基于学生科学思维培养的实验课教学设计

张亚芳

聚焦中国学生发展核心素养，落实立德树人根本任务，是当前我国基础教育改革的主旋律。科学思维作为学生核心素养的一个重要维度，是深化教育改革的关键所在。物理实验教学的核心是促进人的思维发展，学生思维发展是物理实验教学的重要目标。

本文以《平面镜成像》为例，借助模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新四个环节，探讨科学思维培养在初中物理实验教学中的具体应用，并分析如何通过思维教学提升学生的核心素养，为一线教师提供操作性较强的教学设计，为新课程改革和实施核心素养的物理教学提供一些有价值的借鉴。

一、基于科学思维培养的实验课教学设计

初中物理中有许多科学思维元素散落在各个章节，教师需要认真研读教材，深入思考，在教学设计时从情境引入、体验感知、理性探究、问题解决、实际应用等环节深度挖掘其价值，设计出涵盖分析综合、比较分类、抽象概括、推理论证、质疑创新等思维方法的思维活动，将科学思维素养的培养落实到物理实验课的教学中，并内化为学生的关键能力，促使学生的科学思维在物理实验教学中获得发展和提升。

（一）基于科学思维培养的物理实验课教学的流程

《平面镜成像》是学生在学习了光反射规律后的一节实验探究课。如何让学生在课堂学习中经历相对完整的科学思维过程，是本节教学设计着重关注的问题。基于科学思维的培养，笔者制定了本节课的教学流程：

（二）基于科学思维培养的物理实验课的教学设计

【情境引入】——确定思维的起点

教师活动：表演魔术《消失的硬币》。学生活动：观看魔术。

【环节1】平面镜成像的特点

一是认识平面镜，即建构模型，培养思维建构能力。教师活动：拿出一面镜子，让学生对着它给自己打招呼。学生活动：学生通过观察平面镜，发现平面镜表面平整光滑、能成像。根据这个特点，学生列举生活中的平面镜。

二是探究平面鏡成像的特点，即实验探究，培养学生科学推理、科学论证和质疑创新能力。以下是实验探究过程：

1.提出问题。平面镜成像时，像的大小、位置跟物体的大小、位置有什么关系？

2.设计实验。①为了比较像与物的大小关系，应该如何操作？②为了比较像与物的位置关系，应该如何操作？利用各组器材，6人为一个小组进行讨论，3分钟后小组代表分享实验方案。

3.进行实验。学生小组根据所给的实验器材和前期的预习，讨论实验方案，并由小组代表到前台分析确定方案，进行实验。

4.收集证据。实验数据记录表格如下：

5.分析论证。分析表格数据，思考以下问题：①观察第2列结果，分析像与物的大小关系如何。②对比第3、4列数据，能得出什么结论？它能准确描述像与物的位置关系吗？如果不能，接下来应该怎么做？学生活动：在网格纸上将像与物的标记点连线，观察连线与镜面的关系，从而得出物与像的连线与镜面具有垂直关系。

6.交流与评估。①实验中，为什么用玻璃板作为平面镜？②玻璃板为什么要竖立放置？如果倾斜，会出现什么情况？③玻璃板选用薄的好，还是厚的好？为什么？④镜子中的像为什么看起来近大远小呢？学生活动：进行交流与评估，对实验中出现的一些现象进行分析。小组讨论，分享成果，突破难点。

【环节2】平面镜成虚像

作图分析。如左图“人眼看物”，右图“人眼看像”。

通过以上对比，作出“人眼看像”的光路图，解释虚像形成原因。学生会根据作图的方法证明平面镜成的像是虚像，知道平面镜成像的原理。

【环节3】平面镜的应用

1.平面镜成像。教师提出问题：在生活中，有哪些应用平面镜的事例？学生举例：家庭中所用的穿衣镜，练功房、理发店、服装店里安装的平面镜，牙医检查牙齿使用的平面镜，等等。

2.分析平面镜改变光路的原理，如塔式太阳能电站、潜望镜。学生活动：①利用自制潜望镜，模拟海上侦察情境。②用两面磁吸平面镜平行且与水平呈45度角放置，用激光笔在黑板上显示光路。

二、基于科学思维培养的物理实验课的教学设计建议

《义务教育物理课程标准（2022年版）》指出，义务教育物理课程要培养全体学生的核心素养，聚焦科学思维的教学是培养学生核心素养的重要途径。结合本文案例，笔者就如何在日常教学中改变教学策略、改进基于素养培育要求的教学设计、发展学生科学思维能力，提出如下建议：

（一）教学设计由“基于教”转向“基于学”

“基于教”的教学设计关注教师如何教，按照知识本身的逻辑顺序进行设计，形成一种固有的教学流程。按照这种教学设计组织的课堂，教师总是最先出场，课堂成了传统的“满堂灌”，学生的自主学习空间狭小，思维品质得不到锻炼。

“基于学”的教学设计立足于“学生探究式学习”，以学生为中心，以学生的“学”为中心（“双学”中心）。这种设计更加关注学生经验、前期预习、学习需要和困难、学习风格，学生有较大的思维空间，一切“教”都基于学生中心、学习中心。

（二）由教师“一统天下”转向以倾听和对话为基础的学习共同体

课堂教学不再只有教师的一个声音，而给予学生积极参与和表达的机会，始终保持师生之间、生生之间的互动和对话。教师尽可能地“引出”而不是“堵塞”学生的真实想法，关注课堂生成，给学生提供思维碰撞的机会，尊重学生的“路径差”和“时间差”，让学生学会观察、学会思考、学会表述、学会动手、学会总结。

（三）构建符合“问题解决、学生中心、自主合作”要求的高效课堂

“问题解决”是高效课堂的教学目的。教师要根据课标、学科核心素养和学情来确定素养目标，问题的设计要以培养学生核心素养、达成本节课的素养目标为主要目的，问题的解决要体现有效性、针对性、差异性等原则。

“学生中心”体现了“问题解决”的主体。学生是课堂的主体，处于“问题解决”的中心。课堂上，要让学习时刻发生在每个学生身上，思维深度发生在每个学生头脑中，教师要承担指导、促进、唤醒、驱动的角色。“学生中心”是课堂教学改革的主题，教师的“教”服务于学生的“学”，“教”要处处为了方便学生的“学”而设计，以“学”为基础定“教”的起点，以“学”的规律定“教”的内容，以“学”的目的定“教”的活动，以“学”的需要定“教”的策略，而不是为彰显“教”的精彩而设计。

“自主合作”是“问题解决”的主要方法，是基于学生思维培养的主要学习方式，要贯穿课前、课中和课后。没有自主为前提的合作，是潜意识的合作或低效的合作。“自主合作”让更多学生在学习中找回自我，学习更加精准灵动，有助于发展学生学习能力，培养学生科学思维。

（责编 韩玉兵 侯心雨）