升的程度，教师应在传统的检测方式的基础上，优化教学评价，可针对综合实践活动增加展示、评价环节。

4 结语

为了发展学生的科学思维能力，在初中物理单元教学设计中，需要教师在授课前对全章内容进行重新整合和设计，创设教学情境，设计富有逻辑性的问题串，增加对问题来龙去脉的深度挖掘，激发学生对物理现象的探究兴趣，引领学生自主进行模型建构、科学推理、科学论证、质疑等思维活动，帮助学生养成良好的思维习惯，切实提升学生的科学思维能力。