摘要：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)離不開課堂教學(xué)實(shí)踐。本文基于教材中的插圖開展有效教學(xué)，重點(diǎn)從“概念簡化、情境創(chuàng)設(shè)、本質(zhì)規(guī)律、圖像內(nèi)涵”四個(gè)維度進(jìn)行探討，培養(yǎng)學(xué)生“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新”等思維素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；插圖教學(xué)；初中物理；素養(yǎng)

培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)是新一輪基礎(chǔ)教育課程改革的重要內(nèi)容，科學(xué)思維素養(yǎng)是物理核心素養(yǎng)的重要維度之一，主要體現(xiàn)在“模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證和質(zhì)疑并創(chuàng)新”四個(gè)方面。物理課堂是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的主場。實(shí)踐表明，初中物理教材中教學(xué)插圖的融入，有助于加深學(xué)生對物理知識與規(guī)律的理解，有助于學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升。本文以初中物理課堂教學(xué)為探究載體，從物理教材中的插圖教學(xué)案例為切入點(diǎn)，重點(diǎn)探討培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)的具體方法與途徑，旨在拋磚引玉，希望能夠引起教育同仁的進(jìn)一步思考與探討。

1借助插圖簡化概念理解，培養(yǎng)學(xué)生模型建構(gòu)的思維素養(yǎng)

物理是探索自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和本質(zhì)規(guī)律的自然科學(xué)。從科學(xué)方法論的視角來看，模型構(gòu)建是科學(xué)探究的基本活動。在初中物理學(xué)科教學(xué)中，物理模型的構(gòu)建是探究物理規(guī)律、解決物理問題的重要方法。［1］在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析、綜合、比較、分類，將研究事物簡化凝練成物理模型，有助于學(xué)生在處理實(shí)際問題的過程中借助物理模型闡釋具體事物原型規(guī)律。實(shí)踐表明，構(gòu)建物理模型能夠使物理概念直觀化、形象化，可以進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對物理概念的理解。插圖是初中物理課本教學(xué)中重要的教學(xué)資源，其本身就是一種物理模型，它的形象呈現(xiàn)能夠促進(jìn)學(xué)生對物理概念的理解。

例如，“鈾核裂變”是復(fù)雜的重核裂變過程，屬于“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，對于初中學(xué)生而言理解比較困難。如圖1所示，教材中用形象、直觀的插圖呈現(xiàn)出鈾核裂變過程中釋放能量及產(chǎn)生一些新中子，新產(chǎn)生的中子與周圍鈾核進(jìn)行碰撞，引起新的鈾核發(fā)生裂變，如此下去，鈾核的裂變像“鏈條”一樣反應(yīng)下去。運(yùn)用插圖呈現(xiàn)鈾核裂變過程，有助于加深學(xué)生對鈾核裂變反應(yīng)過程的理解，達(dá)到化繁為簡、事半功倍的效果。

再如，“直流電動機(jī)的工作原理”是物理教學(xué)的難點(diǎn)，九年級物理教材靈活設(shè)置“模擬工作原理”的插圖，如圖2所示，物理教師可以借助教材中的插圖，引導(dǎo)學(xué)生從線圈受磁場力的角度進(jìn)行思考。線圈受到磁場力（F1和F2）開始轉(zhuǎn)動，讓學(xué)生觀察線圈轉(zhuǎn)至平衡位置時(shí)是慣性導(dǎo)致線圈繼續(xù)運(yùn)動，越過平衡位置后線圈中電流方向必須反向才可以讓線圈在磁場力的作用下保持持續(xù)轉(zhuǎn)動，說明必須存在一個(gè)能及時(shí)改變電流方向的裝置——“換向器”（兩個(gè)半銅環(huán)）和電刷。顯然，教師充分利用課本中形象、直觀的插圖，讓學(xué)生感受直流電動機(jī)復(fù)雜的工作原理，強(qiáng)化學(xué)生對直流電動機(jī)工作原理的理解，有助于學(xué)生構(gòu)建科學(xué)的物理模型，有助于提升學(xué)生運(yùn)用物理知識解決實(shí)際問題的能力。

（a）通電線圈受安培力作用，開始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)

（b）線圈轉(zhuǎn)到平衡位置時(shí)，無電流通過，它依靠慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動

（c）線圈越過平衡位置后，電流方向發(fā)生改變，線圈在磁場力的作用下繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動

2借助插圖創(chuàng)設(shè)問題情境，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理的思維素養(yǎng)

