浅谈初中物理实验教学中科学思维的培养——以“光的直线传播”教学为例

(重庆市育才中学校,重庆 400050)

1 引言

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观点和结论提出质疑和批判、进行检验和修正、进而提出创造性见解的能力与品格。笔者结合“光的直线传播”的教学，探讨初中物理实验教学中科学思维的培养策略。

2 利用实验创设情景，构建物理模型

物理学很多概念和规律是从实际生活场景中总结、简化、抽象出来的，在课堂上利用实验创设生活中学生熟悉的、与物理概念和规律相关的生活情景，让学生有目的地审视生活中的情景，在此基础上进一步将生活情景简化，抽象、构建出物理模型时，进而逐步建立概念和规律。

例1：光线的教学

“光线”是初中物理教学中一个非常重要的物理模型，是为了描述光的直线传播而建立的一种理想化的物理模型，构建光线模型的过程对学生科学思维的培养有着重要作用。笔者在这一部分知识的教学中，首先展示激光在生活中常见的固、液、气三种状态中的传播情景，让学生感知光的直线传播在实际生活中的普遍性。在此基础上引导学生分析这种光的传播现象的共性，将这种共性进行简化处理，并用数学中的带箭头的直线来描述光的直线传播这种特性，进而引出光线的概念。

如图1所示，利用实验构建物理模型时，首先利用实验创设情景，加深学生的感知和直观感受，并对比分析这些生活情景，寻找共性。紧接着尝试抓住主要因素，忽略次要因素，将情景简化，突出主要特征。最后借助数学工具等方式尝试描述这种现象，构建物理模型，并在物理模型构建过程中注重学生科学思维能力的培养。

图1

3 开展学生自主实验，引导学生进行科学推理

学生自主实验包括学生在课堂上或在家中动手完成的实验，引导学生经历设计实验、准备材料、动手制作、观察现象、推导结论的过程，这对学生科学推理能力的培养有着重要的作用。

例2：小孔成像的教学

小孔成像是光的直线传播典型的应用之一，笔者在这部分内容教学时采用学生自主实验探究的方式。首先给每组学生准备纸杯、半透膜(保鲜膜)、蜡烛、火柴、牙签等材料，让学生动手制作一个小孔成像仪，并观察像的特点。

学生通过动手实验，制作了小孔成像仪，观察了成像情况，发现蜡烛烛焰通过小孔在光屏上成倒立的像。此时教师引导学生运用刚刚所学的直线传播知识，提出问题：物体通过小孔成倒立像的原因是什么？能否用光线描述小孔成像的原理？像的形状与孔的形状是否有关？像的大小可能与哪些因素有关？通过追问，引导学生结合实验现象和物理知识进行推理，最终总结小孔成像的原理和成像的特点。

学生在家中动手实验，还可以进一步推理，从探究1个孔成像规律，再到3个孔，再到5个孔，在半透膜上依次看到1个、3个、5个倒立的蜡烛像(如图2)。学生经过自己动手实验，推理猜想，并进一步实验验证，科学推理助推了创新想法的产生。

图2

4 巧用演示实验，培养学生质疑创新能力

演示实验有利于培养学生的观察思考能力，在新课引入、激发学生兴趣、突破教学重难点上都有着重要的作用。通过演示实验，教师在学生认真观察的基础上，通过追问的方式引导，能有效培养学生的质疑创新能力。

例3：光在不均匀介质中传播的演示实验

学生通过分析生活中光沿直线传播的大量实例，得出了光沿直线传播的结论。在此基础上教师进一步追问：是不是在所有的介质中光都会沿直线传播呢？光的直线传播需要条件吗？如果需要，需要什么样的条件呢？进而引发学生对已有的认知进行不断地反思和质疑。学生不熟悉光在不均匀的介质中传播情景，很多人都没有见过，即使见过也未进行过深入思考和分析。此时在课堂上教师可以通过演示实验展示光在不均匀介质中的传播情况(如图3)。学生在不断反思、质疑的过程中，再加上在演示实验中观察到的光在不均匀介质中的现象，从而对原有认知进行重建，进而理解光的直线传播是需要条件的，光在同种均匀介质中才能沿直线传播。教师在此基础上再进一步联系生活实际，介绍太阳发出的光是怎样到达地球的相关知识。太阳发出的光穿过地球周围的大气层到达地球，由于大气层的分布不均匀，所以从太阳到达地球的光会发生弯曲，其本质原因可以用以后学到的光的折射规律解释。

图3

这样的演示实验，不仅培养了学生的反思、质疑的能力，同时促进了学生认知的重建，促进了学生的创造性思维的培养。教师在做演示实验时，可以鼓励学生根据实验现象，大胆、合理猜想，对常规现象进行反思和质疑，并通过自己的认真观察，努力寻求新的发现，从而找到规律，真正促进学生质疑创新能力的提升。

在初中物理教学中应结合具体的教学内容，利用物理实验创设情景，开展学生自主实验，精心设计演示实验，并通过启发式追问，引导学生观察，对现象进行反思，以培养学生的科学思维，进而有效促进学生的全面发展，为学生的终身学习和发展奠定基础。