基于科学思维的初中科学情境化教学策略研究

2024-05-19叶秀强赵紫扦

中学教学参考·文综版 2024年3期

叶秀强赵紫扦

［摘要］科学思维的培养是发展学生核心素养的任务之一，而情境教学有助于激发学生的科学思维。文章基于实验情境、真实情境、历史情境等教学情境的创设，探索以情境为载体的体现科学思维的教学策略。

［关键词］科学思维；情境化教学；初中科学

［中图分类号］ G633.98 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-6058（2024）09-0052-03

《義务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）指出，从学生已有的经验出发，选择合适的情境素材，运用观察、实验、调查、制作等活动创设教学情境，提出有价值的问题，引发认知冲突，激发探究动机［1］。可见，情境对激发学生探索的欲望、发展学生的核心素养具有很重要的作用，而依托情境载体，对科学思维进行整合，更能拓展科学课堂的深度和广度。

科学思维是探究实践的基础，是形成科学态度与责任的前提，只有运用科学思维才能建立正确的科学观念。《课程标准》中指出：科学思维是从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律和相互关系的认识方式，主要包括模型建构、推理论证、创新思维等［2］。本文提出以情境为载体、以情境问题为任务驱动、显化思维过程、发展学生科学思维能力的情境化教学策略。

一、创设实验情境，建构物理模型

模型建构是科学研究的核心活动，是一种重要的科学思维方式，与科学知识的建立有密不可分的关系。模型建构思维表现在能够分析模型所涉及的各个要素及其结构，使用模型解释现象和过程，阐明概念和原理，在真实的情境中具有建构模型的意识和能力等［3］。从情境体验出发，进行猜想说理，引发认知冲突，再通过实验验证，分析推理、归纳建构模型，从而加深对科学本质的理解，具体模式如图1所示。

【教学片段一】“光的折射”的模型建构

教学环节一：情境体验

教师活动：创设实验情境，出示如图2所示装置，简单介绍装置。杯中装有一枚硬币，请学生通过观察室观察杯中硬币。

问题1：请你通过观察室观察杯中硬币，记录现象并思考产生这一现象的原因，列举生活中能用这一原理解释的类似现象。

学生活动：左右移动杯子，通过观察室观察杯中硬币并记录不同现象，思考观察不到硬币的原因并画出光路图。最终得出结论：光在同种均匀介质中沿直线传播。

追问：观察不到硬币时，在不改变观察室和纸杯位置的前提下，你有哪些方法可以重新看到硬币的像？为什么加入水能够再次观察到硬币的像？发生偏折的点在哪里？有什么规律？

学生活动：加水之后发现光线“弯曲”，尝试画出新的光路图（如图3），再通过小组间互评，纠正自身问题。

设计意图：引入该简易装置有利于学生在任务驱动中完成对“光的折射”的概念建构，相较于其他方式的引入更具趣味性。学生通过活动认识到光在不同介质中会发生“弯曲” ，通过对不同组画法的观察比较，归纳分析光的偏折规律。

教学环节二：实验验证

教师引导：经过分析可知，光线经过不同介质会发生偏折。假设有一条光线穿过类似水的玻璃砖，请同学们先对其斜射后可能的路径进行猜想，再通过实验进行验证。

学生活动：先进行猜想，描出玻璃砖可能的路径，再通过实验验证（如图4）。

设计意图：学生先进行猜想，再通过实验进行验证，从感性认识向理性认识过渡。

教学环节三：模型分析

教师活动：呈现“光的反射”的模型图，让学生猜想光的折射规律并用实验验证。

学生活动：类比“光的反射”模型，猜想“光的折射”模型，并通过实验验证。

设计意图：采用类比、归纳的科学思维建立“光的折射”模型。

教学环节四：模型应用

教师引导：尝试用今天所学的知识对生活中鱼变浅、海市蜃楼等现象进行分析。

学生活动：运用所学原理进行解释说明。

设计意图：该环节的目的在于检测学生对“光的折射”模型的学习成果。

评析：实验为学生建构“光的折射”模型提供了一个感性认识，让学生通过假设、推理逐步形成科学规律，建构模型；用光路图来表示光的传播，进一步阐明“光的折射”概念，整堂课以简易装置实验为起始，任务难度螺旋上升，符合学生学习发展规律和思维发展规律。

二、体验真实情境，推进推理论证

推理论证体现在：基于证据与逻辑，运用分析与综合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法，建立证据与解释之间的关系并提出合理见解［4］。教师提供真实情境体验，提出问题猜想，让学生进行正反推理论证，获取证据，得出科学结论，再用结论解释真实情境的科学原理，具体模式如图5所示。

