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(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,科學(xué)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(chǔ)上的,在探究教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)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(chǔ)上的思維方式,是學(xué)生一項重要的核心素養(yǎng),它包括模型與建模、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新.庫恩認(rèn)為,理性思維是智力發(fā)展的最終目標(biāo),教育的核心在于發(fā)展學(xué)生的思維,尤其是理性思維.[2]探究既是學(xué)生獲取科學(xué)知識的一項重要手段,也是學(xué)習(xí)科學(xué)的重要內(nèi)容.通過探究實驗的開展,在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的同時,也要注重學(xué)生理性思維的發(fā)展.現(xiàn)以光的反射為例,開展基于學(xué)生理性思維發(fā)展的教學(xué)實踐與探索.

1 繪圖析圖,培養(yǎng)學(xué)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(rèn)識對象所做的一種簡化的概括性描述.[3]在科學(xué)教學(xué)中,對較為復(fù)雜、影響因素眾多的實際問題常常進(jìn)行“簡化”處理,通常以實物模型或圖畫形式來直觀表達(dá)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(dǎo)學(xué)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(chǔ)上,繪制出光的反射圖,建立光學(xué)模型,如圖1所示,結(jié)合光的反射模型,在學(xué)生閱讀教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上,讓學(xué)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(shè)問題情境,讓學(xué)生通過建構(gòu)模型去解決實際問題,如小李爸爸的手機(jī)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(jī),可作出如圖2的模型.

圖2 反射燈光找手機(jī)模型

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

2 分析證據(jù),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證思維

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

通過分析實驗事實,論證假設(shè)正確與否,從而得出實驗結(jié)論,這是科學(xué)論證的過程,分析是論證的基礎(chǔ),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(xué)生交流討論,反思方法是否合理、事實是否充分、過程是否嚴(yán)謹(jǐn)、結(jié)論是否科學(xué),進(jìn)而有力地培養(yǎng)學(xué)生的分析論證思維能力.

3 學(xué)以致用,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理思維

基于物理學(xué)科核心素養(yǎng)的“科學(xué)思維”維度對科學(xué)推理的相關(guān)描述是:“能從定性和定量兩個方面進(jìn)行科學(xué)推理,找出規(guī)律,得出結(jié)論,具有使用科學(xué)證據(jù)的意識和評估科學(xué)證據(jù)的能力”.[6]教師可通過創(chuàng)設(shè)問題情境,引導(dǎo)學(xué)生遷移應(yīng)用科學(xué)知識,運(yùn)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(shè)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(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)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(jìn)人的眼睛,如圖5所示.

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

4 交流提問,培養(yǎng)學(xué)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(jìn)行理由充分、邏輯嚴(yán)密的反思,提出質(zhì)疑,看清情況和進(jìn)行獨立分析的過程.[7]在探究實驗過程中,教師要鼓勵學(xué)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(dǎo)學(xué)生提出不同觀點.

如學(xué)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(qiáng)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(xué)生提出的問題,教師思想上要高度重視,要引導(dǎo)學(xué)生積極思考,通過查閱資料或改進(jìn)實驗來自主解決問題.

如為了解決學(xué)生“為什么要將紙板垂直于平面鏡放置”這個問題,有一組學(xué)生設(shè)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(guān)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(dǎo)學(xué)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(xué)生自主釋疑,通過實驗改進(jìn)去解決疑問,從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維品質(zhì).