基于科学思维能力培养的初中物理教学设计——以“光的折射”为例

高世栋

1 问题的提出

科学思维是物理学及物理课程中理性精神的重要体现和重要载体，而理性精神是现代科学两大支柱之一。八年级开始学习物理，有的学生在学习过程中采用死记硬背的方法，结果事倍功半，长此以往，这些学生对物理学习的兴趣就会受到影响。科学思维是整个学习过程的主线，在物理教学中，可以采用情境创设、实验探究、创新拓展等方式，培养学生思维能力、认知能力、实践能力和创新能力等。下面笔者以人教版物理八年级上册第四章第四节“光的折射”一节为例进行教学设计与实践，以提高学生学习物理的积极性，同时培养学生的科学思维能力。

2 基于科学思维能力培养的的教学设计

2.1教学目标设定

我们物理组结合《义务教育物理课程标准（2022版）》的要求，设计了“光的折射”这一节的科学思维目标，如表1。

2.2教学设计

2.2.1 培养学生模型建构思维

教师：在探究光的折射规律实验中，怎样画出入射光线和折射光线呢？

学生：在折射光线和入射光线的传播方向选取两个点，用刻度尺将其连起来，这就是画出折射光线和入射光线。

教师：在黑板上展示光从空气斜射入水中、玻璃中的光路。

学生：根据光的折射光路画出光路图。

设计意图：利用数学知识两点确定一条直线的方法，在光的入射和折射传播过程中取两点并用一条直线连接即可确定入射光线、折射光线，培养学生建构物理模型的能力。

2.2.2 培养学生科学推理能力

教师：光线斜射入水或玻璃中（1-4组斜射入水中，5-8组斜射入半圆形玻璃砖中），同时改变入射角大小，画出折射光线和入射光线，最少改变三次角度，请观察折射角的大小變化，并记录折射角与入射角度数。

学生分组实验完成探究，观察实验现象，一组学生展示实验成果，其他小组补充。

教师：将收集来的数据进行交流讨论，请同学们归纳得出结论。

学生：在光的折射现象中，折射角随入射角的增大而增大。

教师：实验中，光从空气中斜射向水或玻璃时，折射角与入射角哪个大？

学生：光从空气中斜射向水或玻璃时，折射角小于入射角。

教师：实验中，光从水或玻璃中斜射向空气时，折射角与入射角哪个大？

学生：光从水或玻璃中斜射向空气时，折射角大于入射角。

师生共同归纳得出：光的折射现象中，折射角随入射角的增大而增大；光从空气斜射入水或其他介质时，折射光线靠近法线折射，折射角小于入射角。光从水或其他介质斜射入空气中时，折射光线远离法线折射，折射角大于入射角。

设计意图：探究光的折射规律这个实验中收集各个小组的实验数据，让学生学会分析数据、归纳总结光的折射规律。通过探究实验，培养学生的实验探究能力和科学思维。通过小组合作及上台展示，培养学生的团队意识及表达能力。

2.2.3 培养学生科学论证能力

教师提出问题：在光的反射现象中，光路是可逆的，在光的折射现象中光路可逆吗？

学生通过实验论证：拿另一只不同颜色的激光笔逆着折射光线射入，观察到折射光线与原来的入射光线重合，改变角度和介质种类，都能得出，在光的折射现象中，光路是可逆的。

设计意图：科学论证是面对未确定的科学问题，基于通过观察、测量、实验等手段获得的数据和证据，为各自的观点提供支持，并批驳相异观点，以解决问题并获取知识的活动。本实验通过实验手段为光的折射现象中光路是可逆的这一观点提供支持。

2.2.4 培养质疑创新能力

教师：观察人教版八年级上册物理教材图4.4-3，同学们对这幅图的有没有疑议？如图1。

学生：入射光线没有箭头。

学生：一条折射光线的反向延长线不能相交于一点。

学生：……

教师：根据你们提出的修改意见，重新画出光路图。

设计意图：引导学生勇于、善于、乐于质疑，不满足于教材上的一些结论及教师的讲解，要提出自己的问题和思考。

3 结束语

培养学生科学思维的主要阵地是课堂，因此学生在学习中要经历模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等思维过程，这样有利于发展学生的科学思维能力，提升学生的物理核心素养。