沈偉云

(浙江省嵊州市教育體育局教研室,浙江 嵊州 312400)

初中科學課程標準指出,科學是以多樣統(tǒng)一的自然界為研究對象的探究活動,是建立在證據(jù)和理性思維的基礎上的,在探究教學中要注重培養(yǎng)學生的思維技能和能力.[1]理性思維是一種建立在證據(jù)和邏輯推理基礎上的思維方式,是學生一項重要的核心素養(yǎng),它包括模型與建模、科學推理、科學論證、質(zhì)疑創(chuàng)新.庫恩認為,理性思維是智力發(fā)展的最終目標,教育的核心在于發(fā)展學生的思維,尤其是理性思維.[2]探究既是學生獲取科學知識的一項重要手段,也是學習科學的重要內(nèi)容.通過探究實驗的開展,在培養(yǎng)學生科學探究能力的同時,也要注重學生理性思維的發(fā)展.現(xiàn)以光的反射為例,開展基于學生理性思維發(fā)展的教學實踐與探索.

1 繪圖析圖,培養(yǎng)學生模型與建模的思維

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所做的一種簡化的概括性描述.[3]在科學教學中,對較為復雜、影響因素眾多的實際問題常常進行“簡化”處理,通常以實物模型或圖畫形式來直觀表達研究對象的特征.

圖1 光的反射模型

如在桌面上放置一面平面鏡,將激光筆發(fā)出的光束射至平面鏡上,觀察光傳播方向的變化情況,教師可引導學生建立實物模型:用泡沫板作為鏡面,用一根鐵絲作為入射光線,另一根鐵絲作為反射光線,中間插一根針作為法線.在此基礎上,繪制出光的反射圖,建立光學模型,如圖1所示,結(jié)合光的反射模型,在學生閱讀教材內(nèi)容的基礎上,讓學生說出入射點、入射角、反射角、法線的概念.

又如教師可通過創(chuàng)設問題情境,讓學生通過建構(gòu)模型去解決實際問題,如小李爸爸的手機掉到沙發(fā)下,沒有手電筒,小李怎樣借助平面鏡反射的燈光去找手機,可作出如圖2的模型.

圖2 反射燈光找手機模型

科學思維是科學教學的核心,而建構(gòu)和使用模型是形成科學思維的基本途徑.[4]模型是融入科學知識的載體,通過建構(gòu)和分析模型,不僅有助于促進學生理性思維的發(fā)展,也有利于提高學生繪圖析圖能力.

2 分析證據(jù),培養(yǎng)學生科學論證思維

在科學探究中,論證就是把現(xiàn)有的資料、數(shù)據(jù)和假設聯(lián)系起來,分析這些事實與假設之間究竟存在什么關系,能否通過這些資料和數(shù)據(jù)證明或證偽猜想與假設.[5]美國《K-12科學教學框架》將“論證”列為8項科學實踐活動之一,指出“論證”與科學探究、數(shù)據(jù)分析、建立模型等皆為科學教育所要幫助學生發(fā)展的科學素養(yǎng).教師可在引導學生對實驗事實數(shù)據(jù)分析的基礎上,通過論證得出科學結(jié)論或規(guī)律.

圖3 探究光的反射規(guī)律

如圖3所示把一平面鏡M放在水平桌面上,再把一塊硬紙板豎直地立在平面鏡上,光束從左側(cè)射入,觀察到反射光線在右側(cè),把光束從右側(cè)入射,觀察反射光線在左側(cè),重復多次,通過引導學生分析實驗現(xiàn)象,可論證“反射光線和入射光線分居法線兩側(cè)”的假設是正確的.

又如把E、F置于同一平面內(nèi),改變光束的入射方向,描出入射光線和反射光線的徑跡,測出反射角、入射角,完成多次,填寫表1.

表1 光的反射角和入射角

通過分析表1數(shù)據(jù),即可論證“反射角等于入射角”假設.

