在教学设计中着力培养学生的科学思维

吉美存

在初中物理教学中，我们发现学生在碰到一些新的物理题型时，往往会手足无措，找不到解题的切入点，导致出错率较高。因此通常在单元知识测试后，我都会尝试和学生讨论他们出错的原因，比如，当时他们是如何思考的？为什么会出错？错在哪一步？经过多次交流后，我发现了一个共性的问题：凡是出错的学生都不会从复杂题型中提炼普通物理模型，进而不会寻找对应的解题思路。从初中生的认知发展来看，他们应该具备基于具体事实构建模型的概括能力;但在平时的学习中，他们基于科学推理进行质疑和提出创造性见解的锻炼较少，导致科学思维能力较弱。这就要求教师精心设计每一节课，在教学中强化建模能力，引导学生掌握解决一类问题的通用方法，进而培养学生的科学思维能力。下面笔者以“物体的浮与沉”一课为例，分享具体做法。

一、情境导入，激发学习兴趣

讲台上放置三个水槽，里面分别装了水和不同浓度的盐水。

师：同学们，老师手上有三个鸡蛋，分别放入三个水槽的液体中，鸡蛋将会如何运动呢？

生：下沉......

实验后，学生惊奇地发现：三个鸡蛋居然一个浮在液面上，一个静止在液体的内部、一个沉在水槽底部，如图所示。教师由此引出课题——“物体的浮与沉”。

浓厚的学习兴趣将使教学效果事半功倍。教师要充分调动学生的学习积极性，让他们能够主动参与到课堂中，而不是被动地、机械性地接受知识。因此，良好的情境设置将有助于激发学生的学习兴趣，进而引导他们开动脑筋，带着问题开始本节课的学习。

二、以实验为载体，培養科学思维能力

师：在大家的桌上除了有装水的大烧杯外还有下列物品：1带夹子的气球;2泡沫;3蜡烛;4带盖小玻璃瓶;5铁钉;6橡皮泥;7鸡蛋。请大家用手分别抓住这些物品并浸没到水中，松手，观察它们的浮沉现象，并记录在下面的这张表上。

学生动手操作，填表。

师：那么你们有办法可以利用现有的器材，使下沉的物体浮起来，使漂浮的物体沉下去吗？

生：在泡沫中插入钉子，向带夹子的气球中吹气，把橡皮泥捏成船型，在蜡烛中插入钉子，向玻璃瓶里装入钉子，向水中加盐......

师：大家的方法都非常棒！那么从物体受力的角度来看，这些方法分别改变了哪些力的大小？是如何改变的？你们能够将这些方法分分类吗？请大家思考后填到下面的表格中。

生：思考填表。

教师巡视学生的完成情况，并展示学生的表格。

师：大家这样分类的依据是什么呢？

生甲：向泡沫中插入钉子，向蜡烛中插入钉子，在玻璃瓶里装钉子改变了物体的重力。

生乙：向带夹子的气球中吹气，把橡皮泥捏成船型改变了物体排开水的体积。

生丙：向水中加盐，改变了物体排开液体的密度。

师：大家分析得非常好。那么请大家思考：哪两名同学的分类可以归为一类？

生丁：乙和丙，它们都是改变了物体受到的浮力。

师：看来要想改变物体的浮与沉，离不开两大途径——改变重力或者改变浮力。那么请想一想，如果将浸没在水中的物体松手，它受到哪些力的作用呢？

生：浮力和重力。

师：那么根据力与运动的关系，浮力大于重力时，物体将如何运动呢？浮力小于或者等于重力呢？请大家阅读课本信息快速回答。

生甲：浮力大于重力物体将上浮，直至露出水面;浮力减小至等于重力后保持静止。

生乙：浮力小于重力物体将下沉，直至静止于容器底。

生丙：浮力等于重力时物体保持静止，可能静止在水中或者静止于水面上。

师：很好。我们把物体静止在液体内部（全部浸没）称为悬浮，静止于液体表面（部分露出液体表面）称为漂浮。

师：请大家想一想物体的浮与沉取决于什么呢？

生：取决于浮力与重力的大小关系！

师：很好。下面请大家总结出物体的浮沉条件并填写下表。

此环节以“观察物体的浮与沉，改变物体的浮与沉，分析总结物体的浮沉条件”三个活动为主线，通过精心设计的问题串，引导学生层层思考。学生最终自主探究发现：“物体的浮与沉取决于重力和浮力的大小关系”;通过阅读课本和讨论物体的浮沉条件，学生深刻地理解到——物体的浮沉条件其实就是力与运动的关系的应用，从而打开了科学思维的大门，为理解物体的浮与沉扫清了思维障碍，降低了难度。

三、动手制作，理论联系实际

师：事实上物体的浮沉条件有着非常重要的应用，军事上的潜水艇就是应用之一，请大家观看潜水艇上浮和下潜的视频，思考潜水艇是如何实现上浮和下潜的。

生：依靠的是改变自身的重力。

师：很好。下面我们一起来设计一个吸管潜水艇。

教师播放视频：将一根铁丝插入一根吸管中，两端稍微卷几圈叠在一起后对折，一个吸管潜水艇就制好了;接着将吸管潜水艇放入装了水的矿泉水瓶（接近满瓶）中，拧紧瓶盖，用手捏矿泉水瓶的侧壁，吸管潜水艇就可自由上浮或者下潜了。

学生动手操作，展示作品。

师：大家制作的“潜水艇”都很成功。课后请大家查阅相关资料，收集物体的浮沉条件在生活中还有哪些应用。

知识获取后需要通过实践才能化为己有，留下深刻的印象。此环节通过小组合作，动手制作“吸管潜水艇”，学生体会到掌握新知识的喜悦，意识到学习物理是有趣的，也是有用的，从而为他们今后的学习提供后续动力。

总结：学生科学思维能力的培养，需要教师精心备课，科学预设课堂，抓住课堂的精彩生成，及时引导和激发学生的好奇心。学生了解物理学研究中的一般过程和科学思维方法，并持之以恒，其科学思维能力将会大幅提升。

（作者单位：江苏省南京市雨花台中学春江分校）

参考文献

[1]许志.为提升学生的科学思维能力而教[J].物理教学探讨，2017（6）.