基于科学思维的初中物理实验教学实践研究

摘 要：物理作为一门重要的自然学科，实验是其研究的基础.在初中物理学习中，需要立足于观察和实验，利用科学思维，实现物理知识构建，锻炼学生动手能力，培养物理观念，树立科学态度.因此，在实际的教学中，教师需基于科学思维视角切入，优化实验教学，带领学生通过实验操作，让科学思维得到很好的训练与发展，继而培养他们的物理核心素养.文章结合实践案例，主要对如何基于科学思维进行初中物理实验教学进行探讨.

关键词：科学思维；初中物理；实验教学

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）17-0098-03

收稿日期：2023-03-15

作者简介：唐慧艳，从事中学物理教学研究.

基金项目：本文系福建省石狮市级课题“基于科学思维的物理初高中衔接案例研究”结题成果（立项编号：SGC20-16）

从初中物理核心素养层面分析，科学思维主要是从物理学角度，对事物本质进行认识，感受事物的内在规律与关系，结合实际经验，构建理想化模型，对物理过程进行概括总结，进行相应的推理、论证、分析和综合，内化科学思维方法.实验教学不仅是初中物理课程教学的重要构成部分，还是学生探究物理原理的有效途径，教师应以科学思维为导向设计实验教学，与学生一起梳理实验逻辑，凸显科学论证，使其反思探究过程，质疑批判与创新，培养他们的科学思维.

1 精心设计课堂实验，培养科学探究思维

初中物理实验课堂中，为了培养学生科学思维，教师需要调整和改进传统的教学模式，注重实验的科学性、自主性以及开放性，构建自主探究平台，引导学生进行创造和积累，实现学生科学思维的培养^[1].

例如，在开展“大气压强”教学时，教师先演示实验：不会瘪的气球.在矿泉水瓶里面放置一个气球，如图1，对着气球吹气，能否把气球吹起来呢？学生思考并上台尝试.松开堵住瓶口的手，气球会不会变瘪？看到了不会瘪的气球，如图2，引发思维冲突，激发探究兴趣，引导学生带着问题学习大气压强知识.然后取出一个空矿泉水瓶，将瓶中的空气抽出，发现瓶子变瘪，如图3，将其放在真空罩内，变瘪的瓶子又恢复了原状，如图4.瓶子两次形状的改变说明了大气压强的存在，学生印象深刻.在新时期教育背景下，教学主体已经由教师渐渐转移至学生，尤其是在初中物理实验教学中，更是要为他们创造更多亲自动手设计操作实验的机会，使其在实验活动中极力发挥出个人主观能动性，为科学思维的萌发创造优质条件^［2］.

2 借助直观实验操作，培养科学建模思维

初中学生科学思维的培养中，模型构建能力是重要的内容.物理实验教学中，实验方案与装置设计都是科学思维的产物，有着丰富的科学思维培养元素，因此，教师需要从实验操作过渡到模型构建，引导学生自主实验与建构模型，把抽象的物理实验设计以直观化、形象化的物理现象呈现出来，发展他们的建模思維，使其实验操作行为更具针对性^[3].

例如，在学习“磁场和磁感线”中，由于磁场看不见摸不着，磁感线又并非客观存在，学生理解比较困难.可通过以下直观的实验器材，如图5，从平面到立体空间，全方位地展示磁体周围磁场的分布特征，这样通过可见的直观实验建立起物理模型，把抽象实验变得具体化形象化，减少学生理解的障碍，让磁场变得触手可及，磁感线也不再那么虚无，从而发展培养学生的科学建模思维.

3 创设实验问题情境，培养科学推理思维

科学推理是研究物理知识与规律的常用方法，主要包含归纳推理、演绎推理、证据推理、逻辑推理以及类比推理等，其中证据推理在初中物理实验教学中极为常用.这就要求初中物理教师在实验教学中，应该结合具体实验创设问题情境，引领学生进行对比性观察，根据证据进行推理与解决问题，借此培养他们的科学推理思维^[4].

例如，在讲授“力与运动”中，当进行“探究阻力对物体运动的影响”这一实验时，教师可提供刻度尺、毛巾、棉布、木板、小球与小车等器材，并设计以下问题：怎样让物体受到阻力的大小发生改变？应该选择运动还是静止的物体作为研究对象？要想实现物体运动时不受力，如何创造出“不受力”这一实验的条件？阻力对物体运动的影响怎么进行测量比较，利用什么实验方法展开明确判断？通过对上述一系列问题的思考，引导学生进行分析，教师同时给予学生现场指导，让学生讨论设计实验方案，并说明理由，发展学生的科学推理思维.