通過分析實驗事實,論證假設正確與否,從而得出實驗結(jié)論,這是科學論證的過程,分析是論證的基礎,論證是分析的必然結(jié)果,在分析論證結(jié)束后,教師要及時組織學生交流討論,反思方法是否合理、事實是否充分、過程是否嚴謹、結(jié)論是否科學,進而有力地培養(yǎng)學生的分析論證思維能力.

3 學以致用,培養(yǎng)學生科學推理思維

基于物理學科核心素養(yǎng)的“科學思維”維度對科學推理的相關描述是:“能從定性和定量兩個方面進行科學推理,找出規(guī)律,得出結(jié)論,具有使用科學證據(jù)的意識和評估科學證據(jù)的能力”.[6]教師可通過創(chuàng)設問題情境,引導學生遷移應用科學知識,運用歸納與演繹推理方法解決實際問題.

圖4 探究墻面光點的位置變化

如教師可創(chuàng)設如圖4所示的情境,然后提出問題:用力按壓平面鏡之間的桌面時,經(jīng)過平面鏡反射后照到墻面上的光點位置將如何變化?

當用力F在平面鏡之間的桌面按壓時,由于力能改變物體的形狀,會導致中間桌面變形下降,于是兩塊平面鏡將向中間傾斜,光束的位置相對降低,可推導出照到墻面上的光點位置將下降.

圖5 觀察未發(fā)光的燈泡

又如黑暗的房間里有兩盞燈,只有一盞燈點亮,人是怎樣看到未點亮的燈泡的?引導學生推導如下:人眼能觀察到物體,是因為光源發(fā)出光照射到物體上,物體將光反射到人眼,人眼因此可以看到物體,而人在黑暗的房間里看到未點亮的燈泡,是因為光線從發(fā)亮的燈泡發(fā)出,照射到未發(fā)光的燈泡,反射進人的眼睛,如圖5所示.

美國國家科學研究理事會NRC認為,傳統(tǒng)課堂教學中學生記憶的科學知識很容易被遺忘,而“參與科學推理”的過程會讓學生的科學思維得到發(fā)展,同時促進對科學知識的理解.[2]通過學以致用,不僅有助于培養(yǎng)學生解決實際問題的能力,也有利于發(fā)展學生科學推理的理性思維.

4 交流提問,培養(yǎng)學生質(zhì)疑創(chuàng)新思維

批判性思維是對自己或別人已有的思考和結(jié)論采取批判的態(tài)度,進行理由充分、邏輯嚴密的反思,提出質(zhì)疑,看清情況和進行獨立分析的過程.[7]在探究實驗過程中,教師要鼓勵學生敢于提出質(zhì)疑,在實驗交流評價階段,教師也要積極引導學生提出不同觀點.

如學生提出為什么光的反射規(guī)律中要表述“反射角等于入射角”,而不是“入射角等于反射角”?為什么不能通過一次實驗得出結(jié)論?反射光線與入射光線強弱一樣嗎?為什么不比較“反射光與平面鏡的夾角”與“入射光與平面鏡的夾角”大小?為什么要將紙板垂直于平面鏡放置?等等.

對于學生提出的問題,教師思想上要高度重視,要引導學生積極思考,通過查閱資料或改進實驗來自主解決問題.

如為了解決學生“為什么要將紙板垂直于平面鏡放置”這個問題,有一組學生設計了如下實驗:如圖6在煙箱中可輕易顯示反射光路,并確定AOB3點位置,接著用一個平面去承接AOB3點,通過實驗觀察,可發(fā)現(xiàn)兩個平面存在垂直關系,如圖7所示.

圖6 煙箱中光的反射

圖7 平面承接AOB

任何一個探究實驗都隱含了許多疑問,教師要積極引導學生從實驗原理、操作、現(xiàn)象、結(jié)論等方面去提出質(zhì)疑.并且要注重學生自主釋疑,通過實驗改進去解決疑問,從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維品質(zhì).