【教学片段二】“大气压的存在”的逻辑推理

教学环节一：创设体验情境

教师活动：先展示生活中吸盘运送玻璃的图片，让学生演示模拟生活中利用吸盘运玻璃的实验。

学生活动：演示实验，初步感受大气压的存在，进行思考。

设计意图：让学生在观察体验中产生求知的欲望和寻求证据的欲望。

教学环节二：推理论证获取证据1

教师活动：先将杯子倒放，再将硬纸片放在杯口处，猜想放手后硬纸片会发生什么现象；演示实验，硬纸片掉落；追加问题：若在杯中装满水，预测会发生什么现象，并说出理由。

学生活动：第一个问题比较简单，学生容易想到硬纸片会因为受到重力而掉落。对于第二个问题，学生讨论后产生多种答案。少数学生认为硬纸片不会掉落，原因主要有水会粘住硬纸片、下方有大气压托住等。更多学生认为会掉落，原因是水和纸片都有重力，肯定会掉落。最后，通过实验观察，推理分析纸片不掉落的原因可能是存在大气压。

设计意图：引导学生通过对覆杯实验的观察、比较、分析等推理出大气压的存在。

教学环节三：比较推理获取证据2

教师活动：PPT展示图6及3个问题，让学生基于前两个问题的说明和阐述，对第三个问题进行科学说理。

问题1：杯中装满水时为何纸片不掉落？拔掉气门，为何纸片会掉落？

问题2：为何在大气中，纸片单独放置和上方放有空杯时，纸片都会掉落？

问题3：若将杯中的空气抽走，预测会观察到什么现象，说说你的理由。

学生活动：对比分析问题1和問题2，并对问题3中的现象进行预测与说理。

设计意图：通过比较、分析、归纳等思维，建立证据与解释之间的关系并提出合理的见解。

教学环节四：反向推理论证获取证据3

教师活动：展示如图7所示的装置，中间吊置一个下方装有玻璃片的杯子，杯子中装满橙色的水，将杯子外侧大塑料盒中的空气抽出。让学生先进行现象猜测和说理，再观察现象并思考其产生的原因。

学生活动：对实验现象进行猜测和说理，排除是因为水把玻璃片粘住的可能因素，从而证明是大气压将玻璃片托住的，由此引出“大气压”的概念。

设计意图：通过实验反向验证推理，证明大气压的存在。当将空气抽走时，玻璃片掉落，以更加直观严谨的方式获取实验证据。

教学环节五：推理论证获取证据4

教师活动：在如图8所示的立方体装置中，各个方向都放置一个气球，气球一侧与外界大气连通，将立方体内的空气慢慢抽出。让学生观察实验现象，并尝试解释其原因。

学生活动：观察实验现象，运用所学知识解释实验现象。

设计意图：让学生直观感受各个方向都存在大气压，并基于实验现象和已经学过的知识进行推理论证。

教学环节六：科学结论

教师引导学生总结得出科学结论，然后回顾生活中吸盘运送玻璃的例子，让学生用所学知识进行科学解释。

设计意图：让学生感悟科学结论的得出需要大量的证据支持，通过解释、说理进行知识的后测，用科学知识解决实际生活中的问题。

评析：在教学过程中创设真实情境，并以问题串作为支架，让学生通过比较分析、逻辑推理等思维解释和解决生活中的实际问题，将抽象的“大气压”概念更加直观化。基于证据链的推理论证，不但使大气压的存在更有说服力，而且体现了课堂的科学性。

三、梳理历史情境，发展创新思维

创新思维是科学思维的重要组成部分，其内涵是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出疑问、批判、检验和修正，进而提出创造性见解的能力和品格。质疑是创新的基础，创新是一种意识，其核心是科学创造力［5］。在教学中创设历史情境，渗透科学史教育，让学生体验科学家不断质疑、修正的过程，引导学生大胆质疑，追求创新，体会科学思想，学会科学方法，形成科学态度。

【教学片段三】“地球的形状和大小”的创新思维

教学环节一：创设历史情境，引发质疑

教师活动：提供三则科学史料（如图9），让学生阅读并思考三个问题。

学生活动：基于自身经验对三则史料进行质疑，并提出新的疑问。

设计意图：引导学生通过质疑，提出新的见解，体验科学家探索自然规律、发现自然规律的过程。

教学环节二：数据加成，创新思维

教师活动（提供PPT资料）：钦博拉索峰（位于赤道附近）海拔为6310 m，从地心到山峰峰顶为6384.1 km；珠穆朗玛峰海拔为8848.86 m，从地心到山峰峰顶为6382.0 km。

猜测１：根据数据猜测赤道半径和两极半径哪个大？说说你的理由。

猜测２：地球的形状是正球体吗？对此你有什么新的想法？

学生活动：阅读和猜想。

设计意图：引导学生进一步质疑古人的猜想，感受科学结论的获得是一个不断被质疑、修正的过程。

评析：教学中应该让学生经历发现、质疑、猜想、分析、设计等过程，鼓励学生大胆地提出自己的想法，让学生明白没有质疑就没有创新。