著名科學(xué)家伽利略認(rèn)為：“一切推理都必須從觀察與實(shí)驗(yàn)中得來?！边@一觀點(diǎn)充分說明物理規(guī)律的探究過程離不開觀察與實(shí)驗(yàn)，觀察與實(shí)驗(yàn)也是科學(xué)推理的必備基礎(chǔ)?？茖W(xué)推理是一種重要的思維形式，主要是依靠一個(gè)結(jié)論或規(guī)律推理得出另一個(gè)重要的結(jié)論或規(guī)律?？茖W(xué)推理源于實(shí)際問題情境，在教學(xué)實(shí)踐中物理教師可以運(yùn)用教材插圖，靈活地創(chuàng)設(shè)真實(shí)的物理情境，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題過程中培養(yǎng)科學(xué)思維。［2］

例如，在八年級物理教材中，引入如圖3所示的“有趣的物理現(xiàn)象”插圖，向?qū)W生提出以下問題：圖甲中是長蠟燭先熄滅還是短蠟燭先熄滅？圖乙中酒精燈加熱盛水燒瓶的頸部，小金魚會發(fā)生什么情況？物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察教材插圖進(jìn)行如下的科學(xué)推理：在圖甲中，蠟燭燃燒需要氧氣助燃，玻璃罩內(nèi)燃燒產(chǎn)生溫度較高的二氧化碳（其密度小于空氣密度），漂浮于玻璃罩的上方，從而導(dǎo)致長蠟燭先熄滅；在圖乙中，由于水是熱的不良導(dǎo)體，酒精燈給盛水燒瓶頸部加熱時(shí)，熱量難以在短時(shí)間內(nèi)傳遞至瓶底部分，小金魚是安然無恙的。

再如，對八年級物理教材中“探究聲音的傳播”插圖的學(xué)習(xí)（見圖4），物理教師借助于實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生知道聲音在氣體（甲）、液體（丙）和固體（乙）中都

甲：看一看，是長蠟燭先滅，還是短蠟燭先滅？

乙：猜一猜，小金魚會怎么樣？

可以傳播。在丁實(shí)驗(yàn)探究中，隨著越來越多的空氣被抽出，聲音變得越來越小，此時(shí)教師可以創(chuàng)設(shè)問題情境進(jìn)行追問：若在丁圖的實(shí)驗(yàn)中瓶內(nèi)空氣被抽光，外界是否能聽到電話響鈴的聲音？在教師的引導(dǎo)和啟發(fā)之下，學(xué)生能夠認(rèn)識到聲音可以在氣體、液體和固體中傳播，但不能在真空中傳播，聲音的傳播需要介質(zhì)。借助教材中插圖進(jìn)行問題創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)推理得出正確結(jié)論，這樣的教學(xué)方法有助于學(xué)生科學(xué)推理思維能力的培養(yǎng)與提升。

3借助插圖凸顯事實(shí)本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證的思維素養(yǎng)

科學(xué)家托馬斯·庫恩一直堅(jiān)持認(rèn)為“學(xué)生獲取知識的過程就是科學(xué)論證的過程”?？茖W(xué)論證是根據(jù)數(shù)據(jù)和科學(xué)知識對自己的觀點(diǎn)與他人的觀點(diǎn)進(jìn)行反思，提出批判與質(zhì)疑的一種高階思維活動。在初中物理教材中存在大量插圖，這些插圖能夠凸顯物理現(xiàn)象、物理規(guī)律的本質(zhì)，作為物理教師可以借助這些插圖，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證與思考，進(jìn)而獲得相關(guān)結(jié)論，讓學(xué)生在評判中提升科學(xué)論證思維素養(yǎng)。［3］

例如，在八年級物理“液體的壓強(qiáng)”教學(xué)中，教材設(shè)計(jì)如圖5所示的三幅插圖，主要讓學(xué)生體驗(yàn)液體壓強(qiáng)的存在。在圖5甲中的玻璃管上端口加入水后發(fā)現(xiàn)下端的橡皮膜向下凸起；在圖5乙中用手指壓裝滿水的塑料袋后存在明顯的壓迫感；在圖5（丙）中把下部帶有橡皮膜的玻璃管向下插入水中發(fā)現(xiàn)橡皮膜向上凸出的現(xiàn)象。教師可以根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證進(jìn)而說明液體內(nèi)部存在壓強(qiáng)。