4 认真收集实验事实，发展科学论证思维

科学论证指的是一种根据科学规律、概念或者事实，运用一定的推理方法，对某一观点正确与否进行证明的科学思维.具体到初中物理实验教学中来说，教师需要带领学生认真观察实验现象与收集事实，展开科学严谨的分析与论证，使其证明出实验结论是否合理科学，继而有效发展他们的科学论证思维能力^[5].

例如，研究“物体浮沉条件”时，学生会提出“上浮的物体受到的浮力大，下沉的物体受到的浮力小”这一猜想，教师可引领学生先从实验方面进行验证，将体积相同的木块与铁块同时浸没到水中，放手后观察发现，木块上浮至水面漂浮，铁块下沉到底部，此时铁块排开液体的体积明显大于木块，根据阿基米德原理F_浮＝G_排＝ρ_液gV_排可知，下沉的铁块所受浮力大于木块所受浮力，说明上浮的物体受到的浮力不一定大.引发学生思考：为什么受到浮力大的铁块反而下沉呢？接着教师引导学生从理论方面加以解释，

发展他们的科学论证思维.

5 走出全盘接受模式，鼓励科学质疑思维

在初中物理课程教学中，实验主要包括验证性实验与探究性实验两大类，不过一般都是对已有物理结论的分析与接受，要想进一步培养学生的科学思维能力，教师就要让他们走出以往对固有实验全盘接受的模式，鼓励学生提出质疑，使他们批判性地接受.因此，初中物理教师在日常教学中应该围绕具体实验提出疑难设想，引领学生对原有实验器材、数据、结论、方法进行质疑和思考，使其通过实验操作加以证实，培养学生的批判性科学思维^[6].

例如，在“科学探究：电流的热效应”教学实践中，探究焦耳定律实验时，在完成教材中安排的实验以后，教师询问：大家还想知道什么？有什么设想？如何改进实验？鼓励学生畅所欲言，使其积极表述个人想法.如：电流通过导体产生的热量大小为什么和电流的平方而非一次方成正比关系？电流通过导体所产生的热量和电压大小有无关系？

针对这些疑问，教师需给予高度重视，组织学生积极探究，通过实验操作的方式加以证实.

6 注重实验现象延伸，培养科学归纳思维

在传统的初中物理实验教学中，当实验操作完毕以后，获得相应的物理结论，就表示实验教学正式结束，其实还要对实验教学进行适当的延伸，注重引导学生对实验成果进行拓展，培养他们的科学归纳思维，使其进一步深刻理解物理实验.

例如，在“测量小灯泡电功率”的实验中，学生分组实验收集整理数据，利用P=UI计算出小灯泡在不同情况下的电功率，此时实验完成，得出结论.实验虽然完成，但观察到灯泡的亮度也发生了变化，教师此时要抓住机会追问：灯泡的亮度到底是由什么决定？学生在回答时出现了不同的答案，有的认为是实际电压，有的认为是实际电流，有的认为是实际功率，因为在实验中灯泡亮度变化的同时，这三个物理量都在发生变化.

教师这时再不失时机地让学生对刚才的实验进行延伸，设计出研究灯泡亮度与电压、电流关系的电路，引导学生观察发现无论串联或并联，两盏灯泡的亮度都不同，如图6和图7.

说明灯泡的亮度不是单纯由电压或电流决定的，推翻了学生的错误认识，进一步让学生明确灯泡的亮度会受到实际电压和实际电流的共同影响，是由实际功率决定的，从而培养了学生的科学归纳思维.

总之，在初中物理课堂教学中，教师需要有效把握教学时机，加强学生科学思维培养，结合物理学科知识的特点，尽可能为他们制造和提供更多亲自动手操作实验的机会.适当提升实验教学的深度，由之前的浅层学习转变至深度学习，使其结合实验操作及现象进行深入探究，发现物理学科的奥秘所在，让学生切实体会到物理实验的魅力与乐趣，提高他们的科学思维能力.

参考文献：

［1］卢萍.基于科学思维培养的初中物理实验教学“悟理”路径探讨[J].理科爱好者，2022（06）：66-68.

[2] 曹丽.例谈初中物理实验教学中科学思维培养的策略[J].中学科技，2022（19）：45-46，49.

[3] 葛肖肖.浅析在初中物理实验教学中培养学生科学素养的有效策略[J].天天爱科学（教育前沿），2022（05）：169-170.

[4] 李有苗.初中物理实验教学中科学思维的培养策略分析[J].知识文库，2022（06）：121-123.

[5] 肖珍香.初中物理实验教学中培养学生科学思维能力策略[J].试题与研究，2022（01）：114-116.

[6] 林俊英.例談初中物理实验教学中如何培养学生的科学思维[J].考试周刊，2021（43）：143-144.

［责任编辑：李 璟］