再如，在八年級物理“浮力”教學(xué)中，教材設(shè)計(jì)如圖6所示的四幅插圖來探究影響浮力大小的因素。浮力是初中物理課程教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，物理教師在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生觀察教材插圖中彈簧測力計(jì)的讀數(shù)及變化，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理性分析，獲取大量的數(shù)據(jù)和信息，對提出的猜想和假設(shè)進(jìn)行科學(xué)論證，從而形成正確的觀點(diǎn)：浮力大小等于排開液體的重力，有效驗(yàn)證阿基米德原理。借助教材插圖讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)論證并取得有效成果，有助于提升學(xué)生的科學(xué)論證思維能力與素養(yǎng)。

4借助插圖挖掘圖像內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑并創(chuàng)新的思維素養(yǎng)

質(zhì)疑是發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的重要手段，質(zhì)疑并創(chuàng)新是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要保障，質(zhì)疑是創(chuàng)新的前提條件，創(chuàng)新是質(zhì)疑的進(jìn)一步深化。顯然，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑并創(chuàng)新的能力是初中物理課堂教學(xué)的重要任務(wù)。在初中物理教材中存在一些插圖資源，這些資源有助于教師構(gòu)建問題情境，引導(dǎo)學(xué)生對呈現(xiàn)的現(xiàn)象或結(jié)論提出疑問，發(fā)表自己的見解，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的物理規(guī)律與本質(zhì)。此過程有助于學(xué)生質(zhì)疑并創(chuàng)新思維素養(yǎng)的形成與發(fā)展。［4］

例如，在九年級物理“電流的磁場”教學(xué)中，教材設(shè)置如圖7所示“鐵釘吸引大頭針”的實(shí)驗(yàn)插圖。學(xué)生產(chǎn)生疑惑：為什么繞在鐵釘上的線圈通電后，鐵釘能吸引大頭針后還能吸引其他的大頭針？物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析與思考，在探索過程中逐步認(rèn)識到現(xiàn)象內(nèi)在的本質(zhì)規(guī)律：通電線圈周圍能夠產(chǎn)生磁場，磁場吸引大頭針后使其“磁化”，磁化后的大頭針又能吸引其他的大頭針，讓學(xué)生明白磁化的基本規(guī)律與現(xiàn)象。

再如，在九年級物理“電流的磁場”教學(xué)中，教材在“課后習(xí)題”欄目中設(shè)置如圖8所示“人工心臟泵工作示意圖”，這是一幅融合一定科學(xué)技術(shù)的插圖，具有一定的創(chuàng)新性、先進(jìn)性。從線圈的A、B端交替流入電流后，通電線圈相當(dāng)于“電磁鐵”與永久磁體發(fā)生相互作用，從而帶動活塞往復(fù)運(yùn)動，使得S1打開和S2關(guān)閉（或S1關(guān)閉和S2打開）。物理教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)插圖深度剖析其原理，拓展其應(yīng)用，讓學(xué)生在探索過程中不斷提升創(chuàng)新思維素養(yǎng)。

5結(jié)語

總而言之，科學(xué)思維是培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要方式，學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)依賴于客觀事實(shí)和科學(xué)的邏輯推理。初中物理教材中的插圖能夠提供大量“客觀事實(shí)和邏輯推理”的合適素材。物理教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中，可以引導(dǎo)學(xué)生對課本插圖進(jìn)行深度剖析，讓學(xué)生明白插圖中蘊(yùn)藏的內(nèi)涵，揭示其內(nèi)在的本質(zhì)與規(guī)律，讓學(xué)生在探索中不斷提升科學(xué)思維素養(yǎng)，進(jìn)而促進(jìn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的提升與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

［1］袁敏敏.基于科學(xué)思維培養(yǎng)的初中物理深度學(xué)習(xí)研究［J］.數(shù)理天地（初中版），2023（10）：43-45．

［2］吳立東.初中物理教學(xué)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力的實(shí)踐研究——以“牛頓第一定律”為例［J］.中學(xué)物理，2022，40（6）：11-14．

［3］劉學(xué)山，韓國法.找準(zhǔn)起點(diǎn)、抓住要點(diǎn)、生成亮點(diǎn)——談蘇科版初中物理教材插圖教學(xué)［J］.中學(xué)物理，2023，41（2）：36-40．

［4］賈洪波，張愛霞，郝書勛.巧借教材插圖讓復(fù)習(xí)課“活”起來［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2022，51（18）：14-16．